高中化学 第三章第三节金属晶体课件 新人教版选修3

2、金属晶体的定义：通过金属离子与 金属晶体的定义：通过金属离子与 自由电子之间的较强的相互作用形成的 自由电子之间的较强的相互作用形成的 晶体。 晶体。 在晶体中， （1）在晶体中，不存在单个分子 金属阳离子被自由电子所包围。 （2）金属阳离子被自由电子所包围。
金属晶体
金属原子
自由电子
3、电子气理论：经典的金属键理论叫做 电子气理论： 电子气理论” “电子气理论”。它把金属键形象地描绘 成从金属原子上“脱落” 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“ 电子形成可与气体相比拟的带负电的“电 子气” 金属原子则“浸泡” 电子气” 子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气” 海洋”之中。 的“海洋”之中。
【总结】金属晶体的结构与性质的关系
导电性 金属离 自由电子在 子和自 外加电场的 由电子 作用下发生 定向移动 导热性 自由电子 与金属离 子碰撞传 递热量 延展性 晶体中各 原子层相 对滑动仍 保持相互 作用
影响金属键强弱的因素： 5、影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、 金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强。 离子半径越小，金属键越强。
二、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽 等。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1、金属晶体结构与金属导电性的关系 、
金属为什么易导电？ 【讨论1】 金属为什么易导电？ 讨论1 在金属晶体中，存在着许多自由电子， 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， 电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件 自由电子就会发生定向运动，因而形成电流， 就会发生定向运动 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。 金属容易导电。
第一种是将第三层的球对准第一 层的球。 层的球。
下图是此种六方 紧密堆积的前视图
1 6 5
2 3 4
A B A
于是每两层形成一个周期， 于是每两层形成一个周期， 堆积方式， 即 AB AB 堆积方式，形成六 方紧密堆积。 方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6 ，上下层各 3 。 )
【思考5】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度 思考 】试判断钠、 大小。 的 大小。
同周期元素，从左到右，价电子数依次增大， 同周期元素，从左到右，价电子数依次增大， 原子（离子）半径依次减弱， 原子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成 金属键依次增强，故钠、 金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸 点和硬度的大小顺序是： 点和硬度的大小顺序是：钠＜镁＜铝。
化学：第三章第三节 《金属晶体》课件PPT （新人教版选修3）
高中《化学》新人教版 选修3
物质结构与性质
3.3《金属晶体》
教学目标
知识与能力 1、了解金属的性质和形成原因 2、掌握金属键的本质——“电子气理论” 3 3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金 属的性质 4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型 教学重点： 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。金属晶体内原子的空 间排列方式。 教学难点： 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
1.
练习
3.下列叙述正确的是（ B ） 3.下列叙述正确的是（ 下列叙述正确的是 A.任何晶体中 任何晶体中， A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴 离子 B．原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键 离子晶体中只含有离子键， C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含 分子晶体中只存在分子间作用力， 有其他化学键 4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐 4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐 降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？ 降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？
晶胞的形状是什么？ 晶胞的形状是什么？ 含几个原子？ 含几个原子？
1、简单立方堆积
[ Po ]
配位数： 配位数： 6 空间占有率： 空间占有率： 52%
每个晶胞含原子数： 每个晶胞含原子数： 1
2、体心立方堆积 、体心立方堆积-----钾型
（ IA，VB，VI源自文库） ， ， ）
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 金属晶体的堆积方式── 金属晶体的堆积方式──体心立方堆积
练习 金属晶体的形成是因为晶体中存在（ 金属晶体的形成是因为晶体中存在（ C ） A.金属离子间的相互作用 A.金属离子间的相互作用 B．金属原子间的相互作用 C.金属离子与自由电子间的相互作用 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 D.金属原子与自由电子间的相互作用 2. 金属能导电的原因是（ B） 金属能导电的原因是（ A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用 下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作 用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色 、
由于自由电子可吸收所有频率的光， 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很 吸收所有频率的光 放出各种频率的光， 快释放出各种频率的光 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（ 具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如 铅等）由于较易吸收某些频率 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。 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 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂 晶格排列不规则， 乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不 出去，所以成黑色。 出去，所以成黑色。
金属样品
Ti
一、金属的结构
1、金属键的定义：金属离子和自由电子 金属键的定义： 之间的强烈的相互作用，叫金属键。 之间的强烈的相互作用，叫金属键。 （1）金属键的成键微粒是金属阳离子和 自由电子。 自由电子。 金属键存在于金属单质和合金中。 （2）金属键存在于金属单质和合金中。 金属键没有方向性也没有饱和性。 （3）金属键没有方向性也没有饱和性。
资料
金属之最
℃ 熔点最低的金属是-------熔点最低的金属是-------- 汞 [-38.87℃] ℃ 熔点最高的金属是-------熔点最高的金属是-------- 钨 [3410℃] 密度最小的金属是-------密度最小的金属是-------- 锂 [0.53g/cm3] 密度最大的金属是-------密度最大的金属是-------- 锇 [22.57g/cm3] 硬度最小的金属是-------硬度最小的金属是-------- 铯 [0.2] 硬度最大的金属是-------硬度最大的金属是-------- 铬 [9.0]
一般情况下， 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， 金属阳离子半径越小，所带电荷越多， 自由电子越多， 自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高， 金属键越强，熔点就相应越高， 硬度也越大
【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增 思考 】 而递减，试用金属键理论加以解释。 大 而递减，试用金属键理论加以解释。
1 延性最好的金属是-------铂丝直径： 延性最好的金属是-------- 铂[铂丝直径： 5000 mm] 展性最好的金属是-------展性最好的金属是-------- 金[金箔厚： 1 mm] 金箔厚： 10000
最活泼的金属是---------最活泼的金属是---------- 铯 最稳定的金属是---------最稳定的金属是---------- 金
金刚石、二氧化硅、 金刚石、二氧化硅、 晶体硅、 晶体硅、碳化硅
范德华力 分子 很低 很小 无
Ar、S等 、 等
金属键
金属阳离子 和自由电子
差别较大 差别较大 导体
Au、Fe、Cu、钢 、 、 、 铁等
二、金属晶体的原子堆积模型
金属原子在二维空间（平面） 金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式 二维空间
空间利用率计算
设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理， 得：2a 2 + a 2 = (4r) 2
3 a 2 = 16 r 2 3 a r = 4
空间利用率 α = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 × 100% =
4 3 4 3 3 2 × πr 2 × π( a) 3 3 4 = × 100% = 68% 3 3 a a
同主族元素价电子数相同（ 同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数 相同），从上到下，原子（离子） ），从上到下 相同），从上到下，原子（离子）半径依次增 则单质中所形成金属键依次减弱， 大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金 属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。 属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减
思考：密置层的堆积方式有哪些？ 思考：密置层的堆积方式有哪些？
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 5
2 3 4 A
6 5 4
， B
1
2
关键是第三层。对第一、二层来说， 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。 密的堆积方式。
比较离子晶体、金属晶体导电的区别： 比较离子晶体、金属晶体导电的区别：
晶体类型 导电时的状态 离子晶体 金属晶体
水溶液或 熔融状态下
晶体状态
导电粒子
自由移动的离子 自由电子
2、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？ 讨论2 金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞， 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， 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 那个区域里的自由电子能量增加， 通过碰撞，把能量传给金属离子。 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。 低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
3、金属晶体结构与金属延展性的关系 、
讨论3 金属为什么具有较好的延展性？ 【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， 然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型， 无延展性。 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 由电子间的相互作用没有方向性， 之间发生相对滑动以后， 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， 作用，因而即使在外力作用下，发生形变也 不易断裂。 不易断裂。
知识回顾： 知识回顾：三种晶体类型与性质的比较
晶体类型 概念 作用力 构成微粒 物 理 性 质 实例 熔沸点 硬度 导电性 原子晶体 相邻原子之间以共价 键相结合而成具有空 间网状结构的晶体 分子晶体 金属晶体 分子间以范德 通过金属键形成的 华力相结合而 晶体 成的晶体
共价键 原子 很高 很大 无（硅为半导体） 硅为半导体）
配位数=4 配位数= （a）非密置层
配位数=6 配位数= （b）密置层
思考与交流 金属晶体可以看成金属原子在三维
空间中堆积而成.那么 非密置层在三维空间里堆积有 空间中堆积而成 那么,非密置层在三维空间里堆积有 那么 几种方式？ 几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位 原子的空间利用率、晶胞的区别。 数、原子的空间利用率、晶胞的区别。
配位数： 配位数： 8 空间占有率： 空间占有率： 68%
每个晶胞含原子数： 每个晶胞含原子数：
2
空间利用率计算
例1：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。 ：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。
解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个 原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 × 1/8 = 2