《金屬晶體》

1、高中化學新人教版選修3系列課件物質結構與性質3.3金屬晶體金屬樣品金屬樣品在金屬單質的晶體中，原子之間以金屬鍵相在金屬單質的晶體中，原子之間以金屬鍵相結合。描述金屬鍵本質的理論是電子氣理論。結合。描述金屬鍵本質的理論是電子氣理論。1 1、金屬鍵的定義：金屬原子脫落下來的價電、金屬鍵的定義：金屬原子脫落下來的價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。起。（1 1）成鍵微粒：金屬原子（陽離子）和自由）成鍵微粒：金屬原子（陽離子）和自由電子。電子。（2 2）金屬鍵存在：金屬單質、合金。）

2、金屬鍵存在：金屬單質、合金。（3 3）金屬鍵特征：沒有方向性、飽和性。）金屬鍵特征：沒有方向性、飽和性。一、金屬鍵一、金屬鍵2 2、金屬晶體：通過金屬鍵形成的晶體。、金屬晶體：通過金屬鍵形成的晶體。 （1 1）在晶體中，不存在單個分子）在晶體中，不存在單個分子（2 2）金屬原子（陽離子）被自由電子）金屬原子（陽離子）被自由電子所包圍。所包圍。 金屬晶體金屬原子自由電子3 3、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做“電子氣理論電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上成從金屬原子上“脫落脫落”下來的大量自由下來的大量自由電子形成可與氣體相比

3、擬的帶負電的電子形成可與氣體相比擬的帶負電的“電電子氣子氣”，金屬原子則，金屬原子則“浸泡浸泡”在在“電子氣電子氣”的的“海洋海洋”之中。之中。二、二、金屬共同的物理性質金屬共同的物理性質容易導電、導熱、有延展性、不透明、有容易導電、導熱、有延展性、不透明、有金屬光澤等。金屬光澤等?！居懻摗居懻? 1】 金屬為什么易導電？金屬為什么易導電？ 在金屬晶體中，存在著許多自由電子，在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運動是沒有一定方向的，這些自由電子的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下但在外加電場的條件下自由電子自由電子就會就會發(fā)發(fā)生定向運動生定向運動，因而形成電流，所以金屬，因

4、而形成電流，所以金屬容易導電。電子氣中的自由電子在熱的容易導電。電子氣中的自由電子在熱的作用下，與金屬原子頻繁碰撞，所以金作用下，與金屬原子頻繁碰撞，所以金屬的熱導率隨溫度的升高而降低。屬的熱導率隨溫度的升高而降低。三、金屬晶體的結構與金屬性質的內(nèi)在聯(lián)系三、金屬晶體的結構與金屬性質的內(nèi)在聯(lián)系1、金屬晶體結構與金屬導電性的關系、金屬晶體結構與金屬導電性的關系晶體類型晶體類型離子晶體離子晶體金屬晶體金屬晶體 導電時的狀態(tài)導電時的狀態(tài)水溶液或熔融狀水溶液或熔融狀態(tài)態(tài)晶體狀態(tài)晶體狀態(tài)導電粒子導電粒子自由移動的離子自由移動的離子自由電子自由電子導電時的變化導電時的變化 化學變化（電解）化學變化（電解）物

5、理變化物理變化比較離子晶體、金屬晶體導電的區(qū)別：比較離子晶體、金屬晶體導電的區(qū)別：【討論【討論2 2】金屬為什么易導熱？金屬為什么易導熱？ 自由電子在運動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，自由電子在運動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運動速度加那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬原子?？?，通過碰撞，把能量傳給金屬原子。 金屬容易導熱，是由于金屬容易導熱，是由于自由電子運動時與自由電子運動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部

6、分低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。，從而使整塊金屬達到相同的溫度。2、金屬晶體結構與金屬導熱性的關系、金屬晶體結構與金屬導熱性的關系【討論【討論3 3】金屬為什么具有較好的延展性？金屬為什么具有較好的延展性？ 原子晶體受外力作用時，原子間的位移必原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，然導致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。當金屬受到外力時，由于金屬鍵無延展性。當金屬受到外力時，由于金屬鍵無方向性，各原子層發(fā)生相對滑動，無方向性，各原子層發(fā)生相對滑動， 但排但排列方式不變，彌漫在金屬原子間的電子氣可列方式不變，彌漫在金屬原子間的電子氣可起到類似

7、軸承中滾珠之間的潤滑劑的作用，起到類似軸承中滾珠之間的潤滑劑的作用，所以金屬具有良好的延展性。所以金屬具有良好的延展性。3、金屬晶體結構與金屬延展性的關系、金屬晶體結構與金屬延展性的關系4、金屬晶體結構具有金屬光澤和顏色、金屬晶體結構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，然后很快釋很快釋放出各種頻率的光放出各種頻率的光，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

8、的顏色。 當金屬成粉末狀時，金屬晶體的當金屬成粉末狀時，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，吸收可見光后輻，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。【總結】金屬晶體的結構與性質的關系微粒微粒導電性導電性導熱性導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的作用場的作用下發(fā)生定下發(fā)生定向移動向移動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各晶體中各原子層相原子層相對滑動仍對滑動仍保持相互保持相互作用作用金屬晶金屬晶體具有體具有緊密堆緊密堆積結構積結構5 5、影響金屬鍵強

9、弱的因素：、影響金屬鍵強弱的因素： 金屬陽離子所帶電荷越多、金屬陽離子所帶電荷越多、 離子半徑越小，金屬鍵越強。離子半徑越小，金屬鍵越強。 金屬鍵越強，熔點越高，硬度越大。金屬鍵越強，熔點越高，硬度越大。金屬鍵的強度差別較大。如：鈉的熔點較低金屬鍵的強度差別較大。如：鈉的熔點較低（98.8198.81)，硬度較?。欢u是熔點最高，硬度較??；而鎢是熔點最高( (3410)硬度最大的金屬。硬度最大的金屬。 【思考【思考4】已知堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的增】已知堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的增大大而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。同主族元素價電子數(shù)相同（陽離子所帶電

10、荷數(shù)同主族元素價電子數(shù)相同（陽離子所帶電荷數(shù)相同），從上到下，原子（離子）半徑依次增相同），從上到下，原子（離子）半徑依次增大，則單質中所形成金屬鍵依次減弱，故堿金大，則單質中所形成金屬鍵依次減弱，故堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的增大而遞減屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的增大而遞減?！舅伎肌舅伎?】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度的的大小。大小。同周期元素，從左到右，價電子數(shù)依次增大，同周期元素，從左到右，價電子數(shù)依次增大，原子（離子）半徑依次減小，則單質中所形成原子（離子）半徑依次減小，則單質中所形成金屬鍵依次增強，故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸金屬鍵依次增強，

11、故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度的大小順序是：鈉鎂鋁點和硬度的大小順序是：鈉鎂鋁。資料資料金屬之最金屬之最熔點最低的金屬是熔點最低的金屬是- 汞汞 -38.87熔點最高的金屬是熔點最高的金屬是- 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

12、 金箔厚：金箔厚： mm50001100001 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，若含有陽離子也一定含有任何晶體中，若含有陽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鍵原子晶體中只含有共價鍵 C.C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵鍵 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，不含有其他化學鍵有其他化學鍵 2.2.為什么堿金屬單質的熔沸點從上到下逐為什么堿金屬單質的熔沸點從上到下逐漸降低，而鹵素單質的熔沸點從上到下卻漸降低，而鹵素單質的熔沸點從上到下卻升高？升高？B練習練習知識回顧：知

13、識回顧：三種晶體類型與性質的比較三種晶體類型與性質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相鄰原子之間以共價鍵相結合而成具有空鍵相結合而成具有空間網(wǎng)狀結構的晶體間網(wǎng)狀結構的晶體分子間以范德分子間以范德華力相結合而華力相結合而成的晶體成的晶體通過金屬鍵形成的通過金屬鍵形成的晶體晶體作用力作用力構成微粒構成微粒物物理理性性質質熔沸點熔沸點硬度硬度導電性導電性實例實例金剛石、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、鋼鐵等鐵等共價鍵共價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

14、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別較大差別較大無（硅為半導體）無（硅為半導體）無無導體導體金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶體的原子堆積模型二、金屬晶體的原子堆積模型 （a a）非密置層）非密置層（b b）密置層）密置層金屬晶體可以看成金屬原子在三維金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成空間中堆積而成.那么那么,非密置層在三維空間里堆積有非密置層在三維空間里堆積有幾種方式？請比較不同方式堆積時金屬晶體的配位幾種方式？請比較不同方式堆積時金屬晶體的配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別。數(shù)、原子

15、的空間利用率、晶胞的區(qū)別。配位數(shù)配位數(shù)=4 4配位數(shù)配位數(shù)=6 6思考與交流思考與交流1 1、簡單立方堆積、簡單立方堆積Po配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：6 61 152%52%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：每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：868%2空間利用率計算例例1：計算體心立方晶胞中金

16、屬原子的空間利用率。：計算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。解：體心立方晶胞：中心有1個原子， 8個頂點各1個原子，每個原子被8個 晶胞共享。每個晶胞含有幾個原子:1 + 8 1/8 = 2 空間利用率計算空間利用率計算設原子半徑為r 、晶胞邊長為a ，根據(jù)勾股定理，得：2a 2+a 2=(4r)2a43rr16a322空間利用率 =晶胞含有原子的體積/晶胞體積100%=%68%100a)a43(342ar3423333123456 第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準 1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或對準或對準 2 2，4 4

17、，6 6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 ) )123456AB， 關鍵是第三層。對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊關鍵是第三層。對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。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 第一種是將第三層的球對準第一第一種是將第三層的球對準第一層的球。層的球。123456 于是每兩層形成一個周期，于是每兩層形成一個周期，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) 。 ( ( 同層同層 ，上下層各，上下層各 。 ) )1212 6 63 3 第二種是將第三層的

18、第二種是將第三層的球對準第一層的球對準第一層的 2 2，4 4，6 6 位，不同于位，不同于 AB AB 兩層兩層的位置，這是的位置，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，于是形，于是形成成 ABC ABC 三層一個周三層一個周期。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) 。( ( 同層同層 ， 上下層各上下層各 ) ) 12126 6 3 3鎂型鎂型 六方最密堆積六方最密堆積3、配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：1

19、21274%74%2 2鎂型鎂型六方密堆積六方密堆積（ Mg Zn Ti Mg Zn Ti ）4 4、銅型、銅型 面心立方面心立方 配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：銅型銅型 面心立方面心立方 BCA121274%74%4 4（CuAgAU）例2：求面心立方晶胞的空間利用率.解：晶胞邊長為a，原子半徑為r.由勾股定理：a 2+a 2=(4r)2 a =2.83r每個面心立方晶胞含原子數(shù)目：81/8+6=4 =(44/3r 3)/a 3=(44/3r 3)/(2.83 r ) 3100%=74%空間利用率計算1 1、金屬晶體的四種堆積模型對比、金屬晶體的四種堆積模型對比閱讀閱讀資料卡片資料卡片并掌握并掌握晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復單位稱為是晶晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復單位稱為是晶胞。胞。NaCl晶體結構如圖所示，已知晶體結構如圖所示，已知FexO晶體晶胞結構為晶體晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，型，由于晶體缺陷，x值小于值小于1，測知，測知FexO晶體密度為晶體密度為5.71g/cm3，晶胞邊長為，晶胞邊長為4.2810-10m。（1）FexO中中x值（精確