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1、第三节第三节 金属晶体金属晶体学 科网TiTi金属样品金属样品组卷网 从上述金属的应用来看，金属有哪些共同从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢的物理性质呢?一、金属共同的物理性质一、金属共同的物理性质 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些问题：构成金属晶体的粒子有哪些？组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键（电子气理
2、论）金属键（电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体金属金属 键强弱判断键强弱判断:阳离子所带电荷多、阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高。半径小金属键强，熔沸点高。金属键：金属晶体中原子之间的化学作用金属键：金属晶体中原子之间的化学作用 力叫做金属键。力叫做金属键。金属原子的电离能低，容易失去电子而形成金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金
3、属键可看成是由许多的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。键。强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。电
4、子气理论：电子气理论：经典的金属键理论叫做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成从金属原子上它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱脱落落”下来的大量自由电子形成可与气体相比下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的拟的带负电的“电子气电子气”，金属原子则，金属原子则“浸浸泡泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。zxxkw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金属导电性的解释金属导电性的解释 在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方（自由
5、电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。移动，因而形成电流，所以金属容易导电。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导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中动的结果，那么金属晶体导热过程中“
6、电子气电子气”（自由电子）担当什么角色（自由电子）担当什么角色?金属导热性的解释金属导热性的解释“电子气电子气”（自由电子）在运动时经常与金属离子（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，碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能量增加，（自由电子）能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用下与金属原子（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的频繁碰撞从而把能量从温度高的
7、部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。部分，从而使整块金属达到相同的温度。金属延展性的解释金属延展性的解释 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都外力作
8、用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。有良好的延展性。不同的金属在某些性质方面，如密度、硬不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+四四.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系之间的
9、金属键的强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535 2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱但金属性越弱如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs资资料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-汞汞熔点最高的金属是熔点最
10、高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬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-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金1 1、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
11、与自由电子间的相互作用 C练习练习2 2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金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下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可发生定向移动 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下可发生定向移动 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 C3 3、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阴任何晶体中，若含有阳离子也
12、一定含有阴离子离子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，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键 B金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型金属原子在平面上有几种排列方式？金属原子在平面上有几种排列方式？（a a）非密置层非密置层（b b）密置密置层层两种排列方式的配位数分两种排列方式的配位数分别是多少？哪种排列方式别是多少？哪种排列方式使一定体积内含有的原子使一定体积内含有的原子数目最多？数目最多？u思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积
13、方式？思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？u活动活动探究：探究：将乒乓球在三维空间堆积起来，有几种不同的堆积方式将乒乓球在三维空间堆积起来，有几种不同的堆积方式？比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利？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。用率、晶胞的区别。o简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型1 1晶胞的晶胞的形状是什么形状是什么？含几个原子？含几个原子？1 1、简单立方堆积、简单立方堆积 钋型钋型o体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积
14、模型2 2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型2、体心立方堆积、体心立方堆积 钾型钾型配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%123456 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 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 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。思考：密置层的堆积方式有哪些？思考：密置层的堆积方式有哪些？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
15、的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是于是每两层形成一个周期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 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)o六方密堆积（六方密堆积（镁型）镁型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型3 3六方密堆积六方密堆积 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。123456123456123456123456
16、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，于于是形成是形成 ABC ABC 三三层一个周期。层一个周期。得到面心得到面心立方堆积立方堆积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)o面心立方面心立方 （铜型）（铜型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型4 4三、金属晶体的四种堆积模型对比三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型堆积模型典型代表典型代表空间利用率空间利用率配位数配位数晶胞晶胞简单立方简单立方钾型钾型(bcp)镁型镁型(hcp)铜型铜型(ccp)阅读课文阅读课文7979资料卡片资料卡片，并填写下表，并填写
17、下表简简简简单单单单立立立立方方方方钾钾钾钾型型型型（体体体体心心心心立立立立方方方方堆堆堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方密密密密堆堆堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方密密密密堆堆堆堆积积积积）金属晶体的四种堆积模型对比二：晶体的熔沸点高低判断：二：晶体的熔沸点高低判断：1：单质的熔沸点变化规律：单质的熔沸点变化规律：同主族：随原子序数递增：同主族：随原子序数递增：金属单质的熔沸点一般渐降；金属单质的熔沸点一般渐降；非金属单质的熔沸点一般渐增；非金属单质的熔沸点一般渐增；非金属单质，如果是原子晶体，则渐降。非金属单质，如果是原子晶体，则渐降。2：四种晶体的熔沸点高
18、低判断：四种晶体的熔沸点高低判断：一般规律是：一般规律是：原子晶体原子晶体 离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体 （1）对于离子晶体化学式与结构相似，离子的电荷数越多，半）对于离子晶体化学式与结构相似，离子的电荷数越多，半径越小，键越强，熔沸点越高。径越小，键越强，熔沸点越高。（2）金属晶体，核电荷数大，原子半径越小，价层电子数越多，）金属晶体，核电荷数大，原子半径越小，价层电子数越多，键越强，熔沸点越高。合金的熔沸点一般比它的组分的熔沸点低。键越强，熔沸点越高。合金的熔沸点一般比它的组分的熔沸点低。小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体晶体类类型型原子晶体原子晶体分子
19、晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念相相邻邻原子之原子之间间以共价以共价键键相相结结合而成具有空合而成具有空间间网状网状结结构的晶体构的晶体分子分子间间以范德以范德华华力相力相结结合而合而成的晶体成的晶体通通过过金属金属键键形成的形成的晶体晶体作用力作用力共价共价键键范德范德华华力力金属金属键键构成微粒构成微粒原子原子分子分子金属阳离子和自由金属阳离子和自由电电子子物物理理性性质质熔沸点熔沸点很高很高很低很低差差别较别较大大硬度硬度很大很大很小很小差差别别较较大大导电导电性性无（硅无（硅为为半半导导体）体）无无导导体体实实例例金金刚刚石、二氧化硅、石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢钢铁铁等等面心立方面心立方 BCA