高中化学选修3之知识讲解_金属晶体 离子晶体_提高

金属晶体离子晶体

【学习目标】

1、知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；能列举金属晶体的基本规程模型——简单立方堆积、钾型、镁型和铜型；

2、能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质；了解离子晶体的特征；了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱；

3、知道离子晶体、金属晶体的结构粒子、粒子间作用力的区别；

4、在晶体结构的基础上进一步知道物质是由粒子构成的，并了解研究晶体结构的基本方法；敢于质疑，勤于思索，形成独立思考的能力；养成务实求真、勇于创新、积极实践的科学态度。

【要点梳理】

要点一、金属键【金属晶体与离子晶体#金属键】

1、金属键与电子气理论：

①金属键：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，阳离子整体共同吸引自由电子而结合在一起。金属键可看成是由许多金

属离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。

②电子气理论：描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。该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。金属原子脱落下来的自由电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有金属阳离子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。由此可见，金属晶体跟原子晶体一样，是一种“巨分子”。

小结：

要点诠释：金属晶体的一般性质及其结构根源

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有自由电子存在, 是良好的导体；

③自由电子与金属离子碰撞传递热量，具有良好的传热性能；

④自由电子能够吸收可见光并能随时放出, 使金属不透明, 且有光泽；

⑤等径圆球的堆积使原子间容易滑动, 所以金属具有良好的延展性和可塑性；

⑥金属间能“互溶”, 易形成合金。

金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。

2、电子气理论对金属通性的解释：

金属共同的物理性质：易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。

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发生定向移动，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。

③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。

说明：当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。

要点诠释：金属晶体熔沸点的判断：

金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低（－38.9℃）。而铁等金属熔点很高（1535℃）。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静电作用力（金属键）不同而造成的差别金属晶体的熔沸点高低和金属键的强弱有关。金属原子价电子越多，原子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔沸点就越高，反之越低。

例如：碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低——价电子相同，原子半径逐渐增大。

卤素单质的熔沸点从上到下却逐渐升高——相对分子质量逐渐增大，范德华力逐渐增大。

要点二、金属晶体的原子堆积模型【金属晶体与离子晶体#金属晶体的密堆积结构】

金属键没有方向性，因此趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其

他原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶

体变得比较稳定。

1、几个概念：

①紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使

它们占有最小的空间

②配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数

③空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度

2、二维空间中的堆积方式

金属晶体中的原子可看成直径相等的球体，像钢球一样堆积着。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式：

说明：在一个平面上进行最紧密堆积排列只有一种，即只有当每个等径圆球与周围其他6个球相接触时，才能做到最紧密堆积——密置层。密置层的空间利用率比非密置层的空间利用率高。

3、三维空间中的堆积方式

金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。

①简单立方体堆积：（非密置层与非密置层的简单叠加）

这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，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。

说明：每个晶胞含原子数：1；配位数：6

②钾型：（非密置层叠加、紧密堆积）

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。

说明：每个晶胞含原子数：2；配位数：8

③镁型和铜型：（密置层叠加、最密堆积）

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。镁型如图左侧，按ABABABAB……的方式堆积;铜型如图右侧,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（同层6，上下层各3），空间利用率均为74℅，但所得的晶胞的形式不同。

说明：镁型，每个晶胞含原子数：2

铜型，每个晶胞含原子数：4

注意：左右两图的1、2、3小球的位置的区别。

小结：金属晶体的四种堆积模型对比