金属键 金属晶体
金属键金属晶体课件
金属键金属晶体课件金属键与金属晶体课件一、金属键概述金属键是金属元素之间的化学键，它是金属晶体的基本结构特征。
金属键不同于离子键和共价键，其特点在于电子的自由运动。
在金属晶体中，金属原子通过金属键相互连接，形成具有特定几何形状的晶体结构。
二、金属键的特性1.电子的自由运动：金属键中，金属原子的外层电子脱离原子核的束缚，形成自由电子。
这些自由电子在整个金属晶体中自由运动，为金属提供了良好的导电性和导热性。
2.金属键的强度：金属键的强度较大，金属晶体具有较高的熔点和沸点。
金属键还具有较好的延展性，使金属在外力作用下能够发生塑性变形。
3.金属键的饱和性：金属键具有饱和性，即一个金属原子所能提供的空位数量有限。
当金属原子之间的距离过远时，金属键将断裂，金属晶体将发生断裂。
4.金属键的方向性：金属键具有一定的方向性，使金属晶体具有特定的几何形状。
金属原子的排列方式决定了金属晶体的晶体结构。
三、金属晶体的结构1.金属晶体的类型：根据金属原子排列方式的不同，金属晶体可分为面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）等类型。
2.金属晶体的晶面和晶向：金属晶体中的晶面和晶向是描述晶体结构的重要参数。
晶面指数（hkl）和晶向指数[uvw]分别表示晶面和晶向在晶体坐标系中的取向。
3.金属晶体的缺陷：金属晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
这些缺陷对金属的物理和化学性质具有重要影响。
四、金属键的应用1.金属材料的制备：金属键是金属材料制备的基础。
通过控制金属原子之间的金属键，可以制备出具有不同性能的金属材料。
2.金属材料的性能优化：通过调控金属晶体中的缺陷，可以优化金属材料的性能，如提高强度、硬度、耐磨性等。
3.金属材料的表面处理：金属材料的表面处理技术，如电镀、喷涂等，基于金属键的作用原理，旨在提高材料的耐腐蚀性、装饰性和功能性。
4.金属基复合材料：金属基复合材料是将金属与其他材料（如陶瓷、塑料等）复合而成的新型材料。
《金属晶体与离子晶体》 知识清单
《金属晶体与离子晶体》知识清单一、金属晶体1、金属键金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，这种作用被称为金属键。
金属键没有方向性和饱和性，这使得金属原子趋于紧密堆积，从而形成晶体。
2、金属晶体的原子堆积模型（1）简单立方堆积这种堆积方式中，每个晶胞只有 1 个原子，空间利用率较低，只有约 52%，只有钋（Po）采取这种堆积方式。
（2）体心立方堆积在体心立方堆积中，每个晶胞含有 2 个原子，空间利用率约为 68%，碱金属（如钠、钾等）大多采用这种堆积方式。
（3）六方最密堆积每个晶胞含 2 个原子，空间利用率约为 74%，镁、锌、钛等金属常采用这种堆积方式。
（4）面心立方最密堆积每个晶胞含 4 个原子，空间利用率约为 74%，铜、银、金等金属多采用这种堆积方式。
3、金属晶体的物理性质（1）导电性金属晶体中的自由电子在外加电场的作用下定向移动形成电流，使金属具有良好的导电性。
但不同金属的导电性有所差异，其中银的导电性最好。
（2）导热性自由电子在运动时与金属离子碰撞而交换能量，从而使热量从温度高的区域传递到温度低的区域，使得金属具有良好的导热性。
（3）延展性金属键没有方向性和饱和性，当金属受到外力作用时，原子层之间容易发生相对滑动，但金属键仍然存在，不会断裂，因此金属具有良好的延展性。
二、离子晶体1、离子键阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键称为离子键。
离子键的本质是静电引力，包括阴、阳离子之间的静电引力以及原子核与原子核、电子与电子之间的斥力。
离子键没有方向性和饱和性。
2、离子晶体的结构（1）NaCl 型在 NaCl 晶体中，钠离子和氯离子交替排列，每个钠离子周围有 6 个氯离子，每个氯离子周围也有 6 个钠离子，它们的配位数均为 6。
（2）CsCl 型在 CsCl 晶体中，铯离子位于立方体的中心，氯离子位于立方体的 8 个顶点，铯离子的配位数为 8，氯离子的配位数也为 8。
金属键与金属晶体
金属键与金属晶体
[学习目标] 1.认识金属键的本质，掌握金属键的特点与金属某些性质的关系。 2.能用“电子气理论”解释金属具有导电性、导热性和延展性的原因。 3.借助金属晶体等模型认识金属晶体的结构特点。
[重点难点] 1.用金属键解释、比较金属性质的差异。 2.金属晶体的结构特点。
情景引入
55Cs(铯) 28.84 678.4
从锂到铯，价电子数相同，但原子半径依次增大，导致金属键的能量越来越 小，熔沸点也就依次降低。
2．金属晶体熔点的变化规律 (1)金属晶体熔点的变化规律 不同金属晶体，其熔点差别较大。有的熔点很低，如Hg(汞)低至－38.87 ℃ ； 也有的熔点很高，如W(钨)高达3 000 ℃以上。因此，金属晶体的熔点跨度非 常大。 (2)金属键的强弱对金属单质物理性质的影响 金属硬度的大小，熔、沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强，金属 晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 (3)一般合金的熔点比各组分的熔点低。
知识拓展
金属的光泽 因为固态金属中有“自由电子”，所以当可见光照射到金属表面上时，“自 由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放，使得金属不透明并具有金属光 泽。
导思
思考下列关于金属的几个问题。 (1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？ 提示 不一定。如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子。 (2)纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些 物理性质会发生很大的变化？ 提示 金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和 硬度。 (3)为什么金属在粉末状态时，失去金属光泽而呈暗灰色或黑色？
面心立方堆积
自我测试
1234
1.下列有关金属晶体的说法不正确的是
①金属晶体是一种“巨分子” √
金属键与金属晶体(2017.2)
面心立方堆积 每个晶胞含原子数：4 配位数：？
面心立方堆积
配位数 12 。
( 同层 6 ， 上下层各 3 )
6
5 顶 1 6 5 4 2 3 顶 心 1 2 顶 4
1
2
3
6 顶
5 4
3
晶胞中原子数目计算：
晶胞中原子数目计算：
顶点：1/8 边： 1/4 面： 1/2 体心：1
金属晶体的原子在二维平面堆积模型
（子在三维空间的堆积
简单立方堆积 :钋（Po） 配位数：6 每个晶胞含原子数：1
体心立方堆积：钠、钾、铬、钼、钨
配位数：8 每个晶胞含原子数：2
金属键 金属晶体
金属晶体的物理性质 导电性、导热性、延展性
一、金属键
金属离子与自由 电子之间强烈的 相互作用，称为 金属键。
二、金属晶体
由于金属键的作用结合形成的晶体，
是金属晶体。
如金属单质
导电性
金属内部有自由移动的电子，在外电场的作 用下，自由电子会发生定向移动，所以金属 具有导电性。
导热性
自由电子运动把能量从高温区域传递到低温 区域。
延展性
金属键没有方向性，金属受外力作用时，各 层金属原子之间仍保持金属键作用。
影响金属键强弱的因素：
金属阳离子所带电荷越多，半径越小，
金属键越强，熔沸点越高，硬度也越大。 如Na、Mg
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数。 配 位 数： 8
金属键金属晶体
配位数
最近邻原子的数目为8。
致密度
约为68%，空间利用率有所提 高。
面心立方结构
晶格结点
每个晶胞的角上和每个面的中心各有一个原 子。
配位数
最近邻原子的数目为12。
原子半径
比体心立方结构更小。
致密度
高达74%，空间利用率最高。
密排六方结构
晶格结点
每个晶胞的角上和上下底面的中心以及三个侧面的中心各有一个原子。
01
利用纳米金属的高比表面积和催化活性，提高化学反应速率和
选择性。
纳米金属传感器
02
利用纳米金属独特的电学、光学性质，开发高灵敏度、高选择
性的传感器件。
纳米金属生物医学应用
03
研究纳米金属在生物医学领域的应用，如药物输送、生物成像
等。
高性能合金发展趋势
01
02
03
高强度轻质合金
开发具有优异力学性能和 轻量化的合金材料，满足 航空航天等领域的需求。
金属键特性分析
无方向性和饱和性
金属键没有固定的方向，也不存 在饱和性，这是由自由电子在金 属晶体中的自由运动性质决定的 。
宏观特性
金属键导致金属晶体具有光泽、 导电、导热等宏观特性。
典型金属键物质举例
碱金属和碱土金属
如钾、钠、钙等，它们的晶体结构主 要由金属键构成。
过渡金属
合金
由两种或两种以上的金属（或金属与 非金属）经一定方法所合成的具有金 属特性的物质，其内部也主要依赖金 属键结合。
以提高金属的硬度、强度和耐腐蚀性，但同时也会降低金属的导电性和
导热性。
04
金属晶体化学性质及反应类型
氧化还原反应
金属键和金属晶体
高一化学竞赛辅导资料（第9周）知识回顾：金属的物理性质：状态：常温下，除了是液体外，其余都为。
色泽：除了Cu、Au等金属外，大多数金属都是色，且有金属光泽。
其他性质：具有性、性、性。
1.为什么大部分的金属是银白色的？金属的颜色与什么有关？对大多数金属而言，其中的自由电子能吸收所有频率的光，然后很快放出所有频率的光，因而大多数金属呈现钢灰色乃至银白色。
也有少数金属，他们较易吸收某一频率的光，而呈现其互补色。
如金为黄色，铜为赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅为灰蓝色。
当金属是粉末状时为什么一般是黑色的？2. 常见的重金属包括哪些金属？重金属一定有毒吗？我们常说的重金属有毒，会使蛋白质变性，主要指的是重金属离子，而不是重金属的单质。
重金属的离子要达到一定浓度时才会有毒，量很少的时候是没有毒的。
有些重金属离子在很稀的时候，不但没毒，反而对人有益。
3.什么是焰色反应? 金属元素都有焰色反应吗？当某些金属及其化合物在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。
而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400nm～760nm），因而能使火焰呈现颜色。
由于各种原子的结构不同，电子跃迁时能量的变化就不相同，就发出不同波长的光，因而在火焰上呈现不同的颜色。
在化学上，常用来测试某种金属元素是否存在。
同时利用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。
焰色反应是元素的一种物理性质，无论是金属离子或金属原子均能发生焰色反应，它属物理变化过程。
不是所有元素都有特征的焰色。
只有碱金属元素以及钙、锶、钡、铜等少数金属元素才能呈现焰色反应。
竞赛考点：金属键1、金属键的概念：金属晶体中的金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，自由电子为整个金属所共用，所以金属键没有饱和性和方向性。
上课金属键金属晶体原子堆积方式
（1） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球的球心
（2） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球形成的空穴
（1）简单立方堆积
Po
简 单 立 方 晶 胞
①配位数： 6
同层4，上下层各1 6
2 1 4 3 1 4
2
3
5
②简单立方晶胞平均占有的原子数目：
1 =1 × 8 8
③金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
2a
3a=4r
2a
④金属原子空间利用率 68%
活动与探究3 三维空间里密置层金属原子的堆积方式
将密置层的小球在一个平面上黏合在一起， 再一层一层地堆积起来（至少堆4层），使 相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？ 注意：堆积方式的周期性、稳定性
A
A
B
B
三维空间里密置层的 金属原子的堆积方式
（2）金属晶体结构与金属导热性的关 系 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，该 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。
熔点很高的金属：钨（3410℃）
㈡、金属晶体：
概念：金属阳离子和自由电子通过金属键作 用形成的晶体 组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属离子和自由电子之间的较强作 用—— 金属键（电子气理论）
（三）金属晶体的结构与金属性质的内在联系 ⑴、金属晶体结构与金属导电性的关系
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。
金属键与金属晶体
B
C. Li Be Mg D. Li Na Mg
晶体： 具有规则几何外形的固体
晶体的分类： 原子晶体，分子晶体，离子晶体，金属晶体
晶胞： 能够反映晶体结构特征的基本重复单元。
二、金属晶体
金属晶体
晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小 部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。
晶胞与晶体 砖块与墙 蜂室与蜂巢
1. 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
B. 用金属铝制成导线
C. 用铂金做首饰
D. 铁易生锈
7. 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
A. Li Na K B. Na Mg Al
（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
判断：有阳离子 必须有阴离子吗？
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
第一单元
金属键 金属晶体
第一课时
金属键与金属特性
金属元素在周期表中的位置及原子结构特征
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？
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。
【知识解析】金属键与金属晶体
金属键与金属晶体1 金属键定义金属阳离子与自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键本质金属原子的价层电子受原子核的束缚比较弱，价层电子容易脱离原子核的束缚形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。
“电子气”使得金属阳离子和自由电子之间形成强烈的相互作用。
这一理论称为“电子气理论”，金属键本质上是一种电性作用影响金属键强弱的因素金属元素的原子半径一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越强金属原子价层电子数一般而言，金属原子的价层电子数越多，金属键越强金属键的特征自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子，电子在整块金属中自由运动。
金属键既没有方向性，也没有饱和性。
金属键模型如图3－3－1所示图3－3－1存在金属单质或合金2 金属晶体（1）定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。
（2）特点：①构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子；②在金属晶体中，不存在单个分子；③金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围。
名师提醒（1）在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。
（2）金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。
（3）金属晶体与共价晶体一样，是一种“巨分子”。
3 电子气理论解释金属材料的有关性质物理性质电子气理论解释延展性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，而且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，仍可以保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，金属发生形变也不易断裂。
因此，金属有良好的延展性。
如图3－3－2所示：图3－3－2导电性在金属晶体中，自由电子的移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。
《金属晶体》 讲义
《金属晶体》讲义一、金属晶体的定义与特点金属晶体是指由金属原子通过金属键结合而成的晶体。
在金属晶体中，金属原子失去部分或全部外层电子，形成自由电子，这些自由电子在整个晶体中自由运动，与金属阳离子相互作用，将金属原子紧密地结合在一起。
金属晶体具有以下特点：1、良好的导电性和导热性：由于存在自由电子，它们能够在电场的作用下定向移动，从而形成电流，实现良好的导电性；自由电子在热的作用下也能迅速传递热能，使得金属具有良好的导热性。
2、金属光泽：自由电子能够吸收并反射可见光，使金属具有独特的金属光泽。
3、延展性：金属晶体中的原子可以相对滑动而不断裂金属键，从而使金属具有良好的延展性，可以被拉成丝或压成薄片。
4、硬度和熔点有较大差异：不同金属的晶体结构和金属键强度不同，导致其硬度和熔点差异较大。
二、金属晶体的结构类型常见的金属晶体结构有以下三种类型：1、体心立方堆积（bcc）体心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 1 个位于体心的原子。
例如，碱金属中的锂、钠、钾等在常温下采用这种堆积方式。
这种结构的空间利用率相对较低。
2、面心立方堆积（fcc）面心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 6 个位于面心的原子。
铜、银、金等金属通常采用这种堆积方式。
面心立方堆积的空间利用率较高，具有较好的延展性和塑性。
3、密排六方堆积（hcp）密排六方堆积的晶胞是一个六棱柱，每个晶胞包含 12 个位于顶角的原子和2 个位于体内的原子。
镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式。
三、金属键的本质金属键是一种特殊的化学键，其本质是金属原子失去电子形成的正离子与自由电子之间的强烈相互作用。
金属原子的价电子数较少，原子核对价电子的束缚较弱，在一定条件下容易失去电子。
这些失去的电子不再属于某个特定的原子，而是在整个晶体中自由运动，形成“电子气”。
金属正离子沉浸在“电子气”中，它们与自由电子之间的静电吸引力使得金属原子紧密结合在一起，形成金属晶体。
金属键金属晶体教学课件
02
金属键的强度和稳定性 取决于金属原子的半径 和电负性。
03
金属键的形成不受方向 原子，形成复杂的金 属晶体结构。
02
金属晶体的介
金属晶体的定 义
01
02
03
金属晶体
由金属原子或金属离子通 过金属键结合形成的晶体。
金属键
金属原子之间通过电子共 享形成的化学键。
金属晶体中金属键的实例
面心立方结构的铜和铝
铜和铝的原子在空间中按照面心立方的规律排列，形成具有高对 称性的晶体结构，其金属键表现出明显的方向性。
体心立方结构的铁和铬
铁和铬的原子按照体心立方的规律排列，其金属键强度较高，晶体 的硬度也较大。
六方密排结构的镁和钛
镁和钛的原子按照六方密排的规律排列，其晶体结构相对较为紧密， 金属键的强度也较高。
05
金属金属晶体的未来
新材料的研 发
高性能金属材料
01
研发具有优异力学性能、耐腐蚀性和高温稳定性的金属材料，
以满足航空航天、能源、化工等领域的需求。
金属基复合材料
02
通过在金属基体中添加增强相，如陶瓷颗粒或纤维，制备具有
优异综合性能的金属基复合材料。
多功能金属材料
03
开发具有磁、电、热、光等功能的金属材料，用于传感器、电
金属金属晶体教 件
• 金属键的介绍
• 金属键与金属晶体的关系 • 金属键金属晶体的应用 • 金属键金属晶体的未来发展
01
金属的介
金属键的定义
金属键
金属原子之间通过共享价电子形 成的化学键。
金属键的形成
金属原子通过移除部分外层电子成 为正离子，而留下的空位则吸引其 他金属原子的外层电子成为负离子， 从而形成金属键。
金属键金属晶体ppt课件.ppt
Na 3s1 186 108.4 97.5
Mg 3s2 160 146.4 650
Al 3s23p1 143.1 326.4
660
Cr 3d54s1 124.9 397.5 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。
⑷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。
a
ρ= m = 4 M/NA V 2 2 d3
解此类题的关键！ 37
已知铜晶胞是面心立方晶胞，该晶胞的边长为 3.6210-10m，每一个铜原子的质量为1.0551025kg ，试回答下列问题：
（1）一个晶胞中“实际”拥有的铜原子数是多少？
（2）该晶胞的体积是多大？
（3）利用以上结果计算金属铜的密度。
2. 晶胞中微粒数个晶胞共享，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)六方棱柱：
在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2 个棱柱共有，在体内的微粒全属于该棱柱。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
(1)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是钢 性小球外，还应假定 各面对角线上。的三个球两两相切
金属键金属晶体课件-2024鲜版
晶体结构测定
相变研究
利用X射线衍射技术，可以研究金属 晶体在不同温度、压力条件下的相变 行为，深入了解金属键与晶体结构之 间的关系。
通过X射线衍射实验，可以测定金属 晶体的晶格常数、原子间距等结构参 数，进而揭示金属键的本质。
2024/3/28
23
电子显微镜在微观形貌观察中作用
1 2
高分辨率成像 电子显微镜利用电子束代替光束进行成像，具有 更高的分辨率，能够观察到金属晶体的微观形貌 和缺陷结构。
2024/3/28
关系总结
金属键是决定金属晶体结构和性质的关键因素。金属键的强度、 稳定性和特性直接影响金属晶体的结构稳定性、物理性质、化 学性质和力学性能。
意义
深入了解金属键与金属晶体的关系有助于理解金属的宏观性质 和行为，为材料科学、冶金工程等领域提供理论支持和实践指 导。此外，这种关系的研究还有助于开发新的金属材料和优化 现有材料的性能。
2024/3/28
20
新型金属功能材料发展趋势
2024/3/28
超导材料 超导材料是指在低温下电阻为零的材料，具有极高的导电 性能。超导材料在电力输送、磁悬浮列车等领域有潜在应 用前景。
形状记忆合金 形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的金属材料，能够 在加热后恢复其原始形状。形状记忆合金在医疗器械、航 空航天等领域有广泛应用。
金属键金属晶体课件
2024/3/28
1
contents
目录
2024/3/28
• 金属键基本概念与特性 • 金属晶体结构与性质 • 金属键与金属晶体关系探讨 • 常见金属晶体材料介绍与应用 • 实验方法与技术手段在金属键、金属晶
体研究中应用 • 总结回顾与拓展延伸
2
知识解析金属键与金属晶体
金属晶体中常存在点缺陷、线缺陷和面缺陷等晶体缺陷。 这些缺陷对金属的力学、电学和化学等性质产生重要影响。
滑移与孪生
金属晶体在受力时，原子层间可能发生滑移或孪生现象， 导致金属的塑性变形。滑移和孪生的难易程度与金属晶体 的结构密切相关。
典型金属晶体举例
铜
具有面心立方结构的典型金属，具有良好的导电性、导热 性和延展性。铜及铜合金在电气、建筑、制造等领域有广 泛应用。
铁
具有体心立方结构的典型金属，在室温下具有铁磁性。铁 及其合金是机械工业的重要材料，广泛应用于制造各种机 械零件和工具。
镁
具有密排六方结构的典型金属，是最轻的金属之一，具有 良好的导电性、导热性和延展性。镁及其合金在航空、航 天、汽车等领域有广泛应用。
03
金属键与金属晶体关系 探讨
金属键对金属晶体结构影响
金属键的强度，提高材料的力学性能和化学稳定性。
改善现有材料性能方法探讨
01
02
03
金属强化
通过冷加工、热处理等手 段改变金属晶体的结构和 缺陷，提高金属键的强度 和韧性。
表面改性
采用化学或物理方法在金 属表面形成保护层或改变 表面性质，提高金属的耐 蚀性、耐磨性等。
合金优化
调整合金成分和比例，优 化金属键的特性和分布， 改善合金的力学、电学、 热学等性能。
金属键和金属晶体在环境治理和保护方面具有 重要的应用价值，如重金属污染治理、废水处 理等。
利用金属材料的吸附性能和催化性能，提高环 境治理的效率和效果。
THANKS
感谢观看
金属晶体中金属键作用机制
电子气理论
金属晶体中的自由电子形成电子气，金属原子则浸泡在电子气 中。电子气中的电子与金属原子实（由原子核和内层电子构成） 之间存在库仑相互作用，这种相互作用即为金属键。
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晶体的概念 晶体：具有规则几何外形的固体。 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。
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？
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
原子外围电子排布 3s1
Mg Al
Cr
3s2 3s23p1 3d54s1
原子半径/pm
186 160 143.1 124.9
原子化热/kJ·mol-1 108.4 146.4 326.4 397.5
熔点/℃
97.5 650 660 1900
四种堆积方式,最常见的堆积为后三种:
简单 立方
体心 面心 六方堆积 立方 立方
3.晶胞中金属原子数目的计算(平均值) ——均摊法
顶点占1/8
棱占1/4
面心占1/2
体心占1
晶胞内含的原子数 =a×1/8+b×1/4+c×1/2+d a为位于顶点的原子或离子数； b 为位于棱边的原子或离子数； c为位于面上的原子或离子数； d为位于晶胞内的原子或离子数
2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是 ( B ) A. 金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性 B. 金属元素在化合物中一定显正化合价 C. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同 D. 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
金 密度最小的金属是-------- 锇（密度22.59克/厘米3 ）
之 最
硬度最小的金属是-------- 铯 硬度最大的金属是-------- 铬 延展性最好的金属是------- 金
最活泼的金属是---------- 铯
最稳定的金属是---------- 金
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。
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。
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(
)
A. Li Na K B. Na Mg Al
C. Li Be Mg D. Li Na Mg
B
金属晶体
1. 晶体
(1)定义:通过结晶过程形成的具有规则几何
外形的固体叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其
合金也是晶体。
导热性
由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子
碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的 部分，从而使整块金属达到相同的温度
延展性
由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原 子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的 作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而 不断裂
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?
【课堂小结】
金属晶体中 原子的堆积 方式
非密置层
简单立方堆积 体心立方堆积
密置层
六方密堆积
面心立方堆积
三种最常 见堆积方 式
2. 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
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。
金属键与金属的特性
教科书 P28
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？
金属的延展性
++ + +++ + + ++ +
+++ ++ + + + ++
位错
+++ + ++ + + ++ ++++ +++ + +++ +
自由电子
+ 金属离子
金属原子
小结：
共性
金属晶体与性质的关系
导电性
在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子 在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因 而形成电流
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。
一、金属健与金属特性
金属键概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的 相互作用－金属键。 金属键的本质：电性作用
成键微粒：金属阳离子和自由电子 微粒间作用力：金属键
成键特点：无方向性和饱和性 存 在：金属单质或合金。
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
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。
第一层 ：
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 )
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
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。
导电性最好的金属是------- 银
拓展视野
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.
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。
结论：
金属元素原子的半径越小，单位体积内自 由电子的数目越多，（金属阳离子所带电荷 越多，)则金属键越强，金属晶体的硬度越大， 熔、沸点越高。
阅读教科书P30的化学史话
人类对晶体结构的认识
2.晶胞
什么是晶胞？
晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复 单位
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。
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
A. 用D铁制品做炊具
B. 用金属铝制成导线
C. 用铂金做首饰
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
Ⅲ.六方堆积
镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
B
6
3
54
A
B
于是每两层形成一个周期，即 AB AB
A
堆积方式，形成六方堆积。
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方最密堆积分解图
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
个，上下层各3个）
①简单立方堆积
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
堆积方式及性质小结
配位数 = 6 空间利用率 = 52.36%
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%
【思考】钠的晶胞里，含多少原子？
钠晶体的晶胞
2
晶胞结构如图所示，则顶点上原子被__1_2___ 个晶胞共有,侧棱上的原子被___6____个晶胞所 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?
顶端原子一般只计算 1/6
六 面上原子一般只计算 1/2
方 晶 胞
金属晶体
1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞
教科书 P31