人教版选修三 3.3 金属晶体 课件优秀课件
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一.已学过的金属知识
1.金属的分类 (1)黑色金属和有色金属 (2)重金属和轻金属 4.5g/cm3 (3)稀有金属和常见金属
2、金属共同的物理性质
不透明、有金属光泽、容易导电、 导热、有延展性等。
二.金属键
描述金属键的最简单的理论是“电子气”理论.
该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子 形成遍布整块晶体的“电子气”.这些电子不是专属 于某几个特定的金属离子,而是均匀分布于整个晶体 中,被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在 一起.金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋” 中.
6
3
54
第下四图层是再排铜A型，于型是紧形密堆积的前视图
A
成 ABC ABC 三层一个周 期。 得到面心立方堆积。
AC
CB
12
BA
6
3
AC
54
CB
配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 )
BA 此种立方紧密堆积的前视A图
铜型 [面心立方]
⑶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。
“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。
3.微粒间作用力：金属键
4、电子气理论对金属的物理性质的解释
⑴金属导电性的解释
在金属晶体中，充满着带负电的“电子气” （自由电子），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，自由电 子定向运动形成电流，所以金属容易导电。
不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种 金属是：Ag、Cu、Al
1200
这种堆积晶胞空间利用率高（74%）
属于密置层堆集，每个晶胞中含2
个原子，配位数为 12 ，许多金属
（如Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积
方式。
平行六面体
(4)铜型
12
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3
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12
6
3
54
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。
12
思考：电解质在熔化状态或溶于水能导 电，这与金属导电的本质是否相同？
晶体类型 导电时的状态
电解质
水溶液或 熔融状态下
金属晶体 晶体状态
导电粒子 自由移动的离子 自由电子
导电时发生的变化 化学变化
物理变化
导电能力随温度的 变化
增强
减弱
⑵金属导热性的解释
“电子气”（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“电子气” （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。“电子气” （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 的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
2
1
3
4
I型 非密置层
配位数为4
2
3
1
4
65
II 型 密置层
配位数为6
3.金属晶体的原子空间堆积模型
（1）.简单立方堆积：
这种堆积晶胞是一个简单立方，每个晶胞
每个晶胞含 1 个原子，空间利用率不高
（52%），属于非密置层堆积，配位数
为6 ， 只有金属（Po）采取这种堆积方式
（2）钾型 ----体心立方堆积：
二.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..成键微粒: 金属阳离子和自由电子
3.存在: 金属单质和合金中
4.特征: 无方向性和饱和性
三、金属晶体：
1.定义：通过金属键结合形成的晶体。
常温下，绝大多数金属单质和合金都 是金属晶体，但汞除外，因汞在常温 下呈液态。
2.组成粒子： 金属阳离子和自由电子
(2)、几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒
间尽可能的相互接近，使它们占有最小 的空间
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相 邻的微粒个数
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体 积百分数，用它来表示紧密堆积的程度
2、二维堆积（在平面上）
金属晶体中的原子可看成直径相等的小球，将等径圆球在 一平面上排列。有两种排布方式：
++ + +++ + + ++ +
+++ ++ + + + ++
错位
+++ + ++ + + ++ ++++ +++ + +++ +
自由电子
+ 金属离子
金属原子
（4）、金属晶体结构具有金属光泽和颜色
❖ 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很 快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属 具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如 铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率 的光而呈现较为特殊的颜色。
❖ 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂 乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不 出去，所以成黑色。
5、熔沸点和硬度
金属晶体的熔沸点和硬度差别较大。
影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强。 金属键越强，熔点越高，硬度越大。
金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低 （98.81℃)，硬度较小；而钨是熔点最高 (3410℃)硬度最大的金属。
三、金属晶体的原子堆积模型
1、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。
(1)堆积原理：
组成晶体的金属原子在没有其他因素 影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积 原理。这是因为金属键没有方向性，因此 都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子 分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系 的能量，使晶体变得比较稳定。
这种堆积晶胞是一个体心立方，
每个晶胞每个晶胞含 2 个原子，
空间利用率不高（68%），属于非
密置层堆积，配位数为 8 ，许
多金属（如Na、K、Fe等）采取这 种堆积方式。
思考：密置层的堆积方式有哪些？
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
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12
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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。
(3)镁型
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3
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第三层的一种排列方式，是将球对准第一层每一个
球，于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积 方式。
下图是镁型紧密堆积的前视图
A
12
6
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BΒιβλιοθήκη Baidu
54
A
B A
六方最密堆积
1.金属的分类 (1)黑色金属和有色金属 (2)重金属和轻金属 4.5g/cm3 (3)稀有金属和常见金属
2、金属共同的物理性质
不透明、有金属光泽、容易导电、 导热、有延展性等。
二.金属键
描述金属键的最简单的理论是“电子气”理论.
该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子 形成遍布整块晶体的“电子气”.这些电子不是专属 于某几个特定的金属离子,而是均匀分布于整个晶体 中,被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在 一起.金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋” 中.
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第下四图层是再排铜A型，于型是紧形密堆积的前视图
A
成 ABC ABC 三层一个周 期。 得到面心立方堆积。
AC
CB
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BA
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AC
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CB
配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 )
BA 此种立方紧密堆积的前视A图
铜型 [面心立方]
⑶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。
“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。
3.微粒间作用力：金属键
4、电子气理论对金属的物理性质的解释
⑴金属导电性的解释
在金属晶体中，充满着带负电的“电子气” （自由电子），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，自由电 子定向运动形成电流，所以金属容易导电。
不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种 金属是：Ag、Cu、Al
1200
这种堆积晶胞空间利用率高（74%）
属于密置层堆集，每个晶胞中含2
个原子，配位数为 12 ，许多金属
（如Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积
方式。
平行六面体
(4)铜型
12
6
3
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12
6
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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。
12
思考：电解质在熔化状态或溶于水能导 电，这与金属导电的本质是否相同？
晶体类型 导电时的状态
电解质
水溶液或 熔融状态下
金属晶体 晶体状态
导电粒子 自由移动的离子 自由电子
导电时发生的变化 化学变化
物理变化
导电能力随温度的 变化
增强
减弱
⑵金属导热性的解释
“电子气”（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“电子气” （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。“电子气” （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 的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
2
1
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4
I型 非密置层
配位数为4
2
3
1
4
65
II 型 密置层
配位数为6
3.金属晶体的原子空间堆积模型
（1）.简单立方堆积：
这种堆积晶胞是一个简单立方，每个晶胞
每个晶胞含 1 个原子，空间利用率不高
（52%），属于非密置层堆积，配位数
为6 ， 只有金属（Po）采取这种堆积方式
（2）钾型 ----体心立方堆积：
二.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..成键微粒: 金属阳离子和自由电子
3.存在: 金属单质和合金中
4.特征: 无方向性和饱和性
三、金属晶体：
1.定义：通过金属键结合形成的晶体。
常温下，绝大多数金属单质和合金都 是金属晶体，但汞除外，因汞在常温 下呈液态。
2.组成粒子： 金属阳离子和自由电子
(2)、几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒
间尽可能的相互接近，使它们占有最小 的空间
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相 邻的微粒个数
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体 积百分数，用它来表示紧密堆积的程度
2、二维堆积（在平面上）
金属晶体中的原子可看成直径相等的小球，将等径圆球在 一平面上排列。有两种排布方式：
++ + +++ + + ++ +
+++ ++ + + + ++
错位
+++ + ++ + + ++ ++++ +++ + +++ +
自由电子
+ 金属离子
金属原子
（4）、金属晶体结构具有金属光泽和颜色
❖ 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很 快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属 具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如 铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率 的光而呈现较为特殊的颜色。
❖ 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂 乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不 出去，所以成黑色。
5、熔沸点和硬度
金属晶体的熔沸点和硬度差别较大。
影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强。 金属键越强，熔点越高，硬度越大。
金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低 （98.81℃)，硬度较小；而钨是熔点最高 (3410℃)硬度最大的金属。
三、金属晶体的原子堆积模型
1、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。
(1)堆积原理：
组成晶体的金属原子在没有其他因素 影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积 原理。这是因为金属键没有方向性，因此 都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子 分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系 的能量，使晶体变得比较稳定。
这种堆积晶胞是一个体心立方，
每个晶胞每个晶胞含 2 个原子，
空间利用率不高（68%），属于非
密置层堆积，配位数为 8 ，许
多金属（如Na、K、Fe等）采取这 种堆积方式。
思考：密置层的堆积方式有哪些？
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
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12
6
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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。
(3)镁型
12
6
3
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12
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第三层的一种排列方式，是将球对准第一层每一个
球，于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积 方式。
下图是镁型紧密堆积的前视图
A
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B A
六方最密堆积