化學(xué)：3.3《金屬晶體》課件(新人教版選修3)(1)

1、金屬樣品金屬樣品結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)在金屬單質(zhì)的晶體中，原子之間以金屬鍵相在金屬單質(zhì)的晶體中，原子之間以金屬鍵相結(jié)合。描述金屬鍵本質(zhì)的理論是電子氣理論。結(jié)合。描述金屬鍵本質(zhì)的理論是電子氣理論。1 1、金屬鍵的定義：金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電、金屬鍵的定義：金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的子形成遍布整塊晶體的“電子氣電子氣”被所有原被所有原子所共有，從而把所有的金屬原子維系在一子所共有，從而把所有的金屬原子維系在一起。（即金屬陽(yáng)離子和自由電子之間的強(qiáng)烈起。（即金屬陽(yáng)離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用）的相互作用）（1 1）成鍵微粒：金屬原子）成鍵微粒：金屬原子（陽(yáng)離子）和自由電子。（陽(yáng)

2、離子）和自由電子。（2 2）本質(zhì)：靜電作用）本質(zhì)：靜電作用（包括斥力和引力）（包括斥力和引力）一、金屬鍵一、金屬鍵（5 5）影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素：）影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素： 金屬陽(yáng)離子所帶電荷越多、金屬陽(yáng)離子所帶電荷越多、 離子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)。離子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)。 金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，硬度越大。金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，硬度越大。金屬鍵的強(qiáng)度差別較大。如：鈉的熔點(diǎn)較低金屬鍵的強(qiáng)度差別較大。如：鈉的熔點(diǎn)較低（98.8198.81)，硬度較?。欢u是熔點(diǎn)最高，硬度較小；而鎢是熔點(diǎn)最高( (3410) 的金屬。的金屬。 （3 3）金屬鍵存在：金屬單質(zhì)、合金。）金屬鍵存在：金屬單質(zhì)、合金。（4

3、 4）金屬鍵特征：沒(méi)有方向性、飽和性。）金屬鍵特征：沒(méi)有方向性、飽和性。2 2、金屬晶體：金屬陽(yáng)離子、金屬晶體：金屬陽(yáng)離子與自由電子通過(guò)金屬鍵形成與自由電子通過(guò)金屬鍵形成的晶體。的晶體。 說(shuō)明：在晶體中，不存在說(shuō)明：在晶體中，不存在單個(gè)分子，金屬原子（陽(yáng)離單個(gè)分子，金屬原子（陽(yáng)離子）被自由電子所包圍，構(gòu)子）被自由電子所包圍，構(gòu)成微粒帶電荷且自由移動(dòng)。成微粒帶電荷且自由移動(dòng)。 3 3、金屬晶體的主要物理性質(zhì)、金屬晶體的主要物理性質(zhì) 具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、有金屬光澤具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、有金屬光澤等等 思考：思考： 1、為什么說(shuō)原子晶體、金屬晶體都屬于巨分子？、為什么說(shuō)原子

4、晶體、金屬晶體都屬于巨分子？ 分子晶體的組成微粒是分子，在分子晶體分子晶體的組成微粒是分子，在分子晶體內(nèi)內(nèi) 部存在一個(gè)一個(gè)的小分子，而在原子晶體、部存在一個(gè)一個(gè)的小分子，而在原子晶體、金屬金屬 晶體內(nèi)部都不存在一個(gè)一個(gè)的小分子，一晶體內(nèi)部都不存在一個(gè)一個(gè)的小分子，一塊晶體塊晶體 就是一個(gè)巨分子。就是一個(gè)巨分子。 2、金屬鍵作用的本質(zhì)是什么？、金屬鍵作用的本質(zhì)是什么？ 靜電作用靜電作用 3、金屬晶體與原子晶體、分子晶體比較結(jié)構(gòu)上、金屬晶體與原子晶體、分子晶體比較結(jié)構(gòu)上 最突出的特點(diǎn)是什么？最突出的特點(diǎn)是什么？ 構(gòu)成晶體的微粒中存在自由移動(dòng)的帶電粒子：構(gòu)成晶體的微粒中存在自由移動(dòng)的帶電粒子： 自由

5、電子自由電子4 4、電子氣理論對(duì)金屬的物理性質(zhì)的解釋、電子氣理論對(duì)金屬的物理性質(zhì)的解釋 在金屬晶體中，充滿著帶負(fù)電的在金屬晶體中，充滿著帶負(fù)電的“電子氣電子氣”（自由電子），這些電子氣的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有一（自由電子），這些電子氣的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有一定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下，自由電定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下，自由電子定向運(yùn)動(dòng)形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。子定向運(yùn)動(dòng)形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。不同的金屬導(dǎo)電能力不同，導(dǎo)電性最強(qiáng)的三不同的金屬導(dǎo)電能力不同，導(dǎo)電性最強(qiáng)的三中金屬是：中金屬是：Ag、Cu、Al，隨著溫度升高，隨著溫度升高，金屬導(dǎo)電性減弱。金屬導(dǎo)電性減弱。金屬導(dǎo)電性的解釋金屬導(dǎo)電性的解釋思考：

6、思考：電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電，電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電，這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？ “電子氣電子氣”（自由電子）在運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常（自由電子）在運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時(shí)，那個(gè)區(qū)域里的金屬某部分受熱時(shí)，那個(gè)區(qū)域里的“電子氣電子氣”（自由電子）能量增加，運(yùn)動(dòng)速度加快，通（自由電子）能量增加，運(yùn)動(dòng)速度加快，通過(guò)碰撞，把能量傳給金屬離子。過(guò)碰撞，把能量傳給金屬離子?！半娮託怆娮託狻保ㄗ杂呻娮樱┰跓岬淖饔孟屡c金屬原子頻繁（自由電子）在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞從而把能量從溫度高的部分傳到

7、溫度低碰撞從而把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。 當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的排列方式，彌會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的排列方式，彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤(rùn)滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對(duì)之間潤(rùn)滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。因此，金屬都有力

8、作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。因此，金屬都有良好的延展性。良好的延展性。金屬延展性的解釋金屬延展性的解釋自由電子自由電子+金屬離子金屬離子金屬原子金屬原子錯(cuò)位錯(cuò)位+ + + + + + + 純金屬內(nèi)，所有原純金屬內(nèi)，所有原子的大小和形狀都子的大小和形狀都是相同的，原子的是相同的，原子的排列十分規(guī)整。而排列十分規(guī)整。而合金中加入了其他合金中加入了其他元素或大或小的原元素或大或小的原子，改變了金屬原子，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間列，使原子層之間的相對(duì)滑動(dòng)變得困的相對(duì)滑動(dòng)變得困難。因此合金比純難。因此合金比純金屬延展性要差。金屬延展性要差。（4 4）、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有

9、金屬光澤和顏色）、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色由于自由電子可由于自由電子可吸收所有頻率的光吸收所有頻率的光，然后，然后很快很快釋放出各種頻率的光釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的晶面取向晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見(jiàn)光后輻，吸收可見(jiàn)光后輻射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。5 5、熔

10、點(diǎn)和沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和沸點(diǎn) 金屬原子價(jià)電子越多，原子半徑越金屬原子價(jià)電子越多，原子半徑越小，金屬離子與自由電子的作用力就越小，金屬離子與自由電子的作用力就越強(qiáng)，晶體的熔沸點(diǎn)就越高，反之越低。強(qiáng)，晶體的熔沸點(diǎn)就越高，反之越低。思考：思考：為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻逐漸降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻逐漸升高？逐漸升高？【總結(jié)總結(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系微粒微粒導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性密度大密度大金屬原金屬原子和自子和自由電子由電子自由電子自由電子在外加電在外加電場(chǎng)的作用場(chǎng)的作用下發(fā)生

11、定下發(fā)生定向移動(dòng)向移動(dòng)自由電子自由電子與金屬離與金屬離子碰撞傳子碰撞傳遞熱量遞熱量晶體中晶體中各原子各原子層相對(duì)層相對(duì)滑動(dòng)仍滑動(dòng)仍保持相保持相互作用互作用金屬晶金屬晶體具有體具有緊密堆緊密堆積結(jié)構(gòu)積結(jié)構(gòu)【練習(xí)練習(xí)】3 3下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是A A金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性性B B金屬元素在化合物中一定顯正價(jià)金屬元素在化合物中一定顯正價(jià)C C金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同D D金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)總是高于分子晶體金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)總是高于分子晶體練習(xí)練習(xí)三、金屬

12、晶體的原子堆積模型三、金屬晶體的原子堆積模型1 1、幾個(gè)概念、幾個(gè)概念 緊密堆積緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒：微粒之間的作用力使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間的空間 配位數(shù)配位數(shù)：在晶體中與微粒緊密相鄰的：在晶體中與微粒緊密相鄰的微粒個(gè)數(shù)微粒個(gè)數(shù) 空間利用率空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體：晶體的空間被微粒占滿的體積百分?jǐn)?shù)，用它來(lái)表示緊密堆積的程度積百分?jǐn)?shù)，用它來(lái)表示緊密堆積的程度 二維平面堆積方式二維平面堆積方式I I 型型II II 型型行列對(duì)齊四球一空行列對(duì)齊四球一空 非最緊密排列非最緊密排列行列相錯(cuò)三球一空行列相錯(cuò)三球一空最緊密排

13、列最緊密排列密置層密置層配位數(shù)配位數(shù)=6=6非密置層非密置層配位數(shù)配位數(shù)=4=4 三維空間堆積方式三維空間堆積方式. 簡(jiǎn)單立方堆積簡(jiǎn)單立方堆積形成簡(jiǎn)單形成簡(jiǎn)單立方晶胞立方晶胞，配位數(shù)配位數(shù)=6=6，空間利用率較空間利用率較低低5252 ，金屬釙（，金屬釙（PoPo）采取這種堆積方式。）采取這種堆積方式。這是非密置層另一種堆積方式，將這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中凹穴中, ,并使非密置層的原子稍稍并使非密置層的原子稍稍分離，分離，得到的是得到的是體心立方堆積體心立方堆積。. 體心立方堆積體心立方堆積NaNa、K K、CrCr、Mo

14、Mo、W W等屬于體等屬于體心立方堆積。心立方堆積。第一層第一層 ：123456 第二層第二層 ： 對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一位，其情形是一樣的樣的 )123456 關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。最緊密的堆積方式。AB， 上圖是此種六方上圖是此種六方堆積的前視圖堆積的前視圖ABABA 第一種：第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球?qū)⒌谌龑忧驅(qū)?zhǔn)第一層的球123456 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)于是每?jī)蓪有纬梢?/p>

15、個(gè)周期，即周期，即 AB AB 堆積方堆積方式，形成六方堆積。式，形成六方堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 ). .六方堆積六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積 鎂型鎂型六方最密堆積分解圖六方最密堆積分解圖 第三層的另一種排列第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2 2，4 4，6 6 位，不同位，不同于于 AB AB 兩層的位置，這是兩層的位置，這是 C C 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是

16、形成，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周期。三層一個(gè)周期。 這種堆積方式可劃分出面心這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位數(shù)配位數(shù) 12 12 ( ( 同層同層 6 6， 上下層各上下層各 3 ) 3 ) .面心立方堆積面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積 BCA ABC ABC ABC ABC 形式的堆積，形式的堆積，為什么是面心立方堆積？為什么是面心立方堆積？ 我們來(lái)加以說(shuō)明。我們來(lái)加以說(shuō)明。面心立方最密堆積分解圖鎂型鎂型銅型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式金屬晶體的兩種最密堆積方式簡(jiǎn)單立方堆積簡(jiǎn)單立方堆積Po配位數(shù)配位數(shù) = 6空間利用

17、率空間利用率 = 52.36% A2、鉀型、體心立方體心立方堆積堆積 Na K Fe體心立方晶胞體心立方晶胞配位數(shù)配位數(shù) = 8空間利用率空間利用率 = 68.02% A3 、鎂型、六方六方堆積堆積Mg Zn Ti 六方晶胞六方晶胞配位數(shù)配位數(shù) = 12空間利用率空間利用率 = 74.05% A1 、銅型、面心立面心立方堆積方堆積Cu Ag Au面心立方晶胞面心立方晶胞配位數(shù)配位數(shù) = 12空間利用率空間利用率 = 74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)堆積方式及性質(zhì)小結(jié)常見(jiàn)金屬的堆積型式： 堿金屬元素一般都是A2型堆積； 堿土金屬元素中Be，Mg屬于A3型堆積；Ca既有A1也A3型堆積；Ba、W、F

18、e屬于A2型堆積； Al、 Cu、 Ca ，Ag，Au、Pd、Pt屬于A1型堆積； Zn，Cd屬于A3型堆積； Ge，Sn屬于A4型堆積。資料資料金屬之最金屬之最熔點(diǎn)最低的金屬是熔點(diǎn)最低的金屬是- 汞汞 -38.87熔點(diǎn)最高的金屬是熔點(diǎn)最高的金屬是- 鎢鎢 3410密度最小的金屬是密度最小的金屬是- 鋰鋰 0.53g/cm3密度最大的金屬是密度最大的金屬是- 鋨鋨 22.57g/cm3硬度最小的金屬是硬度最小的金屬是- 銫銫 0.2硬度最大的金屬是硬度最大的金屬是- 鉻鉻 9.0最活潑的金屬是最活潑的金屬是-銫銫最穩(wěn)定的金屬是最穩(wěn)定的金屬是-金金延性最好的金屬是延性最好的金屬是-鉑鉑 鉑絲直徑

19、：鉑絲直徑： mm展性最好的金屬是展性最好的金屬是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001知識(shí)回顧：知識(shí)回顧：三種晶體類型與性質(zhì)的比較三種晶體類型與性質(zhì)的比較晶體類型晶體類型原子晶體原子晶體分子晶體分子晶體金屬晶體金屬晶體概念概念相鄰原子之間以共價(jià)相鄰原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合而成具有空鍵相結(jié)合而成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以范德分子間以范德華力相結(jié)合而華力相結(jié)合而成的晶體成的晶體通過(guò)金屬鍵形成的通過(guò)金屬鍵形成的晶體晶體作用力作用力構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒物物理理性性質(zhì)質(zhì)熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)硬度硬度導(dǎo)電性導(dǎo)電性實(shí)例實(shí)例金剛石、二氧化硅、金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅晶體硅、碳化硅

20、 Ar、S等等Au、Fe、Cu、鋼、鋼鐵等鐵等共價(jià)鍵共價(jià)鍵范德華力范德華力金屬鍵金屬鍵原子原子分子分子金屬原子和金屬原子和自由電子自由電子很高很高很低很低差別較大差別較大很大很大很小很小差差別較大別較大無(wú)（硅為半導(dǎo)體）無(wú)（硅為半導(dǎo)體）無(wú)無(wú)導(dǎo)體導(dǎo)體1.1.下列敘述正確的是（下列敘述正確的是（ ）A.A.任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也一定含有任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也一定含有陰離子陰離子B B原子晶體中只含有共價(jià)鍵原子晶體中只含有共價(jià)鍵 C.C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)鍵鍵 D D分子晶體中只存在分子間作用力，不含分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)

21、鍵有其他化學(xué)鍵2.2.為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻升降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻升高？高？B練習(xí)練習(xí)1 1下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是A A金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性性B B金屬元素在化合物中一定顯正價(jià)金屬元素在化合物中一定顯正價(jià)C C金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同D D金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)總是高于分子晶體金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)總是高于分子晶體能力訓(xùn)練能力訓(xùn)練2 2、某些金屬晶體、某些金屬

22、晶體(Cu、Ag、Au)的原子的原子按面心立方的形式緊密堆積，即在晶體結(jié)按面心立方的形式緊密堆積，即在晶體結(jié)構(gòu)中可以劃出一塊正立方體的結(jié)構(gòu)單元，構(gòu)中可以劃出一塊正立方體的結(jié)構(gòu)單元，金屬原子處于正立方體的八個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)金屬原子處于正立方體的八個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)側(cè)面上，試計(jì)算這類金屬晶體中原子的空側(cè)面上，試計(jì)算這類金屬晶體中原子的空間利用率。間利用率。 8、已知金屬銅為面心立方晶體，如圖所示，、已知金屬銅為面心立方晶體，如圖所示，銅的相對(duì)原子質(zhì)量為銅的相對(duì)原子質(zhì)量為63.54，密度為，密度為8.936g/cm3，試求試求（1）圖中正方形邊長(zhǎng)）圖中正方形邊長(zhǎng) a，（2）銅的金屬半徑）銅的金屬半徑 raar

23、rorr提示：提示：數(shù)出面心立方中的銅的個(gè)數(shù)：數(shù)出面心立方中的銅的個(gè)數(shù)：123456123456123456第二層的密堆積方式也只有一種，第二層的密堆積方式也只有一種，但這兩層形成的空隙分成兩種但這兩層形成的空隙分成兩種 A1、A3型堆積小結(jié)型堆積小結(jié)正四面體空隙（被四個(gè)球包圍）正八面體空隙（被六個(gè)球包圍）第三層 堆積 方式有兩種突出部分落在正四面體空隙 AB堆積 A3（六方）突出部分落在正八面體空隙 ABC堆積A1（面心立方）立方面心的最密堆積(A1)，每個(gè)晶胞中有4個(gè)八面體空隙：6個(gè)面心位置所包圍的是1個(gè)八面體空隙，每條棱的中點(diǎn)是4個(gè)晶胞共有的一個(gè)八面體空隙。面心立方晶胞有8個(gè)四面體空隙，

24、8個(gè)頂點(diǎn)共有8個(gè)四面體空隙。正四面體空隙、正八面體空隙及多少圖2填充全部四面體空隙1個(gè)六方密堆晶胞(A3)包含兩個(gè)球，共有2個(gè)八面體空隙與4個(gè)四面體空隙，上層3個(gè)頂點(diǎn)位置的圓球與中層3個(gè)圓球構(gòu)成一個(gè)八面體，中層3個(gè)圓球與下面3個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成另一個(gè)八面體空隙。A1堆積中,每個(gè)晶胞正四面體空隙、正八面體空隙及圓球的個(gè)數(shù)分別為:8,4,4,即它們的比是2:1:1。A3堆積中,每個(gè)晶胞正四面體空隙、正八面體空隙及圓球的個(gè)數(shù)分別為:4,2,2,即它們的比也是2:1:1。密置層如何疊起來(lái)形成密堆積密置層如何疊起來(lái)形成密堆積? ? 先考察一個(gè)密置層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：先考察一個(gè)密置層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 等徑圓球的密堆積等徑圓

25、球的密堆積 在一個(gè)密置層中在一個(gè)密置層中, 有上三角形與下三角形兩種空隙有上三角形與下三角形兩種空隙: 從一個(gè)平行四邊形正當(dāng)格子可看出從一個(gè)平行四邊形正當(dāng)格子可看出, 球數(shù)球數(shù) : 上三角形空隙上三角形空隙數(shù)：下三角形空隙數(shù)數(shù)：下三角形空隙數(shù)=1 : 1 : 1, 或者說(shuō)球數(shù)或者說(shuō)球數(shù) : 三角形空隙數(shù)三角形空隙數(shù)=1 : 2密置雙層中有兩種空隙密置雙層中有兩種空隙: 正八面體空隙正八面體空隙(由由3A+3B構(gòu)成構(gòu)成)正四面體空隙正四面體空隙(由由3A+1B或或1A+3B構(gòu)成構(gòu)成) 密置雙層密置雙層 一個(gè)晶胞一個(gè)晶胞遼寧石油化工大學(xué)8.2 球的密堆積球的密堆積密置雙層的晶胞中含密置雙層的晶胞中

26、含1個(gè)正八面體空隙和個(gè)正八面體空隙和2個(gè)正四面體個(gè)正四面體空隙空隙. 密置雙層中有兩種空隙密置雙層中有兩種空隙: 正八面體空隙正八面體空隙正四面體空隙正四面體空隙(由由3A+3B構(gòu)成構(gòu)成)(由由3A+1B或或1A+3B構(gòu)成構(gòu)成) A A1 1和和A A3 3最最密堆積中的空隙密堆積中的空隙 A A1 1和和A A3 3中也只有正八面體和正四面體空隙。中也只有正八面體和正四面體空隙。為求出它們與球數(shù)的比例，原則上也是取一個(gè)晶胞，為求出它們與球數(shù)的比例，原則上也是取一個(gè)晶胞， 對(duì)于球和兩種空隙計(jì)數(shù)。實(shí)際作起來(lái)卻不易搞明白。對(duì)于球和兩種空隙計(jì)數(shù)。實(shí)際作起來(lái)卻不易搞明白。 為此為此, , 換一種方法來(lái)

27、理解換一種方法來(lái)理解: : 指定一個(gè)球指定一個(gè)球( (球球數(shù)為數(shù)為1)1)，觀察它參與形成正八面體空隙的次數(shù)，觀察它參與形成正八面體空隙的次數(shù)， 每每參與一次，參與一次， 它就對(duì)應(yīng)著它就對(duì)應(yīng)著1/61/6個(gè)正八面體空隙。個(gè)正八面體空隙。 對(duì)正對(duì)正四面體空隙也依此類推，只不過(guò)每參與一次對(duì)應(yīng)著四面體空隙也依此類推，只不過(guò)每參與一次對(duì)應(yīng)著1/41/4個(gè)正四面體空隙。個(gè)正四面體空隙。 A A1 1中球數(shù)中球數(shù): :八面體空隙數(shù)八面體空隙數(shù): :四面體空隙數(shù)四面體空隙數(shù)=1:1:2=1:1:2的圖解的圖解 1. 指定中心一個(gè)球指定中心一個(gè)球G，即球數(shù)，即球數(shù)=1; (為看得清楚為看得清楚,綠綠球和球和藍(lán)

28、藍(lán)球?qū)痈髑驅(qū)痈饔杏?個(gè)球未畫(huà)出個(gè)球未畫(huà)出, 下面動(dòng)畫(huà)演示時(shí)下面動(dòng)畫(huà)演示時(shí)加上加上)2. G參與形成八面體空隙共參與形成八面體空隙共6次次. 其中第其中第1-3次發(fā)生在次發(fā)生在綠綠球?qū)优c球?qū)优c紅紅球?qū)又g球?qū)又g:第第4-6次發(fā)生在次發(fā)生在紅紅球?qū)优c球?qū)优c藍(lán)藍(lán)球球?qū)又g層之間:3. G每參與形成每參與形成八面體八面體1次次, 它就它就對(duì)應(yīng)著對(duì)應(yīng)著1/6個(gè)八個(gè)八面體。面體。 G共參與共參與6次次, 故故對(duì)應(yīng)著對(duì)應(yīng)著6 1/6 = 1 個(gè)八個(gè)八面體空隙面體空隙. 4. G參與形成四面參與形成四面體共體共8次次. 其中其中, 第第1-4次發(fā)生在次發(fā)生在綠綠球?qū)优c球?qū)优c紅紅球?qū)又g球?qū)又g: 第第5-8

29、次發(fā)生在次發(fā)生在紅紅球?qū)优c球?qū)优c藍(lán)藍(lán)球?qū)又g球?qū)又g: G每參與形成四面每參與形成四面體體1次次, 就就對(duì)應(yīng)著對(duì)應(yīng)著1/4個(gè)四面體個(gè)四面體. G共共參與參與8次次, 故故對(duì)應(yīng)著對(duì)應(yīng)著8 1/4 = 2 個(gè)四個(gè)四面體空隙面體空隙.六方緊密堆積六方緊密堆積A3 IIIB，IVB面心立方緊密堆積面心立方緊密堆積A1 IB，Ni，Pd， Pt立方體心堆積立方體心堆積 A2IA，VB，VIB 金屬金屬的堆的堆積方積方式式2、金屬晶體的原子在二維平面堆積模型、金屬晶體的原子在二維平面堆積模型 （a a）非密置層）非密置層 （b b）密置層）密置層配位數(shù)配位數(shù)=4 4配位數(shù)配位數(shù)=6 63、金屬晶體的原子在

30、三維空間堆積模型、金屬晶體的原子在三維空間堆積模型1 1、簡(jiǎn)單立方堆積、簡(jiǎn)單立方堆積 Po 配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：6 61 152%52%2 2、體心立方堆積體心立方堆積-鉀型鉀型金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式體心立方堆積體心立方堆積 非密置層的另一種堆積是將上層金屬非密置層的另一種堆積是將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中（ Na，K，F(xiàn)e）配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：868%2123456 第二層第二層 對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方對(duì)第一層來(lái)講

31、最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)式是將球?qū)?zhǔn)1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 ) )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式?？梢杂袃煞N最緊密的堆積方式。 下圖是此種六方下圖是此種六方緊密堆積的前視圖緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即即 AB AB 堆積方式，形成六堆積方式，形成六方緊密堆積方緊密堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12

32、。 ( 同層同層 6，上下層各上下層各 3 )，空間利用率為，空間利用率為74%3 3、鎂型、鎂型 第三層的第三層的另一種另一種排列排列方式，方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 兩層的位置兩層的位置，這是這是 C 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三層一個(gè)周三層一個(gè)周期。期。 得到面心立方堆積得到面心立方堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) BCA ABC ABC A

33、BC ABC 形式的堆積，形式的堆積，為什么是面心立方堆積？為什么是面心立方堆積？ 我們來(lái)加以說(shuō)明。我們來(lái)加以說(shuō)明。面心立方最密堆積分解圖鎂型鎂型銅型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式金屬晶體的兩種最密堆積方式Po (釙)【總結(jié)總結(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系微粒微粒導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性密度大密度大金屬原金屬原子和自子和自由電子由電子自由電子自由電子在外加電在外加電場(chǎng)的作用場(chǎng)的作用下發(fā)生定下發(fā)生定向移動(dòng)向移動(dòng)自由電子自由電子與金屬離與金屬離子碰撞傳子碰撞傳遞熱量遞熱量晶體中晶體中各原子各原子層相對(duì)層相對(duì)滑動(dòng)仍滑動(dòng)仍保持相保持相互作用互作用金屬晶金屬晶體具有

34、體具有緊密堆緊密堆積結(jié)構(gòu)積結(jié)構(gòu)資料資料金屬之最金屬之最熔點(diǎn)最低的金屬是熔點(diǎn)最低的金屬是- 汞汞 -38.87熔點(diǎn)最高的金屬是熔點(diǎn)最高的金屬是- 鎢鎢 3410密度最小的金屬是密度最小的金屬是- 鋰鋰 0.53g/cm3密度最大的金屬是密度最大的金屬是- 鋨鋨 22.57g/cm3硬度最小的金屬是硬度最小的金屬是- 銫銫 0.2硬度最大的金屬是硬度最大的金屬是- 鉻鉻 9.0最活潑的金屬是最活潑的金屬是-銫銫最穩(wěn)定的金屬是最穩(wěn)定的金屬是-金金延性最好的金屬是延性最好的金屬是-鉑鉑 鉑絲直徑：鉑絲直徑： mm展性最好的金屬是展性最好的金屬是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001知識(shí)

35、回顧：知識(shí)回顧：三種晶體類型與性質(zhì)的比較三種晶體類型與性質(zhì)的比較晶體類型晶體類型原子晶體原子晶體分子晶體分子晶體金屬晶體金屬晶體概念概念相鄰原子之間以共價(jià)相鄰原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合而成具有空鍵相結(jié)合而成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以范德分子間以范德華力相結(jié)合而華力相結(jié)合而成的晶體成的晶體通過(guò)金屬鍵形成的通過(guò)金屬鍵形成的晶體晶體作用力作用力構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒物物理理性性質(zhì)質(zhì)熔沸點(diǎn)熔沸點(diǎn)硬度硬度導(dǎo)電性導(dǎo)電性實(shí)例實(shí)例金剛石、二氧化硅、金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅晶體硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、鋼、鋼鐵等鐵等共價(jià)鍵共價(jià)鍵范德華力范德華力金屬鍵金屬鍵原子原子分子分子金屬原

36、子和金屬原子和自由電子自由電子很高很高很低很低差別較大差別較大很大很大很小很小差差別較大別較大無(wú)（硅為半導(dǎo)體）無(wú)（硅為半導(dǎo)體）無(wú)無(wú)導(dǎo)體導(dǎo)體1.1.下列敘述正確的是（下列敘述正確的是（ ）A.A.任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也一定含有任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也一定含有陰離子陰離子B B原子晶體中只含有共價(jià)鍵原子晶體中只含有共價(jià)鍵 C.C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)鍵鍵 D D分子晶體中只存在分子間作用力，不含分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)鍵有其他化學(xué)鍵2.2.為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻升降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻升高？高？B練習(xí)練習(xí)1 1下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是下列有關(guān)金屬元素特征的敘述