第3节金属晶体.ppt

分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较,构成晶体粒子,分子,原子,分子间作用力,共价键,结构、性质,较小,较大,较低,很高,固态和熔融状态都不导电,不导电,相似相溶,难溶于常见溶剂,复习,金属晶体,物质结构与性质第三章第三节,Ti,金属样品,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。,二、金属键,1、概念：金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。,2、成键微粒：金属阳离子、自由电子,3、本质：电子气理论,注意：电子可自由移动，但金属离子只能在一定范围内振动。,4、特征：,无方向性和饱和性,5影响因素：,金属阳离子所带电荷、阳离子半径一般金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，金属单质的熔沸点越高，硬度越大。,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。,水溶液或熔融状态下,晶体状态,自由移动的离子,自由电子,比较离子晶体、金属晶体导电的区别：,三、电子气理论对金属性质的解释,1、金属导电性,浓度、电荷等,温度,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。,2、金属导热性,三、电子气理论对金属性质的解释,原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。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于轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以金属都有良好的延展性。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。,3、金属延展性,三、电子气理论对金属性质的解释,资料,金属之最,熔点最低的金属是-,汞,熔点最高的金属是-,钨,密度最小的金属是-,锂,密度最大的金属是-,锇,硬度最小的金属是-,铯,硬度最大的金属是-,铬,最活泼的金属是-,铯,最稳定的金属是-,金,延展性最好的金属是-,金,导电性和导热性最好的金属-,银,小结：三种晶体类型与性质的比较,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2、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,下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B原子晶体中只含有共价键C.任何晶体中，若含有阴离子也一定含有阳离子D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键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升高？,BC,练习,金属晶体的原子堆积模型,1、概念：,a、紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。,b、空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数，用来表示紧密堆积的程度。,c、配位数：在晶体中一个原子或离子周围最邻近的原子或离子的数目。,金属晶体的原子堆积模型,（a）非密置层（b）密置层,思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？,2、金属晶体在二维空间的堆积方式：,配位数：4,配位数：6,简单立方堆积（Po）,（1）非密置层的堆积方式1,晶胞的形状是什么？含几个原子？,3、金属晶体在三维空间的堆积方式,晶胞：立方体每个晶胞含一个原子,简单立方堆积,这种堆积方式的空间利用率52%，太低，只有金属Po采用这种方式。,计算这种堆积方式的空间利用率为多少？,体心立方堆积（钾型或A2型）,（2）非密置层的堆积方式2,体心立方堆积,计算这种堆积方式的配位数和空间利用率为多少？,a与r的关系：,空间利用率：,4r,体心立方密堆积,空间利用率较高，碱金属、铁都采用这种堆积方式。,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12。(同层6，上下层各3),六方最密堆积（镁型或A3）,（3）密置层的堆积方式1,六方最密堆积（镁型或A3）,六方最密堆积分解图,抽出六方晶胞，又叫六方最密堆积(hexagonalclosestpacking)简写为hcp。,这种堆积方式的配位数和空间利用率为多少？,a,z,六方最密堆积,设：球半径：r，晶胞参数：a,a与r的关系：,空间利用率：,六方最密堆积,空间利用率较高，Zn、Ti、Mg都采用这种堆积方式。,此种立方紧密堆积的前视图,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12。(同层6，上下层各3),ABCA,面心立方最密堆积（铜型或A1）,（4）密置层的堆积方式2,抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积(cubicclosestpacking)简写为ccp或fcc。,面心立方最密堆积分解图,这种堆积方式的配位数和空间利用率为多少？,设：晶胞中球半径为r，晶胞参数为a,a与r的关系：,空间利用率：,面心立方最密堆积,空间利用率