【化学】3.1 金属键 金属晶体(苏教版选修3)课件

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。
金属晶体
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。
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 )
1 6 5
2
3 4 6 5 4 A B
1
2
3
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。
5
4
堆积方式及性质小结
①简单立方堆积 配位数 = 6 空间利用率 = 52.36% 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 = 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%
，
镁、锌、钛等属于六方堆积 Ⅲ.六方堆积 第一种： 将第三层球对准第一层的球 A
1 6 5 4
2
3
B
A B
于是每两层形成一个 周期，即 AB AB 堆积方 式，形成六方堆积。
A
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方最密堆积分解图
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 1 6 5 4
326.4
3d54s1 124.9
397.5
熔点/℃
97.5
650
660
1900
金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱 又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体 完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。
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
（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。 思考：升高温度，金属导电能力如何？
（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
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。
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。
金属晶体
1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞
二维平面堆积方式
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。
D．条件不够，无法写出化学式
练
习
3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾 50% ~80%)为液体，而钠钾的单质均 为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三 种物质中，熔点最低的是 ( A ) A. 生铁 B. 纯铁 C. 碳 D. 无法确定
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: 金属阳离子和自由电子 存 在: 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
2. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值)
顶点占1/8
棱上占1/4
面心占1/2
体心占1
Baidu Nhomakorabea
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。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
2
3
的
2，4，6
位，不同
于 AB 两层的位置，这是 C 层。
1 6 5
2 3 4
1 6
5
2
3
4
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 ABC ABC 三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心 立方晶胞。 A C B 1 6 2 3 A C B 配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ) A 此种立方紧密堆积的前视图
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
练
习
2. 最近发现一种由某金属原子M和非金 属原子 N 构成的气态团簇分子，如图所 示．顶角和面心的原子是 M原子，棱的 中心和体心的原子是 N 原子，它的化学 式为( C ) A．M4 N 4 B．MN C．M14 N13
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。
(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。
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。
金属的延展性
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子
导电性
导热性
延展性
有的金属软如蜡,有的金属硬如钢;有的 金属熔点低,有的金属熔点高,为什么?
根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素 部分金属的原子半径、原子化热和熔点
金属
Na
Mg
Al
Cr
原子外围电子排布 原子半径/pm
原子化热/kJ· mol-1
3s1 186
108.4
3s2 160
146.4
3s23p1 143.1
(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
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点----1/8 棱----1/4 面心----1/2 体心----1
合金
(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金
错位
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+
金属离子
金属原子
小结：
共 性 金属晶体与性质的关系
在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子 在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因 而形成电流 由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子 碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的 部分，从而使整块金属达到相同的温度 由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原 子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的 作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而 不断裂