第十四讲 金属晶体与离子晶体专题复习

第十四讲金属晶体与离子晶体

主要知识点:

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？

一、金属键

1.金属键：在金属单质晶体中,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的强烈的相互作用）叫金属键。

2.金属晶体:金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体

构成微粒：金属阳离子与自由电子；

微粒间的作用：金属键

物性特点：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难溶于水（K、 Na、Ca 等与水反应），能导电、导热、有延展性等

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。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。注意：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。

二、电子气理论及其对金属通性的解释

1．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。

2．金属通性的解释

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。

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”，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电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。

思考：导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色?

金属容易导热，是由于电子气中的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）．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。

阅读材料

1．超导体——一类急待开发的材料

一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。 1911年荷兰物理学家H·昂内斯在研究低温

１

条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约 4 K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。

2．合金

两种和两种以上的金属(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，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属大；④有的抗腐蚀能力强；

⑤导电性比成分金属差。

3．金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密，使金属具有很多共同的性质。

(1)状态：通常情况下，除Hg外都是固体。

(2)金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。

(3)易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。

(4)延展性

(5)熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。

①颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色。如Au金黄色Cu紫红色Cs银白略带金色。

②密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为锇(Os)铂(Pt)最轻的为锂(Li)

③熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为28．4℃Ca为30℃

④硬度：最硬的金属为铬(Cr)，最软的金属为钾 (K)，钠(Na)，铯(Cs)等，可用小刀切割。

⑤导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等。导电性能差的为汞(Hg)

⑥延展性：延展性最好的为金(Au)，Al

三、金属晶体内原子的空间排列方式

分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中，原子之间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。

（一）简单立方堆积

1相邻非密置层原子在一条直线上

2这种堆积方式空间利用率最低，只有金属钋采取这种堆积方式

２

（二）钾型（体心立方）

这种堆积方式的空间利用率显然比

简单立方堆积的高多了，许多金属

是这种堆积方式，如碱金属，简称

为钾型。

方法点拨

1.金属晶体性质及理论解释

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金属离子

碰撞传递热量

晶体中各原子层相对

滑动仍保持相互作用

2.金属晶体的熔点变化规律

①金属晶体熔点差别较大，汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9℃)，而钨的熔点高达3410℃．这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别．

②一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定．金属离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高．例如，熔点：NaNa>K>Rb>Cs．

典例剖析：

例1．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

解析：备选答案A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的，备选答案B，金属易失电子是由原子的结构决定的，所以和金属晶体无关．

答案：B

例2．关于晶体的下列说法正确的是（）

A、在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子

B、在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子

C、原子晶体的熔点一定比金属晶体的高

D、分子晶体的熔点一定比金属晶体的低

３