化學(xué)：33《金屬晶體》PPT課件(新人教版-選修3)[1]

1、高中化學(xué)新人教版 選修3系列課件,物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì),3.3金屬晶體,Ti,金屬樣品,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。 1、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“電子氣”被所有原子所共有，從而把所有的金屬原子維系在一起。 （1）成鍵微粒：金屬原子（陽離子）和自由電子。 （2）金屬鍵存在：金屬單質(zhì)、合金。 （3）金屬鍵特征：沒有方向性、飽和性。,一、金屬鍵,2、金屬晶體：通過金屬鍵形成的晶體。 （1）在晶體中，不存在單個分子 （2）金屬原子（陽離子）被自由電子所包圍。,金屬晶體,金屬原子,自由電子,3、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做

2、“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)電的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。 二、金屬共同的物理性質(zhì) 容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、不透明、有金屬光澤等。,【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。電子氣中的自由電子在熱的作用下，與金屬原子頻繁碰撞，所以金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。,三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系,1、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系,比較離子晶體、金

3、屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：,【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，把能量傳給金屬原子。 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)到相同的溫度。,2、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)致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。當(dāng)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， 但排列方式不變，彌漫在金屬原子間的電子氣可起到類似軸承中滾

4、珠之間的潤滑劑的作用，所以金屬具有良好的延展性。,3、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系,4、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。,【總結(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,5、影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素： 金屬陽離子所帶電荷越多、 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。,金屬鍵的強(qiáng)度差別較大。如：鈉的熔點(diǎn)較低（98.81

5、)，硬度較小；而鎢是熔點(diǎn)最高(3410)硬度最大的金屬。,【思考4】已知堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大 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（陽離子所帶電荷數(shù)相同），從上到下，原子（離子）半徑依次增大，則單質(zhì)中所形成金屬鍵依次減弱，故堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大而遞減。 【思考5】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的 大小。 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(zhì)中所形成金屬鍵依次增強(qiáng)，故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的大小順序是：鈉鎂鋁。,資料,金屬之最,熔點(diǎn)最低的金屬是-,汞 -38.87,熔點(diǎn)最高的金屬是-,鎢 3410,

6、密度最小的金屬是-,鋰 0.53g/cm3,密度最大的金屬是-,鋨 22.57g/cm3,硬度最小的金屬是-,銫 0.2,硬度最大的金屬是-,鉻 9.0,最活潑的金屬是-,銫,最穩(wěn)定的金屬是-,金,延性最好的金屬是-,鉑鉑絲直徑： mm,展性最好的金屬是-,金金箔厚： mm,1.下列敘述正確的是（ ）A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子B原子晶體中只含有共價鍵 C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵 D分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)鍵 2.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)從上到下卻升高？,B,練習(xí),知識回顧：三種晶體類型與性質(zhì)的比較,共價鍵,

7、范德華力,金屬鍵,原子,分子,金屬原子和自由電子,很高,很低,差別較大,很大,很小,差別較大,無（硅為半導(dǎo)體）,無,導(dǎo)體,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,（a）非密置層（b）密置層,金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成.那么,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數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別。,配位數(shù)=4,配位數(shù)=6,思考與交流,晶胞的形狀是什么？含幾個原子？,1、簡單立方堆積, Po ,每個晶胞含原子數(shù)：,6,1,52%,2、體心立方堆積-鉀型,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

8、中,（ Na，K，F(xiàn)e）,每個晶胞含原子數(shù)：,8,68%,2,空間利用率計(jì)算,例1：計(jì)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(diǎn)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(jì)算,設(shè)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) 2,空間利用率 = 晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積 100% =,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，第三層可以有兩種最緊密

9、的堆積方式。,思考：密置層的堆積方式有哪些？,下圖是此種六方 緊密堆積的前視圖,A,第一種是將第三層的球?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，形成六方緊密堆積。,配位數(shù) 。 ( 同層 ，上下層各 。 ),12,6,3,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。 得到面心立方堆積。,配位數(shù) 。 ( 同層 ， 上下層各 ),12,6,3,鎂型,六方最密堆積,3、,按密置層堆積方式的第一種：六方最密堆積,每個晶胞含原子數(shù)：,12,74%,2,鎂型六方密堆積,（ Mg Zn Ti ）,4、銅型,面心立方,按密置層的堆積方式的第二

10、種：面心立方堆積,每個晶胞含原子數(shù)：,銅型 面心立方,12,74%,4,（Cu Ag AU ）,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 = 2.83 r 每個面心立方晶胞含原子數(shù)目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %,空間利用率計(jì)算,1、金屬晶體的四種堆積模型對比,閱讀資料卡片并掌握,2、石墨是層狀結(jié)構(gòu)的混合型晶體,晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱為是晶胞。NaCl晶體結(jié)構(gòu)如圖所示

11、，已知FexO晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1，測知FexO晶體密度為5.71g/cm3，晶胞邊長為4.2810-10m 。 （1） FexO中x值（精確到0.01）為 ？ （2）晶體中的Fen+分別為Fe2+ 、Fe3+ ，在Fe2+和Fe3+總數(shù)中， Fe2+所占分?jǐn)?shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為 ？ (3)此晶體的化學(xué)式為？ （4）與某個Fe2+（或Fe3+）距離最近且等距離的O2-圍成的空間幾何形狀是 ？ （5）在晶體中，鐵元素的離子間的最短距離為 ？ m,三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)特征： 在金屬晶體里，金屬陽離子有規(guī)則地緊密堆積，自由電子幾乎均勻分布在整個晶體中，不專屬哪幾個特定的金屬離子，而是被許多金屬離子共有。 四、金屬晶體的熔點(diǎn)變化規(guī)律： （1）金屬晶體熔點(diǎn)變化差別較大。如汞在常溫下是液體，熔點(diǎn)很低（38.9。C）。而鐵等金屬熔點(diǎn)很高（1535。C）。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子