物质结构3、1、1金属键金属晶体上课 (2)

小资料
熔点最低的金属是-------- 汞（熔点-38.72 ℃ ） 熔点最高的金属是-------- 钨（熔点3380℃ ）
金 属 之 最
密度最小的金属是-------- 锂（密度0.534克/厘米3 ）
密度最大的金属是-------- 锇（密度22.59克/厘米3 ）
硬度最小的金属是-------- 铯 硬度最大的金属是-------- 铬
六 方 晶 胞
顶端原子一般只计算 1/6 面上原子一般只计算 1/2 内部原子一般计算成 1 若此晶胞所有原子相同， 则此晶胞中含 6 个原子。
例、1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1 所示，1183 K以上转变为图2所示结构的基本结 构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相 同（1）在1183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子 8 等距离且最近的铁原子数为______ 个；在1183 K 以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁 12 原子数为___________ ；
专题3
微粒间作用力与物质性质
第一单元 金属键 金属晶体
3、1、1、金属键与金属特性 应该学会： 1、金属键的概念 2、能用金属键理论解释金属的物理性质
一、金属键 1、金属键概念： 2、金属键的本质： 电性作用 3、成键微粒： 金属阳离子和自由电子 金属原子脱落下来的价电子 形成遍布整个晶体的“自由 流动的电子”,被所有原子 所共用，从而把所有的原子 维系在一起。
1 6 5 4
下图是此种六方 紧密堆积的前视图
2
3
A B
A
B 于是每两层形成一 个周期，即 AB AB A 堆积方式，形成六方紧 密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )
第三层的另一种
排列方式，是将球
6
1
5
2 3
对准第一层的
4， 6 是
2，
4
位，不同于 C 层。
1 6 5 4 2 3
三、金属键与金属性质的关系
1、金属的导电性
在金属晶体中，自由电子的运动是没有固
定方向的，但在外加电场的作用下，自由电子
在金属内部会发生定向移动，从而形成电流，
所以金属容易导电。
2、金属的导热性 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， 那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加 快，通过碰撞，把能量传给金属离子。自由电 子在热的作用下与金属离子频繁碰撞，从而把
143.1 326.4 660
124.9 397.5 1900
97.5
由此可见，金属的原子化热越大金属键越强， 反之金属的原子化热越小金属键越弱。
结论： 金属元素原子的半径越小，单位体积内自由电子的 数目越多，（金属阳离子所带电荷越多，)则金属键越 强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。
依次降低 ，硬 同主族金属从上到下，熔沸点__________ 依次减小 度________ ； 例如：熔点Li＞Na＞K 依次升高 ，硬 同周期金属从左到右，熔沸点__________ 依次增大 度________ 。 例如：熔点Na<Mg<Al
能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而
使整块金属达到相同的温度。
3、金属的延展性
当金属受到外力作用时，金属原子之间会 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自由电子可以起到类似润 滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑 动以后，仍保持金属键的作用，因而即使在外 力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属 都有良好的延展性。
AB 两层的位置，这
1 6
5 4 2
3
第四层再排 A，于是 形成 ABC ABC 三层
A
一个周期。 得到面心
C
B
立方堆积。
1 6
5 4 2
A
3
C B
A
配位数 12 。
(同层 6，上下层各3) 此种立方紧密堆积的前视图
四种堆积方式,最常见的堆积为后三种:
简单 立方
体心 立方
六方堆积
面心 立方
思考：钠的晶胞里，含多少原子？
课堂小结 金属晶体 中原子的 堆积方式
非密置 体心立方堆积 层 三种最 六方密堆积 常见堆 密置层 积方式 面心立方堆积
简单立方堆积
例、晶体硼的基本结构单 元都是由硼原子组成的正 二十面体的原子晶体，其 中含有20个等边三角形和 一定数目的顶角，每个顶 角上各有一个原子，试观 察右边图形，回答： 这个基本结构单元由 12 个硼原子组成，键角 是 60° ，共含有 30 个B—B键。
图1
图2
拓展：晶胞中原子的配位数计算 配位数： 每个金属原子周围距离最近的原子数称为 金属晶体原子的配位数。
（1）简单立方堆积
配位数 6
（2）体心立方堆积
配位数为8
（3）六方紧密堆积（镁型）
1 6 5
2 3 4
配位数为 12（同层6个， 上下层各3个）
五、合金
1、合金：是指一种金属与另一种（或几 种）金属或非金属经过熔合而得到的具有 金属性质的物质。 2、性质：合金在硬度、弹性、强度、熔 点等许多性能方面都优于纯金属。 ①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变 很大； ②熔点比各成份金属的都低，而不是介于两 者之间； ③强度、硬度比成分金属大，机械加工性能 更好
体心立方(钾型),平均每个晶胞含二个原子
2.密置层在三维空间堆积方式
密置层
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。 (
或对准 2，4
，6 位，其情形是一样的 )
1
3 5 4 6 5 4
2
3
6
A
，
1
2
B
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。
第一种是将球对准 第一层的球
分子晶体
晶胞：
能够反映晶体结构特征的基本重复单元
思考: 行列对齐 四球一空 行列相错 三球一空 如果把金属晶体中的原子看成直径相等 (最紧密排列 )密置层 的球体 ,把他们放置在平面上 ,有几种方式 ? (非最紧密排列 )非密置层
哪一种放置方式对空间的利用率较高?
思考交流:
对于非密置层在三维空间有几种堆积方式?
• 比较离子晶体、金属晶体导电的区别：
晶体类型 导电时的状 态 离子晶体 （NaCl） 金属晶体 （Na）
导电粒子 导电本质
温度升高
水溶液或 晶体状态 熔融状态下 自由移动的阴、 自由电子 阳离子 化学变化 物理变化 导电性增强 导电性减弱
全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。 单位：kJ/mol
观察下表，思考金属的原子化热与什么因素有 关，其可能会影响金属的什么性质？
金属
Na
Mg
3s2
Al
3s23p1
Cr
3d54s1
原子外围 3s1 电子排布 原子半径 186 /pm 原子化热 108.4 /kJ· mol-1 熔点/℃
160 146.4 650
上下对齐
简单立方
这样得到的是简单立方堆积, 自然界只有钋(Po)采用这种排列.
这种堆积方式的特点是将上层金属原子填入下层 金属原子形成的凹穴中,每层均照此堆积.钾、钠 、铁等金属采用这种堆积方式，简称为钾型。
体心立方
四、金属晶体的原子堆积模型
1.非密置层在三维空间堆积方式 简单立方(如钋),平均每个晶胞含一个原子
2
钠晶体的晶胞
3.晶胞中金属原子数目的计算(平均值) ——均摊法
顶点占 1/8
棱占 1/4
面心占 1/2
体心占 1
晶胞内含的原子数
=a×1/8+b×1/4+c×1/2+d
a为位于顶点的原子或离子数； b 为位于棱边的原子或离子数； c为位于面上的原子或离子数； d为位于晶胞内的原子或离子数
12 晶胞结构如图所示，则顶点上原子被______ 6 个晶胞共有,侧棱上的原子被_______ 个晶胞 4 所共有，顶面棱上的原子被_______ 个晶胞所 共有 思考:如果晶胞结构为六棱柱,结果如何?
课堂小结:
决定
结构
金属内部的特 金属键 殊结构
原子化热 金属阳离子 自由电子 原子半径
性质
金属的物理共性Байду номын сангаас
导电性 导热性 自由电子数
延展性
熔沸点高低 硬度大小
黄铁矿
萤石
水晶
绿色鱼眼石
菱锰矿
3、1、2、金属晶体
应该学会： 1、金属晶体的概念 2、金属晶体的基本堆积方式
3、晶胞的计算
一、晶体与非晶体
晶体:具有规则几何外形的固体
非晶体:没有规则几何外形的固体
二、晶体的特性
1、有规则的几何外形 2、有固定的熔沸点 3、有一定强度、导热性、光学性质等
三、 晶体的分类
(依据：构成晶体的粒子种类及粒子之间的作用)
金属晶体 金属阳离子和自由电子之间通 过金属键结合而形成的晶体。 离子晶体 晶体 原子晶体
金属的延展性
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子
位错
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+
金属离子
金属原子
二、影响金属键的因素
金属键的强弱可用金属的原子化热来衡量。
金属的原子化热是指： 1mol金属固体完
延展性最好的金属是------- 金 最活泼的金属是---------- 铯 最稳定的金属是---------- 金
导电性最好的金属是------- 银
金属的分类： 按颜色： 黑色金属：Fe
Cr
Mn
有色金属：除以上三种金属以外 3 轻金属：ρ<4.5g/cm Na Mg 按密度： 重金属：ρ>4.5g/cm3 Zn Cu 按含量 常见金属： Fe Mg Al
金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用.
4、微粒间作用力： 金属键 5、金属键特点： 无方向性和饱和性
自由电子被许多金属离子所共 有，即被整个金属所共有 ,所 以既无方向性又无饱和性
6、存在：
金属单质或合金
根据金属的用途和日常生活经验，你知道 金属有哪些共同的物理性质? 金属物理性质： 有金属光泽，容易导电、导热，有延展性 等。大多数金属都有较高的熔沸点。较大的硬 度。 试一试： 根据金属的结构，能否解释金属 的导电性、导热性、延展性？
稀有金属： 锆、钒、钼
有色 根据以上分类：金属镁、铝属于———— 轻 、—————— 常见 金属 、———
金属的特点
①常温下，单质都是固体，汞(Hg) 除外；
②大多数金属呈银白色，有金属光 泽，但 黄 色，铜(Cu)—— 红色， 金(Au)—— 微红 色，铅(Pb)—— 蓝白 铋(Bi)—— 色。