金属晶体金属堆积方式

1、金属样品金属样品 1 1、金属共同的物理性质、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。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?2、金属的结构、金属的结构（2 2）成键微粒）成键微粒: : 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子（3 3）键的存在）键的存在: : 金属单质和合金中金属单质和合金中（4 4）方向性）方向性: : 无方向性无方向性（5 5）键的本质）键的本质: : 电子气理论电子气理论 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体的的“电子气电子气”，被所有原子所共用，从

2、而把所有，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。的金属原子维系在一起。（6 6）键的强弱）键的强弱: :阳离子半径；所带电荷阳离子半径；所带电荷阳离子所带电荷多、半径小金属键阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高强，熔沸点高、金属键、金属键组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子作用力：作用力：金属键（电子气理论）金属键（电子气理论）、金属晶体：、金属晶体：概念：概念：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子通过金属键作通过金属键作用形成的晶体用形成的晶体【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由在金

3、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电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以金属容易导电。金属容易导电。3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系、金属晶体的结构与金属性质的内在联系、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系【讨论讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，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，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个

4、区域里的自由电子能量增加，运动速度加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。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。低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价

5、键的断裂，因而难以锻压成型，然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互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，发生形变也作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。不易断裂。、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系 由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数

6、金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。4.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535 一般情况

7、下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定： 金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。如：如： na mg al li na k rb cs合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜）

8、；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。合物。(2) (2) 合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，低， 高，高，介于两种成分金属的熔点之间；介于两种成分金属的熔点之间；) 具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。工性能。 低低二二. .金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型金属晶体的原子在二维平面堆积

9、模型 二维平面堆积方式二维平面堆积方式行列对齐行列对齐, ,四球一空四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错行列相错, ,三球一空三球一空 最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层配位数：4配位数：6 三维空间堆积方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积非密置层的三维堆积方式非密置层的三维堆积方式晶胞内原子数：晶胞内原子数：配位数：配位数：空间利用率：空间利用率：典型金属：典型金属：立方晶胞立方晶胞（钋）（钋）po5261nana、k k、crcr、momo、w w等等属于体心立方堆积属于体心立方堆积。. 体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型）这是非密置层另一种堆积方这是非

10、密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中属原子形成的凹穴中, ,得到的得到的是是体心立方堆积体心立方堆积。. 体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型）晶胞内原子数：晶胞内原子数：2配位数：配位数：8空间利用率：空间利用率：68 典型金属：典型金属： k 、na、fe体心立方晶胞体心立方晶胞第一层第一层 ： 三维空间堆积方式三维空间堆积方式密置层的三维堆积方式密置层的三维堆积方式123456 第二层第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一位

11、，其情形是一样的样的 )123456ab， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。六方堆积六方堆积面心立方面心立方堆积堆积 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ababa 第一种：第一种： 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 ab ab 堆积方堆积方式，形成六方堆积。式，形成六方堆积。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ).六方堆积（镁型）六方堆积（镁型）镁、锌、钛等属于六方堆积

12、镁、锌、钛等属于六方堆积 六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图bababa镁型晶胞的抽取bab六方晶胞晶胞内原子数：晶胞内原子数：2配位数：配位数：12空间利用率：空间利用率：74典型金属：典型金属：mg zn ti 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 1 1，3 3，5 5 位，不同位，不同于于 ab ab 两层的位置，这是两层的位置，这是 c c 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图abcaabc 第四层再排第四层再排 a，于是形成，于是形成 abc abc 三层一个周期。

13、三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位数配位数 12 12 ( ( 同层同层 6 6， 上下层各上下层各 3 3 ) ) .面心立方面心立方堆积（铜型）堆积（铜型）金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数 = 6空间利用率空间利用率 = 52.36% 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立方晶胞配位数配位数 = 8空间利用率空间利用率 = 68.02% 六方堆积六方堆积 六方晶胞六方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立

14、方晶胞面心立方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%2. 晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占12.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微

15、粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：1. 右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体

16、是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习8 1/8 +1=212 1/6+2 1/2 + 3 = 62. 最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子m和非金和非金属原子属原子n构成的气态团簇分子，如图所构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是示顶角和面心的原子是m原子，棱的原子，棱的中心和体心的原子是中心和体心的原子是n原子，它的化学原子，它的化学式为式为( )a bmnc d条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44nm1314nmc练 习练 习a3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金 ( 含钾含钾

17、50% 80%)为液体，而钠钾的单质均为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是种物质中，熔点最低的是 ( ) a. 生铁生铁 b. 纯铁纯铁 c. 碳碳 d. 无法确定无法确定 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯