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1、高中化学新人教版选修3系列课件物质结构与性质3.3金属晶体金属样品金属样品在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相结合。描述金属键本质的理论是电子气理论。结合。描述金属键本质的理论是电子气理论。1 1、金属键的定义：金属原子脱落下来的价电、金属键的定义：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的子形成遍布整块晶体的“电子气电子气”被所有原被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起。起。（1 1）成键微粒：金属原子（阳离子）和自由）成键微粒：金属原子（阳离子）和自由电子。电子。（2 2）金属键存在：金属单质、合金。）
2、金属键存在：金属单质、合金。（3 3）金属键特征：没有方向性、饱和性。）金属键特征：没有方向性、饱和性。一、金属键一、金属键2 2、金属晶体：通过金属键形成的晶体。、金属晶体：通过金属键形成的晶体。 （1 1）在晶体中，不存在单个分子）在晶体中，不存在单个分子（2 2）金属原子（阳离子）被自由电子）金属原子（阳离子）被自由电子所包围。所包围。 金属晶体金属原子自由电子3 3、电子气理论：经典的金属键理论叫做、电子气理论：经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论”。它把金属键形象地描绘。它把金属键形象地描绘成从金属原子上成从金属原子上“脱落脱落”下来的大量自由下来的大量自由电子形成可与气体相比
3、拟的带负电的电子形成可与气体相比拟的带负电的“电电子气子气”，金属原子则，金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。二、二、金属共同的物理性质金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、不透明、有容易导电、导热、有延展性、不透明、有金属光泽等。金属光泽等。【讨论【讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下但在外加电场的条件下自由电子自由电子就会就会发发生定向运动生定向运动，因而形成电流，所以金属，因
4、而形成电流，所以金属容易导电。电子气中的自由电子在热的容易导电。电子气中的自由电子在热的作用下，与金属原子频繁碰撞，所以金作用下，与金属原子频繁碰撞，所以金属的热导率随温度的升高而降低。属的热导率随温度的升高而降低。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态水溶液或熔融状水溶液或熔融状态态晶体状态晶体状态导电粒子导电粒子自由移动的离子自由移动的离子自由电子自由电子导电时的变化导电时的变化 化学变化（电解）化学变化（电解）物
5、理变化物理变化比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属原子。快，通过碰撞，把能量传给金属原子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部
6、分低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。，从而使整块金属达到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论【讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。当金属受到外力时，由于金属键无延展性。当金属受到外力时，由于金属键无方向性，各原子层发生相对滑动，无方向性，各原子层发生相对滑动， 但排但排列方式不变，弥漫在金属原子间的电子气可列方式不变，弥漫在金属原子间的电子气可起到类似
7、轴承中滚珠之间的润滑剂的作用，起到类似轴承中滚珠之间的润滑剂的作用，所以金属具有良好的延展性。所以金属具有良好的延展性。3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色、金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色某些频率的光而呈现较为特殊
8、的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。【总结】金属晶体的结构与性质的关系微粒微粒导电性导电性导热性导热性延展性延展性密度大密度大金属原金属原子和自子和自由电子由电子自由电子自由电子在外加电在外加电场的作用场的作用下发生定下发生定向移动向移动自由电子自由电子与金属离与金属离子碰撞传子碰撞传递热量递热量晶体中各晶体中各原子层相原子层相对滑动仍对滑动仍保持相互保持相互作用作用金属晶金属晶体具有体具有紧密堆紧密堆积结构积结构5 5、影响金属键强
9、弱的因素：、影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强。离子半径越小，金属键越强。 金属键越强，熔点越高，硬度越大。金属键越强，熔点越高，硬度越大。金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低（98.8198.81)，硬度较小；而钨是熔点最高，硬度较小；而钨是熔点最高( (3410)硬度最大的金属。硬度最大的金属。 【思考【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大大 而递减，试用金属键理论加以解释。而递减，试用金属键理论加以解释。同主族元素价电子数相同（阳离子所带
10、电荷数同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。【思考【思考5】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的的 大小。大小。同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减小，则单质中所形成原子（离子）半径依次减小，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸金属键依次增
11、强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠镁铝点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。资料资料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞 -38.87熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨 3410密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂 0.53g/cm3密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇 22.57g/cm3硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯 0.2硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬 9.0最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂 铂丝直径：铂丝直径： mm展性最好的金属是展性最好的金属是-
12、 金金 金箔厚：金箔厚： mm500011000011.1.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键2.2.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？高？B练习练习知识回顾：
13、知识回顾：三种晶体类型与性质的比较三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念相邻原子之间以共价相邻原子之间以共价键相结合而成具有空键相结合而成具有空间网状结构的晶体间网状结构的晶体分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子金属原子和金
14、属原子和自由电子自由电子很高很高很低很低差别较大差别较大很大很大很小很小差差别别较较大大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体金属原子在金属原子在二维空间（平面）二维空间（平面）上有二种排列方式上有二种排列方式二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 （a a）非密置层）非密置层（b b）密置层）密置层 金属晶体可以看成金属原子在三维金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成空间中堆积而成.那么那么,非密置层在三维空间里堆积有非密置层在三维空间里堆积有几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别。数
15、、原子的空间利用率、晶胞的区别。配位数配位数=4 4配位数配位数=6 6思考与交流思考与交流1 1、简单立方堆积、简单立方堆积 Po 配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：6 61 152%52%2、体心立方堆积体心立方堆积-钾型钾型金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积是将上层金属非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中原子填入下层的金属原子形成的凹穴中（ Na，K，Fe）配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：868%2空间利用率计算例例1：计算体
16、心立方晶胞中金属原子的空间利用率。：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。 解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 1/8 = 2 空间利用率计算空间利用率计算设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理，得：2a 2+a 2=(4r)2a43rr16a322空间利用率 =晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%=%68%100a)a43(342ar3423333123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或对准或对准
17、 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 ) )123456AB， 关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将第三层的球对准第一第一种是将第三层的球对准第一层的球。层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积。 配位数配位数 。 ( ( 同层同层 ，上下层各上下层各 。 ) )1212 6 63 3 第二种
18、是将第三层的第二种是将第三层的球球对准第一层的对准第一层的 2 2，4 4，6 6 位，不同于位，不同于 AB AB 两层两层的位置，这是的位置，这是 C C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 。( ( 同层同层 ， 上下层各上下层各 ) ) 12126 6 3 3镁型镁型 六方最密堆积六方最密堆积3、配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含
19、原子数：121274%74%2 2镁型镁型六方密堆积六方密堆积（ Mg Zn Ti Mg Zn Ti ）4 4、铜型铜型 面心立方面心立方 配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：铜型铜型 面心立方面心立方 BCA121274%74%4 4（Cu Ag AU ）例2：求面心立方晶胞的空间利用率.解：晶胞边长为a，原子半径为r.由勾股定理：a 2+a 2=(4r)2 a =2.83r每个面心立方晶胞含原子数目：81/8+6=4 =(44/3r 3)/a 3=(44/3r 3)/(2.83 r ) 3100%=74%空间利用率计算1 1、金属晶体的四种堆积模型对
20、比、金属晶体的四种堆积模型对比阅读阅读资料卡片资料卡片并掌握并掌握晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶胞。胞。NaCl晶体结构如图所示，已知晶体结构如图所示，已知FexO晶体晶胞结构为晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x值小于值小于1，测知，测知FexO晶体密度为晶体密度为5.71g/cm3，晶胞边长为，晶胞边长为4.2810-10m 。（1） FexO中中x值（精确到值（精确到0.01）为）为 ？ （2）晶体中的）晶体中的Fen+分别为分别为Fe2+ 、Fe3+ ，在，在Fe2+和和Fe3+总数中
21、，总数中， Fe2+所占分数（用小数表示，精确至所占分数（用小数表示，精确至0.001）为）为 ？ (3)此晶体的化学式为此晶体的化学式为？（4）与某个）与某个Fe2+（或（或Fe3+）距离最近且等距离的）距离最近且等距离的O2-围成的空围成的空间几何形状是间几何形状是 ？ （5）在晶体中，铁元素的离子间的最短距离为）在晶体中，铁元素的离子间的最短距离为 ？ m三、金属晶体的结构特征三、金属晶体的结构特征：在金属晶体里，金属阳离子有规则地紧密堆积，自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，不专属哪几个特定的金属离子，而是被许多金属离子共有。四、金属晶体的熔点变化规律：四、金属晶体的熔点变化规律：（1）
22、金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低（38.9。C）。而铁等金属熔点很高（1535。C）。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的静电作用力不同而造成的差别。（2）一般情况下（同类型的金属晶体），金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定。阳离子半径越小，所带的电荷越多， 自由电子越多，相互作用就越大， 熔点就会越高。配位数：配位数：在晶体中，与每个微粒紧密相邻的微粒个数在晶体中，与每个微粒紧密相邻的微粒个数空间利用率：空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，它用来晶体的空间被微粒占满的体积百分数，它用来表示紧密堆积的程度表示紧密堆积的程度