金属晶体PPT精选文档

1、.1金金 属属 晶晶 体体.2金属样品金属样品.3 一一、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? ?二、金属的结构二、金属的结构问题：问题：构成金属的粒子有哪些？构成金属的粒子有哪些？（经典的电子气理论）（经典的电子气理论）.4（经典的电子气理论）（经典的电子气理论）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金属离子和自由电子之间的较强金属离子和自由电子之间的较强作用作用 金属键金属键“有阳离子而无有阳离子而无阴离子阴离子”是金属是金属独有的

2、特性。独有的特性。作用力：作用力：金属单质中不存在金属单质中不存在单个分子或原子。单个分子或原子。.5（经典的电子气理论）（经典的电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体常温下，绝大多数金属单常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。点差别较大。熔化时破坏的作用力：熔化时破坏的作用力：金属键金属键金属阳离子半径越小，所带电金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。点越高，

3、硬度越大。.6练练 习习下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ）A、镁的硬度大于铝、镁的硬度大于铝B、镁的熔沸点低于钙、镁的熔沸点低于钙C、镁的硬度大于钾、镁的硬度大于钾D、钙的熔沸点高于钾、钙的熔沸点高于钾AB.7练练 习习 下列四种有关性质的描述，可能是金属晶体的是下列四种有关性质的描述，可能是金属晶体的是（ ） A、有分子间作用力结合而成，熔点很低、有分子间作用力结合而成，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能、固体不导电，熔融态也不导电

4、，但溶于水后能导电导电B.8 金属键的成键微粒：金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 存在于金属单质和合金中。存在于金属单质和合金中。金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由移动，因此由移动，因此金属键没有方向性和饱和性。金属键没有方向性和饱和性。金属键理论小结金属键理论小结金属键的本质：金属键的本质：“电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。

5、系在一起。.9三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1 1、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 在金属晶体中，存在着许多自由电子，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，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但但在外加电场的条件在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生发生定向运动定向运动，因而形成电流，所以金属容易，因而形成电流，所以金属容易导电。导电。 导电性随温度升高而降低。导电性随温度升高而降低。.10晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电

6、粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：.11 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时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，温度低的部分，从而使整块金属达到相同的从而使整块金属达到相同的温度。温度。2 2、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 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引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

7、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。过碰撞，把能量传给金属离子。.12 原子晶体受外力作用时，晶体中的各原子层原子晶体受外力作用时，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之后，仍可保持这种相互层之间发生相对滑动之后，仍可保持这种相互作用，因而即使

8、在外力作用下，发生形变也不作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。断裂，因此，金属有良好的延展性。3 3、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.134 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色、金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较较易吸收某些频率的光而

9、呈现较为特殊的颜色为特殊的颜色。 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杂晶面取向杂乱、晶格排列不规则乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。所以成黑色。.14小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例金刚石、二氧化硅、晶金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而

10、成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体共价键共价键原子原子很大很大很高很高无（硅为半导体）无（硅为半导体）分子分子分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体范德华力范德华力很低很低很小很小无无通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体金属键金属键金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子差别较大差别较大差别较大差别较大导体导体.15 金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B.B.金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相

11、互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用练练 习习C.16练练 习习 金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生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定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发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生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 B.17 下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A

12、.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键B练练 习习.18 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降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？低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？练练 习习.19 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

13、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/cm32.25g/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、铅笔芯等。芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨.20石墨是层状结构的石墨是层状结构的混合型混合型晶体晶体 .21石墨为什么很软？石墨为什么很软？ 石墨为层状结

14、构，各层之间是范德华石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。力结合，容易滑动，所以石墨很软。 石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大之间存在很强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。故熔沸点很高。石墨是层状结构的石墨是层状结构的混合型混合型晶体晶体 .22石墨能导电的原因：石墨能导电的原因： 这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以在整个碳这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以在整个碳原子的平面上运动，但是电子不能从一个平面跳跃到另原子的平面上运动，但是

15、电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电一个平面，所以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电性强。这也是晶体各向异性的表现。性强。这也是晶体各向异性的表现。石墨中微粒间的作用：石墨中微粒间的作用： 碳原子间存在共价键和金属键，层与层之间存碳原子间存在共价键和金属键，层与层之间存在范德华力在范德华力石墨是层状结构的石墨是层状结构的混合型混合型晶体晶体 .23资料资料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金

16、属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是- 铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金.24物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；叫延性；在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。的性质叫展性。如如金属的延展性金属的延展性良好，其中金、铂、铜、银、钨、良好，其中金、铂、铜、银、钨、铝都富于延展性。石英、玻璃等非金属材料在高铝都富于延展性。石英、玻璃等非金属材料在高温时也有一定

17、的延展性。温时也有一定的延展性。 延性延性展性展性资料资料.25四、金属晶体的原子堆积模型四、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个金由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等的圆球的三维空间堆积而成的。1 1、理论基础：、理论基础：.26 组成晶体的金属原子在没有其他因素组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性，因此原理。这是因为金属键没有

18、方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。的能量，使晶体变得比较稳定。2 2、堆积原理、堆积原理.27紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。可能的相互接近，使它们占有最小的空间。空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。用来表示紧密堆积的程度。配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围在密堆积中，一个原子或离子周围

19、距离最近且相等的原子或离子的数目。距离最近且相等的原子或离子的数目。2 2、堆积原理、堆积原理.283 3、二维堆积、二维堆积I I 型型II II 型型配位数为配位数为4 4配位数为配位数为6 6密置层密置层非密置层非密置层1234123456P74图3-22.294 4、金属晶体基本构型、金属晶体基本构型 简单立方堆积：简单立方堆积：非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，空间利用率低（52%52%）配位数是配位数是 个个.6只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式（1 1）非密置层的堆积方式：）非密置层的堆积方式：体心立方堆积体心立方堆积-钾型钾型这种堆积晶胞是

20、一个体心立这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含方，每个晶胞含 个原子，个原子，空间利用率不高（空间利用率不高（68%68%），属），属于非密置层堆积，配位数于非密置层堆积，配位数为为 ，许多金属（如许多金属（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。28.31123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准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。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以

21、有两种最紧密的堆积方式。紧密的堆积方式。.322 2、金属晶体的两种最密堆积方式、金属晶体的两种最密堆积方式 镁型和铜型镁型和铜型镁型镁型铜型铜型.33123456123456镁镁 型型123456 第三层的第三层的另一种另一种排列方式，排列方式，是将球对准是将球对准第一层第一层每一个球，每一个球，于是于是每两层形成一个周每两层形成一个周期期，即，即 AB AB 堆积方式堆积方式。.34 下图是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA123456.35123456123456铜铜 型型 第三层的第三层的另一种另一种排列方式，排列方式，是是将球对准第一层的将球对准第一层的 2，4

22、，6 位位，不不同于同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。412356.36123456ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 下图是铜型型紧密堆积的前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图ACBACBA.37镁镁 型型123456789101112 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于最密置层堆集，配位数为最密置层堆集，配位数为 ，许多金属，许多金属（如（如MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。12.381200平行六面体平行六面体六方紧密堆积六方紧密堆积.39123456铜铜 型型.40BCA铜铜 型型.41铜铜 型型.42铜铜 型型.43堆积方式堆积方式晶胞类型晶胞类型空间利空间利用率用率配位数配位数实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结简单立简单立方堆积方堆积体心立方体心立方密堆积密堆积六方最六方最密堆积密堆积面心立方面心立方四棱柱四棱柱体心立方体心立方简单立方简单立方74%74%68%52121286C