金屬晶體金屬堆積方式

1、晶體結(jié)構(gòu),金屬晶體,Ti,Ti,金屬樣品,1、金屬共同的物理性質(zhì),容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。,金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢?,2、金屬的結(jié)構(gòu),（1）定義：金屬離子和自由電子之間的相互作用。,（2）成鍵微粒: 金屬陽離子和自由電子 （3）鍵的存在: 金屬單質(zhì)和合金中 （4）方向性: 無方向性 （5）鍵的本質(zhì): 電子氣理論 金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。 （6）鍵的強(qiáng)弱:陽離子半徑；所帶電荷 陽離子所帶電荷多、半徑小金屬鍵強(qiáng)，熔沸點(diǎn)高,、金屬鍵,組成粒子：金屬陽離子和自由電子 作用力：金屬鍵（電子氣理論）,、金屬

2、晶體： 概念：金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵作用形成的晶體,【討論1】 金屬為什么易導(dǎo)電？ 在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下自由電子就會發(fā)生定向運(yùn)動，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。,3、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系,【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱？,自由電子在運(yùn)動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。 金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞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)

3、到相同的溫度。,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系,【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？ 原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導(dǎo)致共價(jià)鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，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。,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系,、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色,由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收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，金屬晶

4、體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。,4.金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律,熔點(diǎn)最低的金屬：汞（常溫時成液態(tài)） 熔點(diǎn)很高的金屬：鎢（3410） 鐵的熔點(diǎn)：1535 ,一般情況下，金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定： 金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多， 金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)就相應(yīng)越高，硬度也越大。 如： Na Mg Al Li Na K Rb Cs,合金,(1)定義：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。,例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故

5、合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。,(2) 合金的特性 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低， 高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；) 具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。,低,二.金屬晶體的原子堆積模型,（2）金屬晶體的原子在二維平面堆積模型,金屬晶體中的原子可看成直徑相等的小球。將等徑圓球在一平面上排列，有兩種排布方式，按左圖方式排列，剩余的空隙較大，稱為非密置層；按右圖方式排列，圓球周圍剩余空隙較小，稱為密置層 。,二維平面堆積方式,行列對齊,四球一空 非最緊密排列,行列相錯,三球一空 最緊密排列,密置層,非密置層,配位數(shù)：4,配位數(shù)：6,三維空間堆積方式,. 簡單立方堆積

6、,非密置層的三維堆積方式,晶胞內(nèi)原子數(shù)： 配位數(shù)： 空間利用率： 典型金屬：,立方晶胞,（釙）Po,52,6,1,Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。,. 體心立方堆積（鉀型）,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凹穴中,得到的是體心立方堆積。,. 體心立方堆積（鉀型）,晶胞內(nèi)原子數(shù)：2 配位數(shù)：8 空間利用率：68 典型金屬： K 、Na、Fe,體心立方晶胞,第一層 ：,三維空間堆積方式,密置層的三維堆積方式,第二層 ： 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 ),關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三

7、層可以有兩種最緊密的堆積方式。,兩個密置層密置堆積,三個密置層密置堆積,六方堆積,面心立方 堆積,上圖是此種六方 堆積的前視圖,A,第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球,于是每兩層形成一個周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方堆積。,配位數(shù) 12 ( 同層 6，上下層各 3 ),.六方堆積（鎂型）,鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積,六方最密堆積分解圖,鎂型（AB型六方最密堆積）,鎂型晶胞的抽取,六方晶胞,晶胞內(nèi)原子數(shù)：2 配位數(shù)：12 空間利用率：74 典型金屬：Mg Zn Ti,此種立方緊密堆積的前視圖,A,第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個周期。 這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。

8、,配位數(shù) 12 ( 同層 6， 上下層各 3 ),.面心立方 堆積（銅型）,金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積,簡單立方堆積, 體心立方堆積 體心立方晶胞, 六方堆積 六方晶胞,面心立方堆積 面心立方晶胞,堆積方式及性質(zhì)小結(jié),2. 晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值),頂點(diǎn)占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,體心占1,2.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算,在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：121/6 + 21/2 + 3 = 6,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。 微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4,在立方體頂點(diǎn)的微粒

9、為8個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2,長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn)： 頂點(diǎn)-1/8 棱-1/4 面心-1/2 體心-1,(1)體心立方：,(2)面心立方：,(3)六方晶胞：,1. 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)， 則晶胞中的原子數(shù)是 . 如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞， 則晶胞中的原子數(shù)是 .,練 習(xí),81/8 +1=2,121/6+21/2 + 3 = 6,2. 最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示頂角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)式為( ),A BMN C D條件不夠，無法寫出化學(xué)式,C,練 習(xí),練 習(xí),A,3.合金有許多特點(diǎn),如鈉-鉀合金 ( 含鉀50% 80%)為液體，而鈉鉀的單質(zhì)均為固體，據(jù)此推測生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中，熔點(diǎn)最低的是 ( ) A. 生鐵 B. 純鐵 C. 碳 D. 無法確定,一種結(jié)晶形碳，有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感，可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/cm3，化學(xué)性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性，在空氣或氧氣中強(qiáng)熱可以燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑，并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。,知識拓展石墨,石墨晶體