3.3《金属晶体》课件(新人教版选修3)

2、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈 的相互作用叫做金属键（电子气理论）
特征：金属键可看成是由许多原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
3、金属晶体：通过金属键结合形成的单质 晶体。金属单质和合金都属于金属晶体
1
3 6 5
2
3 4
A
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。
，
2
B
第一种是将球对准第一层的球。
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， 即 AB AB 堆积方式，形成六 方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )，空间利用率为74%
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子 错位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+
金属离子
金属原子
4、熔点和沸点
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。 思考：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 逐渐升高？
B A
3、镁型
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
第四层再排 A，于是形 成 ABC ABC 三层一个周
A
期。 得到面心立方堆积。
C
B
1 6
5
2
A
3
4
C B
A
配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 ) 此种立方紧密堆积的前视图
金属样品
思考1:从上述金属的应用来看，金属有哪些 共同的物理性质呢? 一、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等
思考2:金属为什么具有这些共同性质呢? 二、金属的结构
1、电子气理论：由于金属原子的最外层电子数 较少,容易失去电子成为金属离子,金属原子释 放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子, 而为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由 运动,这些电子又称为自由电子.自由电子几乎 均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的 “电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。
（a）非密置层
（b）密置层
3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ①简单立方堆积（Po）
简单立方堆积
②体心立方堆积—钾型（碱金属）
体 心 立 方 堆 积
配位数：8
镁型
铜型
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。 (
4，6 位，其情形是一样的 )
1 6 5 4
或对准 2，
④面心立方:铜型
C
B
A
镁型
铜型
金属晶体的两种最密堆积方式
堆积模 型
简单立 方 钾型 (bcp) 镁型 (hcp) 铜型 (ccp)
采纳这种堆积的 空间利用率 典型代表 52%wk.baidu.comPo (钋)
K、Na、Fe Mg、Zn、Ti Cu, Ag, Au 68% 74% 74%
配位数
6 8 12 12
组成粒子： 金属阳离子和自由电子
微粒间作用力： 金属键
4、电子气理论对金属的物理性质的解释 ⑴金属导电性的解释 在金属晶体中，充满着带负电的“电子气” （自由电子），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，自由电 子定向运动形成电流，所以金属容易导电。 不同的金属导电能力不同，导电性最强的三 中金属是：Ag、Cu、Al
三、金属晶体的原子堆积模型 1、几个概念 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 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相 邻的微粒个数
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、金属晶体的原子在二维平面堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的 小球。将等径圆球在一平面上排列，有两 种排布方式，按（b）图方式排列，圆球 周围剩余空隙最小，称为密置层；按（a） 图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密 置层。
8、已知金属铜为面心立方晶体，如图所示， 铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3， 试求 （1）图中正方形边长 a， （2）铜的金属半径 r r
提示： 数出面心立方中的铜的个数：
r
o
a
r r
a
⑶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。
晶胞
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化 性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同
D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
2、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子 按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结 构中可以划出一块正立方体的结构单元， 金属原子处于正立方体的八个顶点和六个 侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空 间利用率。
思考：电解质在熔化状态或溶于水能导 电，这与金属导电的本质是否相同？ 晶体类型 导电时的状态 导电粒子 电解质 水溶液或 熔融状态下 金属晶体
晶体状态
自由移动的离子 自由电子 化学变化 物理变化 导电时发生的变化
导电能力随温度的 变化
增强
减弱
⑵金属导热性的解释 “电子气”（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“电子气” （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。“电子气” （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。