金属键与金属特性

2.晶胞
什么是晶胞？
晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复 单位
说明：
晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形 成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。 在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一 样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金
属原子的紧密堆积是有一定规律的。
一、理论基础：
由于金属键没有方向性，每个金属原子 中的电子分布基本是球对称的，所以可以把 金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空 间堆积而成的。
(2) 合金的特性
① 合金的熔点比其成分中金属 低 (低，
高，介于两种成分金属的熔点之间；) ②具有比各成分金属更好的硬度、强度和
机械加工性能。
练习
1. 右图是钠晶体的晶胞结构， 则晶胞中的原子数是8×1/8 +1=.2
钠晶体的晶胞
如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是12×1/6+2×.1/2 + 3 = 6
Ⅲ.六方堆积
镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
于是每两层形成一个周 期，即 AB AB 堆积方式， 形成六方堆积。
B A
上图是此种六方 堆积的前视图
六方最密堆积分解图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
专题3 微粒间作用力与物质性质
大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？ 金属能导电又说明了什么？
说明金属晶体中存在着强烈的相互作用; 金属具有导电性,说明金属晶体中存在着能够自由 流动的电子。
这些电子不是专属于某几个特定的金属离子， 是均匀分布于整个晶体中。
1.金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。
（2）形成 成键微粒: 存 在:
金属阳离子和自由电子 金属单质和合金中
（3）方向性: 无方向性
2. 金属的物理性质
具有金属光泽,能导电,导热,具有良好的延展 性,金属的这些共性是有金属晶体中的化学 键和金属原子的堆砌方式所导致的
（1）导电性 （2）导热性 （3）延展性
（1）导电性
通常情况下金属晶体内部电子的运动是自 由流动的，但在外加电场的作用下会定向 移动形成电流,所以金属具有导电性。
② 体心立方堆积 ——体心立方晶胞
③ 六方堆积 ——六方晶胞 ④面心立方堆积 ——面心立方晶胞
配位数 = 6 空间利用率 = 52.36% 配位数 = 8 空间利用率 = 68.02% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
2. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值)
12
6
3
54
12
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6
3
54
12
6
3
54
Ⅳ.面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
第四层再排 A，于是形成
A
ABC ABC 三层一个周期。
这种堆积方式可划分出面心
C
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A
C B A 此种立方紧密堆积的前视图
堆积方式及性质小结
①简单立方堆积
二、金属堆积方式
（一）一维堆积
（二）二维堆积
I型
II 型
非密置层
行列对齐四球一空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一空 最紧密排列
（三） 三维空间堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％ ，金 属钋（Po）采取这种堆积方式。
Ⅱ. 体心立方堆积
Na、K、Cr、Mo、W等属 于体心立方堆积。
顶点占1/8
棱上占1/4
面心占1/2 体心占1
有1/8属于 该立方体
有1/4属于 该立方体
有1/2属于 该立方体
完全属于该 立方体
2.晶胞中微粒数的计算
(1)体心立方：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体 心的金属原子全部属于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
(2)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2个晶胞共有。
影响金属键强弱的因素
（1）金属元素的原子半径 （2）单位体积内自由电子的数目
一般而言：
金属元素的原子半径越小，单位体积内自由 电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大， 熔、沸点越高。
如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体
积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来 越大；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积 内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越 小。
（2）导热性
金属容易导热，是由于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低的部分， 从而使整块金属达到相同的温度。
（3）延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相
互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以 后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用 下，发生形变也不易断裂,因此在一定强度的外力 作用下,金属可以发生形变,表现为良好的延展性。
微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
(3)六方晶胞：
在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
合金
(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金
属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物 质叫做合金。
例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌 33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡 22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故 合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混 合物。
这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入 下层金属原子形成的凹穴中,得到的是体心立方 堆积。
密置层第一层 ：
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 )
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
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。
黄铁矿 水晶
萤石 绿色鱼眼石
晶体：具有规则几何外形的固体。 晶体为什么具有规则的几何外形呢?
构成晶体的微粒有规则排列的结果.
晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位.
晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。
金属晶体
1. 晶体
(1)定义:通过结晶过程形成的具有规则几
何外形的固体叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其合金也 是晶体。