高中化学备课参考 金属键 金属晶体

金属键金属晶体
一、金属键与金属特性
1.金属键
⑴定义：在金属单质晶体中,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的强烈的相互作用）叫金属键.
⑵形成：金属原子的部分或全部外围（一般指最外层或次外层）电子因受原子核的吸引力较弱而从原子上“脱落”下来，形成自由移动的电子，金属原子失去电子后，形成金属阳离子，金属阳离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用.
⑶成键微粒：金属阳离子和自由电子
⑷存在：金属单质或合金中
⑸特征：无饱和性和方向性
⑹
⎧
⎨
⎩
金属阳离子
影响因素：
单位体积内自由电子的数目
一般规律：金属阳离子的半径越小、单位体积内自由电子的数目越多，金属键越强.
⑺对物质物理性质的影响：金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高.
2.金属特性
金属都具有金属光泽，易导电、导热，具有延展性等，导致它们共性的原因是金属晶体中都含有金属键.
⑴导电性：在金属晶体中，自由电子在外加电场的作用下作定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电.
⑵导热性：当金属某部分受热时，该区域的电子运动加剧，通过碰撞，电子把能量传递给金属原子或离子.这样能量从温度高的区域传递到温度低的区域，从而使整块金属达到相同的温度.
⑶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，金属键并没有被破坏,所以虽然发生了形变但不会断裂.因此，金属都有良好的延展性.
⑷金属之最（物理性质）：熔点最高的金属是（钨），最低的是Hg（汞）；硬度最大的是Cr
（铬）；密度最大的金属是Os（锇），最小的是Li(锂).
3. 电子气理论
经典的金属键理论叫做“电子气理论”.它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.
二、金属晶体
1.定义：通过金属离子与自由电子之间的较强作用（即金属键）形成的单质晶体，叫做金属晶体.
2.晶体：通过晶体得到的有规则几何外形的固体.晶体都有固体的熔点，而非晶体一般无规则几何外形，无固定熔点.
3.晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，能够反映晶体结构特征的基本重复单位.
4.构成微粒：只存在金属阳离子和自由电子，不存在金属中性原子和阳离子.
5.微粒间的作用：金属键
6.金属晶体中金属原子的堆积方式
⑴金属晶体中的原子再平面上（即二维空间里）有两种放置方式：
①非密置层：如图3-1-1甲所示.
图3-1-1
②密置层：每个原子的凸出部位正好处在相邻两个原子的凹陷部位，即每1个原子都同时和其他6个原子相接触，形成二维平面的密置层，如图3-1-1乙所示.
⑵金属晶体中的原子再三维空间堆积的方式：
①六方堆积：密置层原子按图3-1-2a方式堆积.在六方体顶点的金属原子为6个晶胞共有，再面心的金属原子为两个晶胞共有，在体内的金属原子属于该晶胞.六方堆积的晶胞原子数
为11
12236
62
x x
++=.常见金属有镁、锌、钛等.
②面心立方堆积：密置层原子按图3-1-2b方式堆积.在立方体顶点的金属原子为8个晶胞共
有，再面心的为两个晶胞共有.面心立方堆积的晶胞中金属原子数为11
864
82
x x
+=.常见金
属有金、银、铜、铝等.
③体心立方堆积：非密置层原子按图3-1-2c方式堆积.在立方体顶点的金属原子为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞.体心立方堆积的晶胞中金属原子数为1
812
8
x+=.常见金属有钠、钾、铬、钼、钨等.
7.合金
⑴定义：一种金属与另一种或几种金属（或非金属）的融合体积.
⑵性能：比组成它的成分金属具有更好的物理、化学、机械性能.
一般来说，多数合金的熔点都低，而强度和硬度比它的成分都要大.
例1.物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高，且一般说来，金属原子半径越小，价电子数越多.由此判断下列说法错误的是( )
A ．镁的硬度大于铝 B
．镁的熔沸点低于钙
C ．镁的硬度大于钾 D
．钙的熔沸点高于钾
解析：根据题目所给的条件，镁和铝的电子层数相同，价电子数Al Mg >，原子半径Al Mg <，铝的硬度大于镁，A 不正确.镁、钙价电子数相同，但半径Ca Mg >，金属键强弱Mg Ca >，所以B 不正确.用以上比较方法推出：价电子数Mg K >,原子半径Mg K <，所以金属键Mg K >，硬度Mg K >，所以C 正确.钙和钾元素位于同一周期，价电子数Ca K >，原子半径K Ca >，金属键Ca K >，熔点Ca K >.所以D 正确.
答案：A 、B
例2. 关于晶体的下列说法正确的是 （ ）
A ．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
B ．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C ．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D ．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
解析：只有认识四类晶体物理性质差异的本质原因才能对此题进行正确判断.在四类晶体中，金属晶体的结构及物理性质最特殊，应予以重视.金属晶体中，构成晶体的微粒既有金属原子，又有金属阳离子，且二者不断转换，晶体中自由电子与金属离子间的电性作用形成了金属键.因此晶体中有阳离子，不一定有阴离子，如金属晶体.金属键强弱相差很大（主要由阳离子半径大小决定），因此金属晶体的熔沸点、硬度等物理性质相差极大，它与其他类晶体相比很特殊，有的晶体熔沸点很低，甚至小于分子晶体如金属汞、碱金属等；有的金属熔沸点很高，甚至高于原子晶体如金属钨.
答案：A
例3. 下列有关金属元素特征的叙述正确的是
A ．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性
B ．金属元素在一般化合物中只显正价
C ．金属元素在不同的化合物中的化合价均不同
D ．金属元素的单质在常温下均为金属晶体
解析：A.对于变价金属中，中间价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe 2+.B 、金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价.C 、金属元素有的有变价，有的无变价，如Na +.D 、金属晶体的熔沸点差异较大，绝大多数金属常温下均为晶体，但金属汞常温下为液体.
答案：B
例4. 晶胞是晶体中最小的重复单元．已知铁为面心立方晶体，其结构如下图甲所示，面心
立方的结构特征如下图乙所示．若铁原子的半径为，试求铁金属晶体中的晶胞
长度，即下图丙中AB 的长度为______________m ．
解析：本题为信息题，面心立方晶体可通过观察图甲和图乙得出其结构特征是：在一个
立方体的八个顶点各有一个原子，且在六个面的面心上各有一个原子.图丙是一个平面图，m 101027.1-
⨯
则有：AB 2＋BC 2＝AC 2，即2AB 2＝（4×）2，则：AB ＝. 答案：AB ＝
m 1010
27.1-⨯m 101059.3-⨯m 1010
59.3-⨯。