金属晶体和离子晶体

面心立方 最密堆积
面心立方
74%
12
Cu、Ag、Au
巩固练习
已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的
相对原子质量为M，密度为ρ，试求
（1）图中正方形边长 a，
（2）铜的金属半径 r
r
提示：
数出面心立方中的铜的个数：
r o
a
晶胞的密度等于晶体的密度
r
r
a
第三章 晶体的结构与性质
第四节 离子晶体
授课人 榆中一中 李翻红
种堆积方式。
1200
平行六面体
每个晶胞含 2 个原子
铜型（面心立方紧密堆积）
7 1 9
6
5
8 2
3 4
12 10 11
这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数
为 12 ，许多金属（如Cu、Ag、Au等）采取这
种堆积方式。
C
B
A
A
B
C
A
（3）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。
小结：⑴一般而言，阴阳离子半径越小，所带电荷 越多，离子键越强，晶体熔沸点越高，硬度越大 ⑵晶体熔沸点的一般规律： 原子晶体>离子晶体>分子晶体
金属晶体的原子堆积模型
（1）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
金属晶体原子平面排列方式有几种？
探究
2
1
A
3
4
配位数为4 非密置层
2
NaCl的晶体结构模型
---Cl- --- Na+
几种典型的离子晶体晶胞类型
①与Na+等距 离且最近Cl-
有 6 个，
即Na+的配位
数6 。
②与Cl-等距离且
最近Na+ 有 6 个，
即Cl-的配位数
为 6。
③与Cl-等距离且最近Cl-有 12 个
④与Na+ 等距离且最近Na+ 有 12 个
CsCl的晶体结构及晶胞构示意图
密度最大的金属是--------ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ锇 [22.57g/cm3]
硬度最小的金属是-------- 铯 [0.2]
硬度最大的金属是-------- 铬 [9.0] 延性最好的金属是-------- 铂[铂丝直径：50100 mm] 展性最好的金属是-------- 金[金箔厚： 1001m00m] 最活泼的金属是---------- 铯 最稳定的金属是---------- 金
3、电子气理论：经典的金属键理论叫 做“电子气理论”。它把金属键形象地 描绘成从金属原子上“脱落”下来的大 量自由电子形成可与气体相比拟的带负 电的“电子气”，金属原子则“浸泡” 在“电子气”的“海洋”之中。
二、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。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
2、构成粒子：阴、阳离子 3、相互作用力：离子键（静电作用）
4、离子晶体的结构特征：
（1）离子键没有饱和性和方向性，在晶体中 阴阳离子尽可能采取最密堆积
（2）离子晶体中不存在单独的分子，化学式 代表阴阳离子最简个数比
5、常见的离子晶体：
强碱 NaOH Ba(OH)2等 大多数的盐 BeCl2 AlCl3除外 活泼金属氧化物 Na2O CaO MgO等
12
A
6
3
54
B
A
于是每两层形成一个周期，
B
即 AB AB 堆积方式，形成六
A
方紧密堆积。
配位数 12 。 ( 同层 6 ，上下层各 3 。 )
第二种是将第三层的 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
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
第四层再排 A，于是形
1
3
A
6
4
5
配位数为6 密置层
（2）金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ①简单立方堆积（Po）
简单立方堆积
空间利用率的计算
1、空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子
在整个晶体空间中所占有的体积百分比。
球体积
空间利用率 =
100%
晶胞体积
2、空间利用率的计算步骤：
（1）计算晶胞中的微粒数 （2）计算晶胞的体积
A
成 ABC ABC 三层一个周
期。 得到面心立方堆积。
C
B
12
A
6
3
C
54
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
镁型（六方紧密堆积）
7 1 9
6
5
8 2
3 4
10
11
12
这种堆积晶胞属于最密置层堆积，配位数
为 12 ，许多金属（如Mg、Zn、Ti等）采取这
8
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
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。
第一种是将第三层的球对准第一 下图是此种六方
层的球。
紧密堆积的前视图
与阴、阳离离子子晶间的体距的离晶成反格比能。与哪 些因素有关？
简言之,晶格能的大小与离子带电量成正比,与离子半
径成反比. 晶格能越大：
晶格能 q1 q2 r
– 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强）
– 熔点越高；硬度越大。
离子晶体的物理特性 ⑴熔沸点较高 ⑵硬度较大 ⑶固态不导电，水溶液或者熔化时能导电 ⑷一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂
• 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？
晶体
NaCl
CsCl
半径比r+/r- 0.525（0.4~0.7） 0.934（0.7~1.0）
配位数
6
8
6、决定离子晶体结构的因素
⑴几何因素
– 晶体中正负离子的半径比
⑵电荷因素
– 晶体中正负离子的电荷比
⑶键性因素
– 离子键的纯粹程度
(3)CaF2型晶胞
---Cs+ ---Cl-
Cs+周围距离最近的Cl-有 8 个， Cl-周围最近的Cs+有 8 个 Cs+周围距离最近的Cs+有 6 个， Cl-周围最近的Cl- 有 6 个
思考：
离子晶体
阴离子的配位数
阳离子的配位数
NaCl
6
6
CsCl
8
8
NaCl、 CsCl两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数不相等, 所以晶体结构是不同的
Ca
①Ca2+的配位数：8
F
②晶F-胞的配上位面数心： 4
图示③ 平均一为含个C：CaaFF2晶2晶胞胞的中1/8,
观察4点个为Ca上2+左和8前个方F-
仔细阅读晶表3格—能8，分析
• 定义：气晶态格离能子形的成大1摩小离与子离晶子体时晶释放的能量。 • 晶格能的体大的小熔与阴点、有阳什离子么所关带系电？荷的乘积成正比，
微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4
空间利用率：
4 4 r3
3 100% = 74.05% 16 2r3
堆积方式及性质小结
堆积方式
晶胞类型
空间利用 率
配位数
实例
简单立 方堆积
简单立方
52％
6
Po
体心立方 堆积
体心立方
68%
8
Na、K、Fe
六方最 密堆积
六方
74%
12 Mg、Zn、Ti
金属晶体的堆积方式──体心立方堆积
配位数： 8 空间占有率： 68%
每个晶胞含原子数： 2
体心立方堆积
b2 a2 a2
a 4 r
a
(4r)2 a2 b2 3a2
3
b a
空间利用率=
2 4 r3

3 a3
100%
2 4 r3
（
3 4
r）3
100%
3
3 100 % 68%
练习
1. 金属晶体的形成是因为晶体中存在（ C）
A.金属离子间的相互作用 B.金属原子间的相互作用 C.金属离子与自由电子间的相互作用 D.金属原子与自由电子间的相互作用
2. 金属能导电的原因是（B）
A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作 用较弱 B.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 C.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 D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子
课程标准要求
思考：
1、分子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是 什么样的作用力？
2、原子晶体是由什么粒子构成的？粒子间是 什么样的作用力？
3、如图是NaCl晶体晶 胞模型，试着就此总结 出离子晶体是由什么粒 子构成的？粒子间是什 么样的作用力？
一、离子晶体
1、定义：由阳离子和阴离子通过离 子键结合而成的晶体。
简单立方堆积 立方体的棱长为a，球的半径为r
过程：
1个晶胞中平均含有1个原子
a
V球= 4 r3
3
V晶胞=a3=8r3
空间利用率= V球 100%
4 r3
V晶胞

3 8r 3
100%
=52%
2、体心立方堆积-----钾型
（ IA，VB，VIB）
非密置层的另一种堆积是将上层金属 原子填入下层的金属原子形成的凹穴中
第三章 晶体的结构与性质
第三节 金属晶体
金属晶体
金属离子
自由电子
一、金属的结构
1、金属键的定义：金属离子和自由电子 之间的强烈的相互作用，叫金属键。 （1）金属键的成键微粒是金属阳离子和 自由电子。 （2）金属键存在于金属单质和合金中。 （3）金属键没有方向性也没有饱和性。
2、金属晶体的定义：通过金属离子与 自由电子之间的较强的相互作用形成的 晶体。 （1）在晶体中，不存在单个分子 （2）金属阳离子被自由电子所包围。
导电性
导热性 延展性
金属离 子和自 由电子
自由电子在 外加电场的 作用下发生 定向移动
自由电子与 晶体中各原 金属离子碰 子层相对滑 撞传递热量 动仍保持相
互作用
资料 金属之最
熔点最低的金属是-------- 汞 [-38.87℃]
熔点最高的金属是-------- 钨 [3410℃]
密度最小的金属是-------- 锂 [0.53g/cm3]