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1、第三章 晶体的结构与性质第三节 金属晶体金属晶体金属离子自由电子1 1、金属键的定义：金属离子和自由电子、金属键的定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用，叫金属键。之间的强烈的相互作用，叫金属键。（1 1）金属键的成键微粒是金属阳离子和）金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。自由电子。（2 2）金属键存在于金属单质和合金中。）金属键存在于金属单质和合金中。（3 3）金属键没有方向性也没有饱和性。）金属键没有方向性也没有饱和性。一、金属的结构一、金属的结构2 2、金属晶体的定义：通过金属、金属晶体的定义：通过金属离子与离子与自由电子之间自由电子之间的较强的相互作用形成的的较强的相互作用形
2、成的晶体。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）金属阳离子被自由电子所包围。）金属阳离子被自由电子所包围。 3 3、电子气理论：经典的金属键理论叫、电子气理论：经典的金属键理论叫做做“电子气理论电子气理论”。它把金属键形象地。它把金属键形象地描绘成从金属原子上描绘成从金属原子上“脱落脱落”下来的大下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的电的“电子气电子气”，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、金属共同的物理性质二、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光
3、容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。泽等。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 导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属离金属离子和自子和自由电子由电子自由电子在自由电子在外加电场的外加电场的作用下发生作用下发生定向移动定向移动自由电子与自由电子与金属离子碰金属离子碰撞传递热量撞传递热量晶体中各原晶体中各原子层相对滑子层相对滑动仍保持相动仍保持相互作用互作用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
4、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- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001v 金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B. .金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子
5、间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用v 金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱用较弱 B B. .金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动生定向移动 C C. .金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动发生定向移动 D D. .金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习CB金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型（
6、1 1）几个概念）几个概念 紧密堆积紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间可能的相互接近，使它们占有最小的空间 配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数微粒个数 空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度百分数，用它来表示紧密堆积的程度金属晶体原子平面排列方式有几种？非密置层非密置层探究探究A143213642A5密置层密置层配位数为4配位数为6（2）金属晶体的原子在三维空间堆积模型）金属晶体的原子在三维空间堆积模型简单立方堆积
7、空间利用率的计算 1、空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。 球体积 空间利用率 = 100% 晶胞体积（1）计算晶胞中的微粒数）计算晶胞中的微粒数2 2、空间利用率的计算步骤：、空间利用率的计算步骤：（2）计算晶胞的体积）计算晶胞的体积简单立方堆积简单立方堆积立方体的棱长为立方体的棱长为a a，球的半径为，球的半径为r ra过程：过程：1 1个晶胞中平均含有个晶胞中平均含有1 1个原子个原子V V球球= =334r%100晶胞球VVV V晶胞晶胞= =a a3 3=8r=8r3 3空间利用率空间利用率= =3343100%8rr=52%2、体心立方堆积体
8、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（ IA，VB，VIB）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体心立方堆积体心立方堆积ab222aab22223)4(abarra34%10034233ar%1003434233）（rr%68%10083空间利用率空间利用率= =a123456 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
9、 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或对准或对准 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
10、层各，上下层各 。 ) )1212 6 63 3 第二种是将第三层的第二种是将第三层的球对准第一层的球对准第一层的 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。123456123456123456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 3123456镁型（六方紧密堆积）12345678910111
11、2 这种堆积晶胞属于最密置层堆积，配位数这种堆积晶胞属于最密置层堆积，配位数为为 ，许多金属（如许多金属（如MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取这采取这种堆积方式。种堆积方式。121200平行六面体平行六面体每个晶胞含每个晶胞含 个原子个原子212铜型（面心立方紧密堆积）1234567891011 这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数为为 ，许多金属（如许多金属（如CuCu、AgAg、AuAu等）等）采取这采取这种堆积方式。种堆积方式。12BCAAABC（3）面心立方：在立方体顶点的微粒为）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有
12、，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 空间利用率：空间利用率：= 74.05%= 74.05%10021634433rr堆积方式 晶胞类型空间利用率配位数实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结简单立简单立方堆积方堆积体心立方体心立方堆积堆积六方最六方最密堆积密堆积面心立方面心立方六方六方体心立方体心立方简单立方简单立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo 已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为相对原子质量为
13、M，密度为，密度为，试求，试求（1）图中正方形边长）图中正方形边长 a，（2）铜的金属半径）铜的金属半径 raarrorr提示：提示：数出面心立方中的铜的个数数出面心立方中的铜的个数：晶胞的密度等于晶体的密度晶胞的密度等于晶体的密度巩固练习第三章 晶体的结构与性质第四节 离子晶体授课人 榆中一中 李翻红我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物课程标准要求思考：思考：1、分子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是、分子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是什么样的作用力？什么样的作用力？2、原子晶体是由什么粒子构
14、成的？粒子间是、原子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是什么样的作用力？什么样的作用力？3、如图是、如图是NaCl晶体晶晶体晶胞模型，试着就此总结胞模型，试着就此总结出离子晶体是由什么粒出离子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是什子构成的？粒子间是什么样的作用力？么样的作用力？一、离子晶体一、离子晶体1、定义：、定义：由阳离子和阴离子通过由阳离子和阴离子通过离离 子键子键结合而成的晶体。结合而成的晶体。2、构成粒子：、构成粒子：阴、阳离子阴、阳离子3、相互作用力：、相互作用力：离子键（静电作用）离子键（静电作用）4、离子晶体的结构特征：、离子晶体的结构特征：（1）离子键没有饱和性和方向性离子键没有饱和
15、性和方向性，在晶体中，在晶体中阴阳离子尽可能采取最密堆积阴阳离子尽可能采取最密堆积（2）离子晶体中不存在单独的分子，）离子晶体中不存在单独的分子，化学式化学式代表阴阳离子最简个数比代表阴阳离子最简个数比5、常见的离子晶体、常见的离子晶体：强碱强碱 NaOH Ba(OH)2等等大多数的盐大多数的盐 BeCl2 AlCl3除外除外活泼金属氧化物活泼金属氧化物 Na2O CaO MgO等等-Cl- Na+NaClNaCl的晶体结构模型的晶体结构模型与与Na+等距等距离且最近离且最近Cl- 有有 个，个，即即Na+的配位的配位 数数 。与与Cl-等距离且等距离且最近最近Na+ 有有 个，个，即即Cl-
16、的配位数的配位数为为 。6666与与Cl-等距离且最近等距离且最近Cl-有有 个个与与Na+ 等距离且最近等距离且最近Na+ 有有 个个1212几种典型的离子晶体晶胞类型几种典型的离子晶体晶胞类型-Cs+-Cl-CsClCsCl的晶体结构及晶胞构示意图的晶体结构及晶胞构示意图Cs+周围距离最近的Cl-有 个， Cl-周围最近的Cs+有 个Cs+周围距离最近的Cs+有 个， Cl-周围最近的Cl- 有 个8866思考：思考：NaClNaCl、 CsClCsCl两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数不相等两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数不相等, ,所以晶体结构是不同的所以晶体结构是不同的离子晶体
17、离子晶体阴离子的配位数阴离子的配位数阳离子的配位数阳离子的配位数NaClNaClCsClCsCl6688 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？晶体晶体NaClNaClCsClCsCl半径比半径比r+/r-r+/r-0.5250.525（0.40.4 0.70.7）0.9340.934（0.70.7 1.01.0）配位数配位数6 68 86、决定离子晶体结构的因素、决定离子晶体结构的因素几何因素几何因素晶体中正负离子的半径比晶体中正负离子的半径比电荷因素电荷因素晶体中正负离子的电荷比晶体中正负离子的电荷比键性因素键性因素离子键的纯粹程度离子
18、键的纯粹程度(3)CaF(3)CaF2 2型晶胞型晶胞Ca2+的配位数：的配位数：F- -的配位数：的配位数：一个CaFCaF2 2晶胞中平晶胞中平均含：均含： 4 4个个CaCa2+2+和和8 8个个F F- -84CaF晶胞上面心晶胞上面心图示为图示为CaF2晶胞的晶胞的1/8,观察点为上左前方观察点为上左前方晶格晶格能能 定义：气态离子形成定义：气态离子形成1 1摩离子晶体时释放的能量。摩离子晶体时释放的能量。 晶格能的大小与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，晶格能的大小与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。与阴、阳离子间的距离成反比。简言之,晶格能的大小与离子带电量成正比,与离子半径成反比. 晶格能越大：晶格能越大： 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强）形成的离子晶体越稳定；（离子键越强） 熔点越高；硬度越大。熔点越高；硬度越大。rqq21晶格能熔沸点较高熔沸点较高硬度较大硬度较大固态不导电，水溶液或者熔化时能导电固态不导电，水溶液或者熔化时能导电一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂 离子晶体的物理特性小结：一般而言，阴阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，晶体熔沸点越高，硬度越大 晶体熔沸点的一般规律： 原子晶体离子晶体分子晶体