金属键 金属晶体
金属键金属晶体课件(含多款)
金属键与金属晶体课件一、金属键概述金属键是金属元素之间的化学键，它是金属晶体的基本结构特征。
金属键不同于离子键和共价键，其特点在于电子的自由运动。
在金属晶体中，金属原子通过金属键相互连接，形成具有特定几何形状的晶体结构。
二、金属键的特性1.电子的自由运动：金属键中，金属原子的外层电子脱离原子核的束缚，形成自由电子。
这些自由电子在整个金属晶体中自由运动，为金属提供了良好的导电性和导热性。
2.金属键的强度：金属键的强度较大，金属晶体具有较高的熔点和沸点。
金属键还具有较好的延展性，使金属在外力作用下能够发生塑性变形。
3.金属键的饱和性：金属键具有饱和性，即一个金属原子所能提供的空位数量有限。
当金属原子之间的距离过远时，金属键将断裂，金属晶体将发生断裂。
4.金属键的方向性：金属键具有一定的方向性，使金属晶体具有特定的几何形状。
金属原子的排列方式决定了金属晶体的晶体结构。
三、金属晶体的结构1.金属晶体的类型：根据金属原子排列方式的不同，金属晶体可分为面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）等类型。
2.金属晶体的晶面和晶向：金属晶体中的晶面和晶向是描述晶体结构的重要参数。
晶面指数（hkl）和晶向指数[uvw]分别表示晶面和晶向在晶体坐标系中的取向。
3.金属晶体的缺陷：金属晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
这些缺陷对金属的物理和化学性质具有重要影响。
四、金属键的应用1.金属材料的制备：金属键是金属材料制备的基础。
通过控制金属原子之间的金属键，可以制备出具有不同性能的金属材料。
2.金属材料的性能优化：通过调控金属晶体中的缺陷，可以优化金属材料的性能，如提高强度、硬度、耐磨性等。
3.金属材料的表面处理：金属材料的表面处理技术，如电镀、喷涂等，基于金属键的作用原理，旨在提高材料的耐腐蚀性、装饰性和功能性。
4.金属基复合材料：金属基复合材料是将金属与其他材料（如陶瓷、塑料等）复合而成的新型材料。
金属键与金属晶体
金属键与金属晶体
[学习目标] 1.认识金属键的本质，掌握金属键的特点与金属某些性质的关系。 2.能用“电子气理论”解释金属具有导电性、导热性和延展性的原因。 3.借助金属晶体等模型认识金属晶体的结构特点。
[重点难点] 1.用金属键解释、比较金属性质的差异。 2.金属晶体的结构特点。
情景引入
55Cs(铯) 28.84 678.4
从锂到铯，价电子数相同，但原子半径依次增大，导致金属键的能量越来越 小，熔沸点也就依次降低。
2．金属晶体熔点的变化规律 (1)金属晶体熔点的变化规律 不同金属晶体，其熔点差别较大。有的熔点很低，如Hg(汞)低至－38.87 ℃ ； 也有的熔点很高，如W(钨)高达3 000 ℃以上。因此，金属晶体的熔点跨度非 常大。 (2)金属键的强弱对金属单质物理性质的影响 金属硬度的大小，熔、沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强，金属 晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 (3)一般合金的熔点比各组分的熔点低。
知识拓展
金属的光泽 因为固态金属中有“自由电子”，所以当可见光照射到金属表面上时，“自 由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放，使得金属不透明并具有金属光 泽。
导思
思考下列关于金属的几个问题。 (1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？ 提示 不一定。如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子。 (2)纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些 物理性质会发生很大的变化？ 提示 金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和 硬度。 (3)为什么金属在粉末状态时，失去金属光泽而呈暗灰色或黑色？
面心立方堆积
自我测试
1234
1.下列有关金属晶体的说法不正确的是
①金属晶体是一种“巨分子” √
金属键与金属晶体(2017.2)
面心立方堆积 每个晶胞含原子数：4 配位数：？
面心立方堆积
配位数 12 。
( 同层 6 ， 上下层各 3 )
6
5 顶 1 6 5 4 2 3 顶 心 1 2 顶 4
1
2
3
6 顶
5 4
3
晶胞中原子数目计算：
晶胞中原子数目计算：
顶点：1/8 边： 1/4 面： 1/2 体心：1
金属晶体的原子在二维平面堆积模型
（子在三维空间的堆积
简单立方堆积 :钋（Po） 配位数：6 每个晶胞含原子数：1
体心立方堆积：钠、钾、铬、钼、钨
配位数：8 每个晶胞含原子数：2
金属键 金属晶体
金属晶体的物理性质 导电性、导热性、延展性
一、金属键
金属离子与自由 电子之间强烈的 相互作用，称为 金属键。
二、金属晶体
由于金属键的作用结合形成的晶体，
是金属晶体。
如金属单质
导电性
金属内部有自由移动的电子，在外电场的作 用下，自由电子会发生定向移动，所以金属 具有导电性。
导热性
自由电子运动把能量从高温区域传递到低温 区域。
延展性
金属键没有方向性，金属受外力作用时，各 层金属原子之间仍保持金属键作用。
影响金属键强弱的因素：
金属阳离子所带电荷越多，半径越小，
金属键越强，熔沸点越高，硬度也越大。 如Na、Mg
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数。 配 位 数： 8
金属键金属晶体
配位数
最近邻原子的数目为8。
致密度
约为68%，空间利用率有所提 高。
面心立方结构
晶格结点
每个晶胞的角上和每个面的中心各有一个原 子。
配位数
最近邻原子的数目为12。
原子半径
比体心立方结构更小。
致密度
高达74%，空间利用率最高。
密排六方结构
晶格结点
每个晶胞的角上和上下底面的中心以及三个侧面的中心各有一个原子。
01
利用纳米金属的高比表面积和催化活性，提高化学反应速率和
选择性。
纳米金属传感器
02
利用纳米金属独特的电学、光学性质，开发高灵敏度、高选择
性的传感器件。
纳米金属生物医学应用
03
研究纳米金属在生物医学领域的应用，如药物输送、生物成像
等。
高性能合金发展趋势
01
02
03
高强度轻质合金
开发具有优异力学性能和 轻量化的合金材料，满足 航空航天等领域的需求。
金属键特性分析
无方向性和饱和性
金属键没有固定的方向，也不存 在饱和性，这是由自由电子在金 属晶体中的自由运动性质决定的 。
宏观特性
金属键导致金属晶体具有光泽、 导电、导热等宏观特性。
典型金属键物质举例
碱金属和碱土金属
如钾、钠、钙等，它们的晶体结构主 要由金属键构成。
过渡金属
合金
由两种或两种以上的金属（或金属与 非金属）经一定方法所合成的具有金 属特性的物质，其内部也主要依赖金 属键结合。
以提高金属的硬度、强度和耐腐蚀性，但同时也会降低金属的导电性和
导热性。
04
金属晶体化学性质及反应类型
氧化还原反应
金属键和金属晶体
高一化学竞赛辅导资料（第9周）知识回顾：金属的物理性质：状态：常温下，除了是液体外，其余都为。
色泽：除了Cu、Au等金属外，大多数金属都是色，且有金属光泽。
其他性质：具有性、性、性。
1.为什么大部分的金属是银白色的？金属的颜色与什么有关？对大多数金属而言，其中的自由电子能吸收所有频率的光，然后很快放出所有频率的光，因而大多数金属呈现钢灰色乃至银白色。
也有少数金属，他们较易吸收某一频率的光，而呈现其互补色。
如金为黄色，铜为赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅为灰蓝色。
当金属是粉末状时为什么一般是黑色的？2. 常见的重金属包括哪些金属？重金属一定有毒吗？我们常说的重金属有毒，会使蛋白质变性，主要指的是重金属离子，而不是重金属的单质。
重金属的离子要达到一定浓度时才会有毒，量很少的时候是没有毒的。
有些重金属离子在很稀的时候，不但没毒，反而对人有益。
3.什么是焰色反应? 金属元素都有焰色反应吗？当某些金属及其化合物在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。
而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400nm～760nm），因而能使火焰呈现颜色。
由于各种原子的结构不同，电子跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，因而在火焰上呈现不同的颜色。
在化学上，常用来测试某种金属元素是否存在。
同时利用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。
焰色反应是元素的一种物理性质，无论是金属离子或金属原子均能发生焰色反应，它属物理变化过程。
不是所有元素都有特征的焰色。
只有碱金属元素以及钙、锶、钡、铜等少数金属元素才能呈现焰色反应。
竞赛考点：金属键1、金属键的概念：金属晶体中的金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，自由电子为整个金属所共用，所以金属键没有饱和性和方向性。
金属键与金属晶体
B
C. Li Be Mg D. Li Na Mg
晶体： 具有规则几何外形的固体
晶体的分类： 原子晶体，分子晶体，离子晶体，金属晶体
晶胞： 能够反映晶体结构特征的基本重复单元。
二、金属晶体
金属晶体
晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小 部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。
晶胞与晶体 砖块与墙 蜂室与蜂巢
1. 下列生活中的问题，不能用
金属键知识解释的是 （D）
A. 用铁制品做炊具
B. 用金属铝制成导线
C. 用铂金做首饰
D. 铁易生锈
7. 金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，
价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半
径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属
键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是
A. Li Na K B. Na Mg Al
（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
判断：有阳离子 必须有阴离子吗？
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
第一单元
金属键 金属晶体
第一课时
金属键与金属特性
金属元素在周期表中的位置及原子结构特征
大家都知道晶体有固定的几何外形、有固 定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范 德华力结合在一起，金刚石等都是原子晶体， 靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝 等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结 合在一起的呢？
通常情况下，金属原子的部分或全部 外围电子受原子核的束缚比较弱，在金 属晶体内部，它们可以从金属原子上 “脱落”下来的价电子，形成自由流动 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。
【知识解析】金属键与金属晶体
金属键与金属晶体1 金属键定义金属阳离子与自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键本质金属原子的价层电子受原子核的束缚比较弱，价层电子容易脱离原子核的束缚形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。
“电子气”使得金属阳离子和自由电子之间形成强烈的相互作用。
这一理论称为“电子气理论”，金属键本质上是一种电性作用影响金属键强弱的因素金属元素的原子半径一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越强金属原子价层电子数一般而言，金属原子的价层电子数越多，金属键越强金属键的特征自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子，电子在整块金属中自由运动。
金属键既没有方向性，也没有饱和性。
金属键模型如图3－3－1所示图3－3－1存在金属单质或合金2 金属晶体（1）定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。
（2）特点：①构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子；②在金属晶体中，不存在单个分子；③金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围。
名师提醒（1）在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。
（2）金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。
（3）金属晶体与共价晶体一样，是一种“巨分子”。
3 电子气理论解释金属材料的有关性质物理性质电子气理论解释延展性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，而且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，仍可以保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，金属发生形变也不易断裂。
因此，金属有良好的延展性。
如图3－3－2所示：图3－3－2导电性在金属晶体中，自由电子的移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。
《金属键金属晶体》参考教案
专题3微粒间作用力与物理性质第一单元金属键金属晶体[教学目标]1．了解金属晶体模型和金属键的本质2．认识金属键与金属物理性质的辨证关系3．能正确分析金属键的强弱4．结合问题讨论并深化金属的物理性质的共性5．认识合金及其广泛应用[课时安排] 3课时第一课时[学习内容]金属键的概念及金属的物理性质【引入】同学们我们的世界是五彩缤纷的，是什么组成了我们的世界呢？学生回答：物质讲述：对！我们的自然世界是有物质组成的，翻开我们的化学课本的最后一页我们可以看到一张化学元素周期表，不论冬天美丽的雪花，公路上漂亮的汽车。
包括你自己的身体都是有这些元素的一种或几种构成的。
那么我们现在就来认识一下占周期表中大多数的金属。
【板书】§3-1-1 金属键与金属特性大家都知道晶体有固定的几何外形、有确定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石、金刚砂等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？【展示】几种金属的应用的图片，有金属导线(铜或铝)、铁丝、镀铜金属片等，并将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。
叙述应用部分包括电工架设金属高压电线，家用铁锅炒菜，锻压机把钢锭压成钢板等。
【讨论】请一位同学归纳，其他同学补充。
1、金属有哪些物理共性？2、金属原子的外层电子结构、原子半径和电离能？金属单质中金属原子之间怎样结合的？【板书】一、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。
二、金属键【动画演示并讲解】金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。
这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。
金属晶体的组成粒子：金属阳离子和自由电子。
金属离子通过吸引自由电子联系在一起, 形成金属晶体.经典的金属键理论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，金属原子则“浸泡”在“自由电子”的“海洋”之中。
金属键 金属晶体(1)
高二化学(选修3)教学案007课题：金属键金属晶体（1）【学习目标】1．了解金属键的本质，认识金属键与金属物理性质的关系2．能正确分析金属键的强弱，结合问题讨论并深化金属的物理性质的共性3．认识合金及其广泛应用活动一：自主学习［列举］日常生活中金属的用途，并说明体现了金属的何种物理性质。
一、金属特性（金属通性）［归纳］金属的主要物理特性：（1），（2），（3），（4）。
二、金属键1．概念2．构成微粒3．作用本质三、金属晶体1．概念2．构成微粒3．常见实例：四、合金P37［拓展视野］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。
例如，黄铜是和锌的合金；青铜是铜和的合金；硬铝是的合金；钢和生铁是与非金属的合金。
合金是具有金属特性的多种元素的混合物。
2、性质：特性：①合金在硬度、弹性、强度、熔点等许多性能方面都优于纯金属。
②合金的熔点往往比其任一组分都。
（填“低”或“高”）活动二：合作学习五、金属键对金属通性的解释［思考］1．金属为何能导电？为何温度高了，金属导电性会减弱？2．金属为何能导热？3．为什么在外力作用下金属会发生形变？形变时，金属键是否被破坏？4．请阅读课本P33表3-1，分析金属键强弱与哪些因素有关？［归纳］金属的导热性、导电性、延展性、熔沸点、硬度与金属键的关系5．为何碱金属的熔沸点会比较低？活动三：探究学习例1、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．生铁B．纯铁C．碳D．不确定例2、金属的下列性质中和金属晶体无关的是（）A．良好的导电性B．反应中易失电子C．良好的延展性D．良好的导热性例3、金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A．金属离子间的相互作用B ．金属原子间产生相互作用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例4、试将下列金属的熔点按从高到低的顺序排列：（1）Na、Mg、Al ；（2）K、Rb、Cs 。
第四章 金属键
导体、半导体和绝缘体
晶体按导电性能的高低可以分为
导体 半导体 绝缘体
它们的导电性能不同，
是因为它们的能带结构不同。
导体
导体
Eg
导体
半导体
绝缘体 Eg
Eg
导体 在外电场的作用下，大量共有化电子很 易获得能量，集体定向流动形成电流。 E
从能级图上来看，是因为其共有化电子 很易从低能级跃迁到高能级上去。
上面介绍的是最早提出的经典自由电子理论.1930年前后,由于将量子 力学方法应用于研究金属的结构,这一理论已获得了广泛的发展.在金 属的物理性质中有一种最有趣的性质是,包括碱金属在内的许多金属 呈现出小量的顺磁性,这种顺磁性的大小近似地与温度无关.泡利曾在 1927年对这一现象进行探讨,正是这一探讨开辟了现代金属电子理论 的发展.它的基本概念是:在金属中存在着一组连续或部分连续的“自由 电子能级.在绝对零度时,电子(其数目为N个)通常成对地占据N/2个最 稳定的能级.按照泡利不相容原理的要求,每一对电子的自旋方向是相 反的;这样,在外加磁场中,这些电子的自旋磁矩就不能有效地取向.当 温度比较高时,其中有一些配对的电子对被破坏了,电子对中的一个电 子被提升到比较高的能级.未配对的电子的自旋磁矩能有效地取向, 所以使金属具有顺磁性.未配对电子的数目随着温度的升高而增多; 然而,每个未配对电子的自旋对顺磁磁化率的贡献是随着温度的升高 而减小的.对这二种相反的效应进行定量讨论,解释了所观察到的顺磁 性近似地与温度无关.
设孤立原子的一个能级 Enl ，它最多能容纳 2 (2 l +1) 个电子。 这一能级分裂成由 N条能级组成的能带后，能带最多 能容纳 2N(2l +1)个电子。
2N(2l+1)
金属键金属晶体课件-2024鲜版
晶体结构测定
相变研究
利用X射线衍射技术，可以研究金属 晶体在不同温度、压力条件下的相变 行为，深入了解金属键与晶体结构之 间的关系。
通过X射线衍射实验，可以测定金属 晶体的晶格常数、原子间距等结构参 数，进而揭示金属键的本质。
2024/3/28
23
电子显微镜在微观形貌观察中作用
1 2
高分辨率成像 电子显微镜利用电子束代替光束进行成像，具有 更高的分辨率，能够观察到金属晶体的微观形貌 和缺陷结构。
2024/3/28
关系总结
金属键是决定金属晶体结构和性质的关键因素。金属键的强度、 稳定性和特性直接影响金属晶体的结构稳定性、物理性质、化 学性质和力学性能。
意义
深入了解金属键与金属晶体的关系有助于理解金属的宏观性质 和行为，为材料科学、冶金工程等领域提供理论支持和实践指 导。此外，这种关系的研究还有助于开发新的金属材料和优化 现有材料的性能。
2024/3/28
20
新型金属功能材料发展趋势
2024/3/28
超导材料 超导材料是指在低温下电阻为零的材料，具有极高的导电 性能。超导材料在电力输送、磁悬浮列车等领域有潜在应 用前景。
形状记忆合金 形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的金属材料，能够 在加热后恢复其原始形状。形状记忆合金在医疗器械、航 空航天等领域有广泛应用。
金属键金属晶体课件
2024/3/28
1
contents
目录
2024/3/28
• 金属键基本概念与特性 • 金属晶体结构与性质 • 金属键与金属晶体关系探讨 • 常见金属晶体材料介绍与应用 • 实验方法与技术手段在金属键、金属晶
体研究中应用 • 总结回顾与拓展延伸
2
知识解析金属键与金属晶体
金属晶体中常存在点缺陷、线缺陷和面缺陷等晶体缺陷。 这些缺陷对金属的力学、电学和化学等性质产生重要影响。
滑移与孪生
金属晶体在受力时，原子层间可能发生滑移或孪生现象， 导致金属的塑性变形。滑移和孪生的难易程度与金属晶体 的结构密切相关。
典型金属晶体举例
铜
具有面心立方结构的典型金属，具有良好的导电性、导热 性和延展性。铜及铜合金在电气、建筑、制造等领域有广 泛应用。
铁
具有体心立方结构的典型金属，在室温下具有铁磁性。铁 及其合金是机械工业的重要材料，广泛应用于制造各种机 械零件和工具。
镁
具有密排六方结构的典型金属，是最轻的金属之一，具有 良好的导电性、导热性和延展性。镁及其合金在航空、航 天、汽车等领域有广泛应用。
03
金属键与金属晶体关系 探讨
金属键对金属晶体结构影响
金属键的强度，提高材料的力学性能和化学稳定性。
改善现有材料性能方法探讨
01
02
03
金属强化
通过冷加工、热处理等手 段改变金属晶体的结构和 缺陷，提高金属键的强度 和韧性。
表面改性
采用化学或物理方法在金 属表面形成保护层或改变 表面性质，提高金属的耐 蚀性、耐磨性等。
合金优化
调整合金成分和比例，优 化金属键的特性和分布， 改善合金的力学、电学、 热学等性能。
金属键和金属晶体在环境治理和保护方面具有 重要的应用价值，如重金属污染治理、废水处 理等。
利用金属材料的吸附性能和催化性能，提高环 境治理的效率和效果。
THANKS
感谢观看
金属晶体中金属键作用机制
电子气理论
金属晶体中的自由电子形成电子气，金属原子则浸泡在电子气 中。电子气中的电子与金属原子实（由原子核和内层电子构成） 之间存在库仑相互作用，这种相互作用即为金属键。
第二节金属晶体与离子晶体
第一讲 金属晶体与离子晶体一、金属晶体1.定义：金属晶体是指金属原子通过金属键形成的晶体。
2.金属键：金属晶体中金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。
金属键的特征：由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性。
金属原子的外层电子数比较少，容易失去电子变成金属离子和电子，金属离子间存在反性电荷的维系――带负电荷的自由移动的电子（运动的电子使体系更稳定），这些电子不是专属于某几个特定的金属离子这就是金属晶体的形成的原因。
例1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( C)①金属原子②金属离子③自由电子④阴离子A.只有①B.只有③C.②③D.②④3.金属晶体的结构型式：（1）特点：最常见的结构型式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等特点。
（2）分类：Ca 、Al 、Cu 、Ag 、Au 等金属晶体属于A 1型最密堆积，Mg 、Zn 等金属晶体属于A 3型最密堆积，A 2型密堆积又称为体心立方密堆积，Li 、Na 、K 、Fe 等金属晶体属于A 2型密堆积。
A 1型配位数为12，A 2型配位数为8，A 3型配位数为 12。
4.金属晶体中的金属键和原子的堆积方式与金属晶体的物理性质的关系（1）金属晶体具有良好的导电性：金属中有自由移动的电子，金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由运动的，当有外加电场存在的情况下，电子发生了定向移动形成了电流，呈现良好的导电性。
（2）金属晶体具有良好的导热性：自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。
当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给金属离子。
金属容易导热就是由于自由电子运动时，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）金属晶体具有良好的延展性：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，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍（4）金属的熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。
4金属键和金属晶体
0xL,V(x)
• 这样上述波动方程可以简化为，
• 28h22m0 E0
(4-5)
• 求得其解为： Ae2irk
(4-6)
• 在势箱内电子运动的动能为:
•
E1mv2 2
8h22mk2
(4-7)
• 表示电子的动能和波矢之间呈抛物线关系，这 种关系如图4-3.ppt。
(4-10)
• 允许的电子能量为
•
E8h22mnL2
h2 8mL2
n2
(4-11)
• 电子的能量与波矢k之间仍然是抛物线关系，只不过 能量不再是连续的，而是量子化的。
• E只能取符合k＝nπ/L关系的值，即电子的最低能态 的能量为
•
E1=h2/8mL2
• 而其余能级的能且为
(4-12)
• 在温差或电场的作用下，自由电子可以沿 着温度梯度或电势梯度的方向而定向地流 动，这样就可以解释金属为什么具有良好 的传热和导电性能。
• 但考虑到金属晶体中荷正电的离子会因热运动 而偏离其平衡位置，金属中还有杂质和缺陷， 这样正电的背景不会是完全均匀的。
• 在外场作用下，运动的电子会被这种不均匀的 背景所散射，电子的加速不会持续不断，而是 处于一个有限的平均速度，一定的电导率。
• 势箱的深度大大超过电子的动能，因此，电子 在边界以外的几率为零，即ψx＝0．应用这个 边界条件，L必须等于半波长的整数倍，即
•
L
n
(4-8)
2
• 从而求得允许的波长为：
• λ=2L/n
(4-9)
• 式中n为量子数，其数值可以是1，2，3…正模 数．与此相应，允许的波矢k的值是
金属键-金属晶体
第一单元 金属键 金属晶体
一、金属的分类
按密度分
重金属：铜、铅、锌等 密度>4.5g/cm3
轻金属：铝、镁等
密度<4.5g/cm3
黑色金属：铁、铬、锰 冶属：铁、铝等 稀有金属：锆、钒、钼
二、金属的组成
金属阳离子、自由电子
A. 用铁制品做炊具
B. 用金属铝制成导线
C. 用铂金做首饰
D. 铁易生锈
4. 金属键的强弱与自由电子数的多少有关，自由电子
数越多金属键越强；与金属原子半径大小也有关，金
属原子半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔
点逐渐升高的是(
)
B
A. Li Na K
B. Na Mg Al
C. Li Be Mg D. Li Na Mg
注:金属具有金属光泽是自由电子吸收了可见光， 又把各种波长的光再发射出来。如果金属呈粉末状态， 微粒排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，则呈暗 灰色或黑色，也没有光泽。 2.能正确描述金属通性的是 ( AC )
A. 易导电、导热
B. 具有高的熔点
C. 有延展性
D. 具有强还原性
3. 下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （ D）
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
例1：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
分子式为( C )
A． M4N4 B．MN
C． M14N13
D．条件不够，无法写出分子式
注：如果这是一个晶胞，那么化学式为MN或NM
例2：金晶体是面心立方体，立方体的 每个面5个金原子紧密堆砌（如图）， 金原子半径为1.44х10-10 m 求：
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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 原子外围电子排布 原子半径/pm 原子化热/kJ· mol-1 熔点/℃ Na 3s1 186 108.4 97.5 Mg 3s2 160 146.4 650 Al 3s23p1 143.1 326.4 660 Cr 3d54s1 124.9 397.5 1900
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 金(Au) 黄 红 色， ——色，铜(Cu)—— 蓝白 色。 铋(Bi)—— 色，铅(Pb)—— 微红
影响金属键的因素
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? 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金属固体完全气 化成相互远离的气态原子时吸收的能量。
配位数：8 空间占有率：
68.02%
密置层：3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。 一种： △ 另一种： ▽
密置堆积
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。
体心 立方
面心 立方
六方堆积
理解金属晶体中原 子的堆积方式
立方堆积
体心立方堆积
六方堆积
面心立方堆积
钋 型
钾 型
镁 型
铜 型
金属晶体的空间利用率
空间利用率=
晶胞中原子的体积
晶胞的体积
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。
成键微粒： 金属阳离子和自由电子
微粒间作用力： 金属键 成键特点：无方向性和饱和性 存 在： 金属单质或合金。
根据金属的用途和日常生活经验，金 属有哪些的物理性质?
金属物理性质： 容易导电、导热，有延展性等。不同的金属有 不同的熔沸点。硬度也不相同。
（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。
Mg、Zn、Ti
74%
12
面心立 方最密 堆积
Cu、Ag、Au Pb
74%
12
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
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
③ 六方堆积 ——六方晶胞
④面心立方堆积 ——面心立方晶胞
3．下列物质中含有金属键的是 (双选)( AB ) A．金属铝 C．NaOH B．合金 D．NH4Cl
解析：金属键存在于金属单质和合金中， C、D 选项中的物 质为离子晶体，存在离子键。
1、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 铁原子等距离且最近的铁原子数为______ 8个； 在1183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离 且最近的铁原子数为___________ 12 ；
金、银、铜、铅等
A B
C
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ) 此种立方紧密堆积的前视图
ABC
ABC
形式的堆积，为什么是面
心立方堆积？
我们来加以说明。
C B A
密置双层
红、蓝球是同种原子， 使用两种色球只是为 了看清两层的关系 。
A1型最密堆积:
A1型第3层球堆在正八面 体空隙上
ABCABC…
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。
(2)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。
(3)金属键对物质性质影响
金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。
金 属 之 最
密度最小的金属是-------密度最大的金属是--------
硬度最小的金属是-------硬度最大的金属是-------最活泼的金属是---------最稳定的金属是----------
铯 铬
铯 金
延展性最好的金属是------- 金
导电性最好的金属是------- 银
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． M 4 N 4 C． M14 N13 D．条件不够，无法写出化学式 B．MN
(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。
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 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%
IV. ABCABC…堆积方式
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。 第四层同第一层。 每三层形成一个周期地紧密堆积。
前视图 A C
B
1 6 2 5 3 4 1 6 2 5 3 4 1 6 2 5 3 4
A
C
B A
金属晶体的原子空间堆积模型4
面心立方 （铜型）
面心立方堆积
3.钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变 压器、话筒和扩音器中都有应用。其晶体 的结构示意图如下图 所示。则它的化学式 为（ ） A.BaTi8O12 B. BaTi4O6 C. BaTi2O4 D. BaTiO3
Ba
Ti O
Ⅱ. 体心立方堆积
Na、K、Cr、Mo、W等
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
a a a
a
3
a=4r
5 8 4
7 2 3
这是另一种非密置堆积方式，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。其配位数为8，空间利用率为68.02%。
体心立方堆积 钾型
（2）导热性
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
金属的延展性
+ + +
+ + + + +
+ + + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ 错位
+ + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + +
+ + + +
自由电子
等径圆球的密堆积
二维平面堆积方式
II 型
I 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
展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数及空间利用率。 配位数：一个原子紧密接触的原子数
2 1 4 3
1 6 5
2 3 4
非密置层
密置层
金属晶体 等径圆球的密堆积
金属原子
，
镁、锌、钛等 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。
上图是此种六方 堆积的前视图
A
六方最密堆积分解图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
（1）ABAB…堆积方式
（2）ABCABC…堆积方式
如：
①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；
②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。 ③金属晶体熔点差别很大
练
A. 金属键没有方向性
习
1.下列有关金属键的叙述错误的是 (
B
)
B. 金属键是金属阳离子和自由电子之间存在 的强烈的静电吸引作用 C. 金属键中的电子属于整块金属 D. 金属的性质和金属固体的形成都与金属键
专题3
微粒间作用力与物质性质
第一部分 金属键与金属特性
金属的分类
重金属：铜、铅、锌等 按密度分 轻金属：铝、镁等 黑色金属：铁、铬、锰
4.5g/cm3
冶金工业
有色金属：除铁、铬、锰以外的金属
按储量分
常见金属：铁、铝等
稀有金属：锆、钒、钼
一、金属键与金属特性
金属键概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的 相互作用－金属键。 金属键的本质：静电作用