金属键金属晶体课件

金属键与金属的特性
1.非金属原子之间通过共价键结合成单质 或化合物，活泼金属与活泼非金属通过 离子键结合形成了离子化合物。那么， 金属单质中金属原子之间是采取怎样的 方式结合的呢？ 2.你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金 属为什么具有这些物理性质吗?
大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？ 金属能导电又说明了什么？
ABC
ABC
形式的堆积，
为什么是面心立方堆积？
我们来加以说明。
C B A
面心立方最密堆积分解图
镁型，六方堆积
铜型，面心立方堆积
简 单 立 方
（ 体 心 立钾 方型 堆 积 ）
（ 六 方镁 密型 堆 积 ）
（ 六 方镁 密型 堆 积 ）
堆积方式及性质小结
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 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 = 8 空间利用率 = 68.02% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
晶胞中金属原子数目的计算(平均值)
顶点占1/8
棱上占1/4
面心占1/2
体心占1
12 晶胞结构如图所示，则顶点上原子被______ 6 个晶胞所 个晶胞共有,侧棱上的原子被_______ 共有，顶面棱上的原子被_______ 4 个晶胞所共 有 思考:如果晶胞结构为六棱柱,结果如何?
2.晶胞中微粒数的计算
(1)体心立方：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体 心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
(2)面心立方：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
(3)六方晶胞：
在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
P33有的金属软如蜡,有的金属软如钢;有 的金属熔点低,有的金属熔点高,为什么? 根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素
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
3s1 186
108.4
3s2 160
146.4
3s23p1 143.1
C. Li Be Mg
D. Li Na Mg
7下列叙述正确的是（ B ） 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，不含有共价键 D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含 有其他化学键
一、晶体
什么叫晶体? 经过结晶过程而形成的具有规则几何外 形 的固体 。 构成晶体的微粒 离子、分子、原子 离子晶体 分子晶体 原子晶体
总
结
• 金属键的概念 • 运用金属键的知识解释金属的物理 性质的共性和个性 • 影响金属键强弱的因素
练
A. B. 金属键没有方向性
习
(
1.下列有关金属键的叙述错误的是
Leabharlann Baidu
B
)
金属键是金属阳离子和自由电子之间存在 的强烈的静电吸引作用
C. 金属键中的电子属于整块金属
D. 金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
影响金属键强弱的因素
（1）金属元素的原子半径 （2）单位体积内自由电子的数目
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。
如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积
内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越 大；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内 自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。
晶体类型
金属晶体
晶体的概念
晶体为什么具有规则的几何外形呢? 构成晶体的微粒有规则排列的结果. 晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位.
晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。
说明：
晶体的结构是晶胞在空间连续重 复延伸而形成的。晶胞与晶体的关系 如同砖块与墙的关系。在金属晶体中， 金属原子如同半径相等的小球一样， 彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶 体中金属原子的紧密堆积是有一定规 律的。
1 6 5 4 2 3 6 5 4
1
2
3
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。
镁、锌、钛等属于六方堆积 Ⅲ.六方堆积 第一种： 将第三层球对准第一层的球 A
1 6 5 4
2
3
B
A B
于是每两层形成一个 周期，即 AB AB 堆积方 式，形成六方堆积。
A
上图是此种六方 堆积的前视图
2、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。但金属性越弱
如：K ﹤ 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 ℃
二.金属键 描述金属键的最简单的理论是“电子气”理论. 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的 价电子形成遍布整块晶体的“电子气”.这些 电子不是专属于某几个特定的金属离子,而是 均匀分布于整个晶体中,被所有原子共用,从而 把所有的金属原子维系在一起.金属原子则 “浸泡”在“电子气”的“海洋”中.
通常情况下，大多数金属单质 及其合金也是晶体。
阅读教科书P34的化学史话 人类对晶体结构的认识
原子的密堆积方式
密堆积的定义:
密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力 等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子 总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆
积密度最大的那些结构。
密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积
金属晶体的原子空间堆积模型3
六方最密堆积A3：
六方堆积方式的金属晶体： Mg、Zn、Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 1 6 5 4
2
3
的
2，4，6
位，不同
于 AB 两层的位置，这是 C 层。
1 6 5
2 3 4
1 6
5
2
3
4
水溶液或 熔融状态下
晶体状态
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？
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。
Ⅳ.面心立方堆积 金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心 立方晶胞。 A C B 1 6 2 3 A C B 配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ) A 此种立方紧密堆积的前视图
5
4
金属晶体的原子空间堆积模型4
• 面心立方 （铜型）
C. 金属具有较强的还原性
D. 金属具有延展性 4.能正确描述金属通性的是 ( AC )
A. 易导电、导热
B. 具有高的熔点
C. 有延展性
D. 具有强还原性
5. 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 C. 用铂金做首饰 B. 用金属铝制成导线 D. 铁易生锈
6. 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( ) B A. Li Na K B. Na Mg Al
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？
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。
微粒间作用力与物质性质
*
已学过的金属知识
金属的分类
4.5g/cm3
重金属：铜、铅、锌等 按密度分
轻金属：铝、镁等
黑色金属：铁、铬、锰
冶金工业
有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 常见金属：铁、铝等 稀有金属：锆、钒、钼
按储量分
金属元素在周期表中的位置及原子结构特征
金属样品
Ti
金属的特点
①常温下，单质都是固体，汞(Hg) 除外；
心立方堆积。
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。
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
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 )
2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是 ( B )
A.
B. C. D.
金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性
金属元素在化合物中一定显正化合价 金属元素在不同化合物中化合价均不相同 金属元素的单质在常温下均为晶体
3. 金属的下列性质与金属键无关的是( C )
A. 金属不透明并具有金属光泽
B. 金属易导电、传热
说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有 导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电 子。
分析：
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。
金属的延展性
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
位错
+
金属离子
金属原子
相对滑动
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，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。
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
【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。
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 导电粒子 离子晶体 金属晶体
②大多数金属呈银白色，有金属光 泽，但 黄 红 金(Au) ——色，铜(Cu)——色， 微红 铋(Bi) 色。 蓝白 —— 色，铅(Pb) ——
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？
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
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
326.4
3d54s1 124.9
397.5
熔点/℃
97.5
650
660
1900
金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱 又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完 全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。
四.金属晶体熔点变化规律
1、金属晶体熔点变化较大，
与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金 属键的强弱有密切关系．
可能降低，而结构稳定。
二维平面堆积方式
I 型 II 型
非密置层
行列对齐四球一空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一空 最紧密排列
三维空间堆积方式
Ⅰ.
简单立方堆积
1、简单立方堆积 钋PO型
形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％ ，金 属钋（Po）采取这种堆积方式。
Ⅱ.
体心立方堆积Na、K、Cr、Mo、W等属于体