金属晶体和离子晶体

第三章晶体的结构与性质 第三节金属晶体 金属晶体 金属离子 自由电子 1 金属键的定义 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用 叫金属键 1 金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子 2 金属键存在于金属单质和合金中 3 金属键没有方向性也没有饱和性 一 金属的结构 2 金属晶体的定义 通过金属离子与自由电子之间的较强的相互作用形成的晶体 1 在晶体中 不存在单个分子 2 金属阳离子被自由电子所包围 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 金属共同的物理性质容易导电 导热 有延展性 有金属光泽等 三 金属晶体的结构与金属性质的内在联系 自由电子在外加电场的作用下发生定向移动 自由电子与金属离子碰撞传递热量 晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用 资料 金属之最 熔点最低的金属是 汞 38 87 熔点最高的金属是 钨 3410 密度最小的金属是 锂 0 53g cm3 密度最大的金属是 锇 22 57g cm3 硬度最小的金属是 铯 0 2 硬度最大的金属是 铬 9 0 最活泼的金属是 铯 最稳定的金属是 金 延性最好的金属是 铂 铂丝直径 mm 展性最好的金属是 金 金箔厚 mm 金属晶体的形成是因为晶体中存在 A 金属离子间的相互作用B 金属原子间的相互作用C 金属离子与自由电子间的相互作用D 金属原子与自由电子间的相互作用金属能导电的原因是 A 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B 金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C 金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D 金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习 C B 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 金属晶体原子平面排列方式有几种 非密置层 A 1 4 3 2 1 3 6 4 2 A 5 密置层 配位数为4 配位数为6 2 金属晶体的原子在三维空间堆积模型 简单立方堆积 Po 简单立方堆积 空间利用率的计算 1 空间利用率 指构成晶体的原子 离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比 球体积空间利用率 100 晶胞体积 1 计算晶胞中的微粒数 2 空间利用率的计算步骤 2 计算晶胞的体积 简单立方堆积 立方体的棱长为a 球的半径为r a 过程 1个晶胞中平均含有1个原子 V球 V晶胞 a3 8r3 空间利用率 52 2 体心立方堆积 钾型 非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中 IA VB VIB 每个晶胞含原子数 8 68 2 体心立方堆积 a b 空间利用率 a 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 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 思考 密置层的堆积方式有哪些 下图是此种六方紧密堆积的前视图 A 第一种是将第三层的球对准第一层的球 于是每两层形成一个周期 即ABAB堆积方式 形成六方紧密堆积 配位数 同层 上下层各 12 6 3 此种立方紧密堆积的前视图 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 得到面心立方堆积 配位数 同层 上下层各 12 6 3 镁型 六方紧密堆积 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 这种堆积晶胞属于最密置层堆积 配位数为 许多金属 如Mg Zn Ti等 采取这种堆积方式 12 平行六面体 每个晶胞含个原子 2 12 铜型 面心立方紧密堆积 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 这种堆积晶胞属于最密置层堆集 配位数为 许多金属 如Cu Ag Au等 采取这种堆积方式 12 B C A A A B C 3 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 空间利用率 74 05 面心立方最密堆积 堆积方式及性质小结 简单立方堆积 体心立方堆积 六方最密堆积 面心立方 六方 体心立方 简单立方 74 74 68 52 12 12 8 6 Cu Ag Au Mg Zn Ti Na K Fe Po 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M 密度为 试求 1 图中正方形边长a 2 铜的金属半径r a a r r o r r 提示 数出面心立方中的铜的个数 晶胞的密度等于晶体的密度 巩固练习 第三章晶体的结构与性质 第四节离子晶体授课人榆中一中李翻红 课程标准要求 思考 1 分子晶体是由什么粒子构成的 粒子间是什么样的作用力 2 原子晶体是由什么粒子构成的 粒子间是什么样的作用力 3 如图是NaCl晶体晶胞模型 试着就此总结出离子晶体是由什么粒子构成的 粒子间是什么样的作用力 一 离子晶体 1 定义 由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 2 构成粒子 阴 阳离子3 相互作用力 离子键 静电作用 4 离子晶体的结构特征 1 离子键没有饱和性和方向性 在晶体中阴阳离子尽可能采取最密堆积 2 离子晶体中不存在单独的分子 化学式代表阴阳离子最简个数比 5 常见的离子晶体 强碱NaOHBa OH 2等 大多数的盐BeCl2AlCl3除外 活泼金属氧化物Na2OCaOMgO等 NaCl的晶体结构模型 与Na 等距离且最近Cl 有个 即Na 的配位数 与Cl 等距离且最近Na 有个 即Cl 的配位数为 6 6 6 6 与Cl 等距离且最近Cl 有个 与Na 等距离且最近Na 有个 12 12 几种典型的离子晶体晶胞类型 CsCl的晶体结构及晶胞构示意图 Cs 周围距离最近的Cl 有个 Cl 周围最近的Cs 有个 Cs 周围距离最近的Cs 有个 Cl 周围最近的Cl 有个 8 8 6 6 思考 NaCl CsCl两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数不相等 所以晶体结构是不同的 6 6 8 8 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数 6 决定离子晶体结构的因素 几何因素晶体中正负离子的半径比 电荷因素晶体中正负离子的电荷比 键性因素离子键的纯粹程度 3 CaF2型晶胞 Ca2 的配位数 F 的配位数 一个CaF2晶胞中平均含 4个Ca2 和8个F 8 4 晶格能 定义 气态离子形成1摩离子晶体时释放的能量 晶格能的大小与阴 阳离子所带电荷的乘积成正比 与阴 阳离子间的距离成反比 简言之 晶格能的大小与离子带电量成正比 与离子半径成反比 晶格能越大 形成的离子晶体越稳定 离子键越强 熔点越高 硬度越大 仔细阅读表3 8 分析晶格能的大小与离子晶体的熔点有什么关系 离子晶体的晶格能与哪些因素有关 熔沸点较高 硬度较大 固态不导电 水溶液或者熔化时能导电 一般易溶于水 而难溶于非极性溶剂 离子晶体的物理特