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1、第四节金属晶体第四节金属晶体第七章第七章 固体结构与性质固体结构与性质 第四节第四节 金属晶体金属晶体 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案7-4-1金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构7-4-1 金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构晶体晶体类型类型结点粒子结点粒子种类种类粒子间粒子间作用力作用力一般性质一般性质物质物质示例示例金属金属晶体晶体金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子金属键金属键熔点熔点、硬度差别大硬度差别大导电性导电性、导热性导热性、延延展性好展性好,有金属光泽有金属光泽金属金属合金合金CuCu 原子原子Cu 离子离子金属键金属键熔点熔点 Hg-38.87、W 3410
2、硬度硬度 Na 0.4、Cr 9.0金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧密堆积方式，所以一般金属密度较大密堆积方式，所以一般金属密度较大每个原子被较多的相同原子包围，一般配每个原子被较多的相同原子包围，一般配位数较大位数较大等径圆球的三种密堆积基本构型等径圆球的三种密堆积基本构型ABCAABAABA配位数配位数=12 配位数配位数=12 配位数配位数=8面心立方密堆积面心立方密堆积 六方密堆积六方密堆积体心立方密堆积体心立方密堆积7-4-2金属键金属键7-4-2 金属键金属键金属键金属键自由电子气把金属阳离子自由电子气把金属阳离子“胶胶 合合”成金属晶体的结
3、合力成金属晶体的结合力含义含义金属原子的电负性和电离能较小，价电子金属原子的电负性和电离能较小，价电子容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以自由运动，形成离域的自由电子气。自由运动，形成离域的自由电子气。特征特征:无饱和性和方向性无饱和性和方向性使金属具有良好的导电性、导热性和使金属具有良好的导电性、导热性和延展性延展性7-4-3 金属的能带理论金属的能带理论7-4-3 金属的能带理论金属的能带理论应用分子轨道理论研究金属晶体中原子间的应用分子轨道理论研究金属晶体中原子间的结合力，逐渐发展成金属键的能带理论。结合力，逐渐发展成金属键的能带理论。把一块金属看作一
4、个大分子，用分子轨道把一块金属看作一个大分子，用分子轨道理论来描述金属晶体内电子的运动状态。理论来描述金属晶体内电子的运动状态。假定原子核位于金属晶体的晶格结点上，假定原子核位于金属晶体的晶格结点上，构成一个联合核势场，电子分布在分子轨构成一个联合核势场，电子分布在分子轨道内，而价电子作为自由电子道内，而价电子作为自由电子(即离域电即离域电子子)，可在晶体内金属原子间运动，不属，可在晶体内金属原子间运动，不属于任何一个原子。于任何一个原子。金属晶体块的大分子概念金属晶体块的大分子概念能带概念能带概念假如一块锂金属有假如一块锂金属有n个原子组成，个原子组成，n个个2s原子轨道组成原子轨道组成n个
5、分子轨道，这个分子轨道，这n个分子个分子轨道的能级非常接近，几乎形成能量连轨道的能级非常接近，几乎形成能量连续的能带。续的能带。能带能带由由n条能级相同的原子轨道组成条能级相同的原子轨道组成能量几乎连续的能量几乎连续的n条分子轨道条分子轨道2s 能带能带由由2s 原子轨道组成的能带原子轨道组成的能带如如Li 1s22s1 1s分子轨道能带分子轨道能带按能带的能级和电子在能带中的分布不同，按能带的能级和电子在能带中的分布不同，能带有多种：满带，导带和禁带能带有多种：满带，导带和禁带能带种类能带种类满带满带：充满电子的低能量能带：充满电子的低能量能带导带导带禁带禁带满带满带n个个2sn个个1s半满
6、半满满满能能量量原子轨道原子轨道能带能带电子充填情况电子充填情况导带导带禁带禁带满带满带n个个2sn个个1s半满半满满满能能量量原子轨道原子轨道能带能带电子充填情况电子充填情况如如Li 1s22s1 2s分子轨道能带分子轨道能带有空的分子轨道存在，在这种能带的电子，有空的分子轨道存在，在这种能带的电子，只要吸收微小的能量，就能跃迁到带内能只要吸收微小的能量，就能跃迁到带内能量稍高的空轨道上运动，从而使金属具有量稍高的空轨道上运动，从而使金属具有导电、导热作用。导电、导热作用。导带导带：未充满电子的能带：未充满电子的能带 导带导带禁带禁带满带满带n个个2sn个个2s半满半满满满能能量量原子轨道原
7、子轨道能带能带电子充填情况电子充填情况如如 Li 1s22s1 1s能带和能带和2s能带之间的间隙能带之间的间隙禁带是电子的禁区禁带是电子的禁区,电子是不能在此停留的。电子是不能在此停留的。若禁带不太宽若禁带不太宽,电子获能量可从满带越过禁电子获能量可从满带越过禁带跃迁到导带带跃迁到导带;若禁带太宽若禁带太宽,跃迁难以进行跃迁难以进行。禁带禁带：相邻的能带间的间隙：相邻的能带间的间隙能带的重叠能带的重叠金属的紧密堆积结构金属的紧密堆积结构使金属原子核间距一般都很小，使金属原子核间距一般都很小，使形成的能带之间的间隙一般也都很小，使形成的能带之间的间隙一般也都很小，甚至会出现重叠现象甚至会出现重
8、叠现象能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质导电导电能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体导体导体:在外电场下，在外电场下，导带中的电子在能导带中的电子在能带中做定向运动，带中做定向运动，形成电流而导电形成电流而导电绝缘体绝缘体:电子都在满带电子都在满带上，且禁带较宽，难上，且禁带较宽，难以跃迁以跃迁,不能导电不能导电半导体半导体:禁带较窄禁带较窄,满带中的电子易被激发满带中的电子易被激发,越过禁带到导带上，增加导电能力。越过禁带到导带上，增加导电能力。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质金属光泽金属光泽能能量
9、量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体光照时，导带中的光照时，导带中的电子可吸收光能跃电子可吸收光能跃迁到能量较高的能迁到能量较高的能带上，当电子返回带上，当电子返回时把吸收的能量又时把吸收的能量又发射出来，使金属发射出来，使金属具有金属光泽。具有金属光泽。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质导热性导热性能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体局部加热时，电局部加热时，电子运动和核的振子运动和核的振动，可进行传热，动，可进行传热，使金属具有导热使金属具有导热性。性。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质延展性延展性能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体受受力力作作用用时时,原原子子在在导导带带中中自自由由电电子子的的润润滑滑下下,可可以以相相互互滑滑动动,而而能能带带并并不不被破坏。被破坏。第四节结束第四节结束第四节第四节 结束结束第七章第七章 固体结构与性质固体结构与性质无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案