金属晶体金属堆积方式
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金属晶体
Ti
精品课件
金属样品 Ti
精品课件
1、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。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
精品课件
㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。
（2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子
（3）键的存在: 金属单质和合金中
（4）方向性: 无方向性
精品课件
3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 ⑴、金属晶体结构与金属导电性的关系
【讨论1】 金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电
子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下 自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金 属容易导电。
精品课件
⑵、金属晶体结构与金属导热性的关系 【讨论2】金属为什么易导热？
（5）键的本质: 电子气理论
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体 的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有 的金属原子维系在一起。
（6）键的强弱:阳离子半径；所带电荷
阳离子所带电荷多、半径小－－－－金属键 强，熔沸点高
精品课件
㈡、金属晶体： 概念：金属阳离子和自由电子通过金属键作 用形成的晶体 组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属键（电子气理论）
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必
然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型， 无延展性。而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。
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⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜色
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。
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(2) 合金的特性
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。
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。
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⑶、金属晶体结构与金属延展性的关系
精品课件
Ø 二维平面堆积方式
非密置层
行列对齐,四球一空 非最紧密排列
配位数：4
密置层
行列相错,三球一空 最紧密排列 配位数：6
Ø 三维空间堆积方式
非密置层的三维堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
立方晶胞
晶胞内原子数： 1
配位数：
6
空间利用率： 52％
典型金属： （钋）Po
Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
Na、K、Cr、Mo、 W等属于体心立方堆
式，形成六方堆积。
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
精品课件
镁型（AB型六方最密堆积）
B
B
A
A
B B
A
镁型晶胞的抽取
六方晶胞
晶胞内原子数：2
B
配位数：12
A
空间利用率：74％
精品课件
典型金属：Mg Zn Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 1，3，5 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
积。
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Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
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。 体心立方晶胞
晶胞内原子数：2 配位数：8 空间利用率：68 ％ 典型金属： K 、Na、Fe
Ø 三维空间堆积方式
密置层的三维堆积方式
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 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。
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二.金属晶体的原子堆积模型
（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型
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，按左图方式排列，剩余的空隙 较大，称为非密置层；按右图方式排列， 圆球周围剩余空隙较小，称为密置层 。
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%
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 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
• 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。
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，
12
6Байду номын сангаас
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。
两
三
个
个
密
密
置
置
层
层
六方堆积
密
密
置
置
堆
堆
积
积
面心立方
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堆积
Ⅲ.六方堆积（镁型） 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
B
于是每两层形成一个
A
周期，即 AB AB 堆积方
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
Ⅳ.面心立方
金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
堆积（铜型）
第四层再排 A，于是形
A
成 ABC ABC 三层一个周
期。 这种堆积方式可划分出
C
面心立方晶胞。
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
4.金属晶体熔点变化规律
一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：
金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。 如： Na Mg Al
Li Na K Rb Cs
熔点最低的金属：汞（常温时成液态） 熔点很高的金属：钨（3410℃） 铁的熔点：1535 ℃ 精品课件
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1、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。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
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㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。
（2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子
（3）键的存在: 金属单质和合金中
（4）方向性: 无方向性
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3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 ⑴、金属晶体结构与金属导电性的关系
【讨论1】 金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电
子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下 自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金 属容易导电。
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⑵、金属晶体结构与金属导热性的关系 【讨论2】金属为什么易导热？
（5）键的本质: 电子气理论
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体 的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有 的金属原子维系在一起。
（6）键的强弱:阳离子半径；所带电荷
阳离子所带电荷多、半径小－－－－金属键 强，熔沸点高
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㈡、金属晶体： 概念：金属阳离子和自由电子通过金属键作 用形成的晶体 组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属键（电子气理论）
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必
然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型， 无延展性。而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。
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⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜色
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。
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(2) 合金的特性
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。
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。
精品课件
⑶、金属晶体结构与金属延展性的关系
精品课件
Ø 二维平面堆积方式
非密置层
行列对齐,四球一空 非最紧密排列
配位数：4
密置层
行列相错,三球一空 最紧密排列 配位数：6
Ø 三维空间堆积方式
非密置层的三维堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
立方晶胞
晶胞内原子数： 1
配位数：
6
空间利用率： 52％
典型金属： （钋）Po
Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
Na、K、Cr、Mo、 W等属于体心立方堆
式，形成六方堆积。
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
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镁型（AB型六方最密堆积）
B
B
A
A
B B
A
镁型晶胞的抽取
六方晶胞
晶胞内原子数：2
B
配位数：12
A
空间利用率：74％
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典型金属：Mg Zn Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 1，3，5 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
积。
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Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
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。 体心立方晶胞
晶胞内原子数：2 配位数：8 空间利用率：68 ％ 典型金属： K 、Na、Fe
Ø 三维空间堆积方式
密置层的三维堆积方式
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 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。
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二.金属晶体的原子堆积模型
（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型
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，按左图方式排列，剩余的空隙 较大，称为非密置层；按右图方式排列， 圆球周围剩余空隙较小，称为密置层 。
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%
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 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
• 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。
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12
6Байду номын сангаас
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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。
两
三
个
个
密
密
置
置
层
层
六方堆积
密
密
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堆
堆
积
积
面心立方
精品课件
堆积
Ⅲ.六方堆积（镁型） 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
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A
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于是每两层形成一个
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周期，即 AB AB 堆积方
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6
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Ⅳ.面心立方
金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
堆积（铜型）
第四层再排 A，于是形
A
成 ABC ABC 三层一个周
期。 这种堆积方式可划分出
C
面心立方晶胞。
B
12
6
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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
4.金属晶体熔点变化规律
一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：
金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。 如： Na Mg Al
Li Na K Rb Cs
熔点最低的金属：汞（常温时成液态） 熔点很高的金属：钨（3410℃） 铁的熔点：1535 ℃ 精品课件