金属键与金属晶体

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。
一、金属键与金属的物理性质
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 判断：有阳离子 必须有阴离子吗？
导电物质 状 态
电解质 溶液或熔融液 阴离子和阳离子 增强 电解过程
金属晶体 固态或液态 自由电子 减弱 自由电子的 定向移动
导电粒子
升 温 时 导电能力 导电本质
金属的导电性随温度的升高而下降 原因：金属内部主要是金属阳离子和自由电 子,电子可以自由移动,而金属阳离子只能做 很小范围的振动.当温度升高时,阳离子的振 动加剧,对自由电子的定向移动产生了阻碍作 用,故导电能力下降.
1.化学键一般有哪些？ 2.构成金属的微粒有哪些？ 3.金属硬度、熔沸点高低受到什么影响？ 4.金属熔化需要克服什么作用力？ 5.哪个物理量来衡量金属键的强弱？ 6.原子化热受哪些因素影响？
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
6个
1个原子
合金是指由两种或两种以上的金属或 金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组 合而成并具有金属特性的物质 。
合金一般是将各组分熔合成均匀的 液体，再经冷凝而制得的。
合金置换过程
合金的特性：
1)具有超导性质的合金，如Nb3Ge，Nb3Al， Nh3Sn，V3Si，NbN等
2)具有特殊电学性质的金属间化合物，如 InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用 3)具有强磁性的合金物，如稀土元素（Ce， La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有 特别优异的永磁性能
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 熔点/℃
3s1
186 108.4 97.5
3s2
160 146.4 650
3s23p1
143.1 326.4 660
3d54s1
124.9 397.5 1900
影响金属键强弱的因素
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
阅读课本P33，用金 属键理论作解释
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
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
金属晶体
金属原子通过金属键形成的晶体称 为金属晶体。主要有三种晶体类型。
5)具有耐热特性的合金，如Ni3Al，NiAl，TiAl，
下具有比较好的塑性
合金的特性：
6)耐蚀的合金，如某些金属的碳化物，硼化 物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐 蚀，若通过表面涂覆方法，可大大提高被涂 覆件的耐蚀性能；
7)具有形状记忆效应、超弹性和消震性的合 金，如 TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al 等已在工业上得到应用。
探究活动1 金属原子在平面上紧密放置，可有两种排列方式
非密置层
密致层
金属晶体是金属原子在三维空间按一定的规 律堆积而成的
探究活动2 非密置层排列的金属原子，在空间内向上 紧密堆积的可能的排列。
金属原子的空间堆积方式
简单立方堆积
体心立方堆积
探究活动3： 利用小球尝试密致层平面堆积的原子进行空间 紧密堆积的可能的排列。
导电性
导热性
延展性
（4）金属的熔点的影响因素
部分金属的熔点 金属 熔点/℃ Na 97.5 Mg 650 Al 660 Cr 1900
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为什么金属晶体熔点差距如此巨大？
结论：
金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属 的熔点高低与金属键的强弱有关。 影响金属键的强弱的因素是什么呢？
根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素
总结：金属原子在三围空间的堆积方式： 面对角线上 正六边形 体对角线
上球相切 球相切 上球相切
边上球均相切
观察这四种堆积方式的 特点？
简单立方堆积 体心立方堆积
六方堆积
面心立方堆积
常见金属晶体的三种结构型式
三种典 面心立方最 体心立方密 六方最密 型结构 密堆积 堆积 堆积 常见 Ca,Cu,Au,Al, Li,Na,K,Ba, Mg,Zn,Ti Pd ,Pt, Ag W,Fe 金属
6
1 5
2 3 4
位，不同于 AB 两层
的位置，这是 C 层。
1
6 5
2 3 4 6
1 5
2 3 4
第四层再排 A，于是 形成 ABC ABC 三层一 个周期。 得到面心立方堆
A
C
B
积—A1型。
1 6
5 4 2
A
3
C B
配位数 12 。
( 同层 6， 上下层各 3 )
A
面心立方紧密堆积的前视图
面心立方堆积
合金的特性：
4)具有奇特吸释氢本领的合金（常称为贮氢 材料），如 LaNi5，FeTi，R2Mg17和 R2Ni2Mg15。(R等仅代表稀土 La，Ce，Pr，Nd或混 合稀土）是一种很有前途的储能和换能材料。
Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2，NbBe12。ZrBe12 等不仅具有很好的高温强度，并且，在高温
（1）金属元素的原子半径-----成反比 （2）单位体积内自由电子的数目-----成正比
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。
试着根据上面的结论，分析一下元素周期表 中同周期、同主族金属元素的熔、沸点、硬 度的变化情况？
问题解决
六方晶胞中粒子数的求算方法：
（1）处于顶点的12个粒子， 同时为6个晶胞所共有，每个 粒子有1/6属于该晶胞；
（2）处于面上的2个粒子， 同时为2个晶胞所共有，每个 粒子有1/2属于该晶胞； （3）处于晶胞内部的3个粒子， 则完全属于该晶胞。
分析这四种堆积方式中含有的原子个数分别是多少？
2个
4个
立方晶胞中粒子数的求算方法：
（1）处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒 子有1/8属于该晶胞； （2）处于棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个 粒子有1/4属于该晶胞； （3）处于面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个 粒子有1/2属于该晶胞； （4）处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。
在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球
与周围 6 个球相切，在中心的周围形成 凹位，将其算为第一层。
1 6 2 3
6 个
5
4
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 3 6
2 3
6 5 4
5
4
A B
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。
，
1
2
第一种是将球对准第一层的球
下图是A3型六方紧 密堆积的前视图
A
1 6 5
2
3 4
B
A
于是每两层形成一个周期，
B A
即 AB AB 堆积方式，形成六
方紧密堆积---A3型。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方紧密堆积
有时也从其中取三分之一，但它不是六方堆积 的晶胞
第三层的另一种 排列方式，是将球对 准第一层的 2，4，6
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？
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
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
C. Li Be Mg
B. Na Mg Al
D. Li Na Mg
B
晶体： 具有规则几何外形的固体
晶体的分类：