第三章第三节金属晶体讲义

第三节金属晶体

【教学目标】

1．理解金属键的概念和电子气理论

2．初步学会用电子气理论解释金属的物理性质

3．了解金属晶体内原子的几种常见排列方式

【教学难点】金属键和电子气理论 . 金属晶体内原子的空间排列方式.

【教学重点】金属具有共同物理性质的解释。金属晶体内原子的空间排列方式

【教学过程】

一、金属键

1.定义：叫做金属键。

（1）成键微粒：

（2）存在：

2.金属键的本质---电子气理论

（1）电子气理论

“电子气理论”把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量形成可与气

体相比拟的带电的“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

①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移动，因而形成电流，所以金属容易导电。

②金属导热性的解释

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。

③金属延展性的解释

当金属受到外力作用时，晶体中的就会发生相对滑动，但不会改变，而且弥漫在金属原子间的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。

二、金属晶体的原子堆积模型

【分组活动1】

利用20个大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二维平面上），要求小球之间紧密接触。可能有几种排列方式。讨论每一种方式的配位数。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数）

密置层，配位数6 非密置层，配位数4

1.简单立方堆积

这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋采取这种堆积方式。

2. 钾型

如果是非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如下图：

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。

3. 镁型和铜型

密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式，镁型和铜型。镁型如下图左侧，按ABABABAB……的方式堆积;

铜型如下图右侧,按ABCABCABC……的方式堆积.这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74℅,但所得的晶胞的形式不同

[归纳与整理]

1.金属晶体的四种堆积模型对比

石墨不同于金刚石,这里的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化.而是呈sp2杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；石墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有

范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。

在石墨晶体:每个平面6元环占有的碳原子数：

每个平面6元环占有的碳碳键数：

【课后阅读材料】

1．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；

③强度、硬度比成分金属；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属差。

2．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：绝大多数块状金属都是色，有少数金属具有特殊颜色。如Au金黄色，Cu 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。最轻的为

③熔点：最高的为钨(W)，最低的为。

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

【巩固练习】

1．下列叙述中错误的是( )

A、金属单质或其合金在固态或液态时都能导电

B、晶体中存在离子的一定是离子晶体

C、金属晶体中的自由电子属整个晶体共有

D、钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强

2．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原

因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状（如图所示）

相同。则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为（）

A、87.5％

B、92.9％

C、96.3％

D、100％

3．有下列8种晶体：A、（水晶）SiO2；B、冰醋酸；C、氧化镁；D、白磷；

E、晶体氩；

F、氯化铵；

G、铝；

H、金刚石用序号回答下列问题：

1）属于原子晶体的化合物是，直接由原子构成的晶体是，直接由原子构成的分子晶体是。

2）由极性分子构成的晶体是，含有共价键的离子晶体是，属于分子晶体的单质是。

3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是，受热熔化时化学键不发生变化的

是，需克服共价键的是