高中化学选修三第三章 第三节金属晶体

1、 金金 属属 晶晶 体体 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：构成金属的粒构成金属的粒子有哪些？子有哪些？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作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键金属键“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。作用力：作用力：金属单质中不存在单个分子或原子。 金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由金属键的特征：自由电子可以在整块金

2、属中自由 移动，因此移动，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，从而把所有的原子被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。维系在一起。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，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。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

3、子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。练习下列说法错误的是（ ）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AB练习 下列四中有关性质的描述，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 B、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 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电B【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，但电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的

4、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。导电性随温度升高而降低。金属容易导电。导电性随温度升高而降低。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：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、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

5、 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，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与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低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。从而使整块金属达到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导

6、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，晶体中的各原子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层就会发生相对滑动，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列方式，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，所以到类似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，仍可保在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属

7、有良好的延发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。展性。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4 4、金属晶体结构具有金属光泽、金属晶体结构具有金属光泽和颜色和颜色p由于由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释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放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白，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、铯、色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色殊的颜色。p当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，

8、金属晶体的晶面取向杂乱、晶面取向杂乱、晶格排列不规则晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。以成黑色。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、钢铁等铁等共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体

9、状结构的晶体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通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体原子原子分子分子金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子很高很高很小很小差别较大差别较大很大很大很低很低差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体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金属能导电的原因是

10、（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金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相相互作用较弱互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发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生定向移动 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发生定向移动 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 练习练习CB 下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B B原子晶体中只含有共价键原子

11、晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐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降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？高？B练习练习三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个金属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，所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等的以可以把金属晶体看成

12、是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。圆球的三维空间堆积而成的。1、理论基础：、理论基础：堆积原理：堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他因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素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆紧密堆积积原理。这是因为金属键没有方向性，因原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原此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子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。系的能量，使晶体变得比较稳定。紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的微粒之间的作用力，使微粒

13、间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。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。用来空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。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距离最在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目。近且相等的原子或离子的数目。2 2、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1234123456（1 1）. .简单立方堆积：简单立方堆积：4、金属晶体基本构型、金属晶体基本构型 非最紧密堆积，空间利用率

14、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.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6（2 2）钾型）钾型-体心立方堆积体心立方堆积：这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含每个晶胞每个晶胞含 个原子，个原子，空间利用率不高（空间利用率不高（68%68%），属于非），属于非密置层堆积，配位数为密置层堆积，配位数为 ，许许多金属（如多金属（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这采取这种堆积方式。种堆积方式。28123456 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

15、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 )123456 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。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（3 3）镁型和铜型）镁型和铜型镁型镁型铜型铜型123456123456镁型镁型123456 第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层每一第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层每一个球，个球，于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即 AB AB 堆堆积方式。积方式。 下图

16、是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA镁型镁型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。121200平行六面体平行六面体123456123456铜型铜型 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 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。412356此种立方紧密堆积的前视图此

17、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，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ACBACBA123456铜型铜型BCA堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结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简单立简单立方堆积方堆积面心立方面心立方最密堆积最密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六方六方体心立方体心立方简单立方简单

18、立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo 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，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、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。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。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。石墨可用作润滑剂，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

19、极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨 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，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、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。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。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。石墨可用作润滑剂，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、铅笔芯等。并

20、用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨石墨晶体结构石墨晶体结构 练习：如图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一练习：如图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为个最小的碳环完全拥有碳原子数为 ，每个，每个C完全拥有完全拥有CC数为数为 。石墨中石墨中CC夹角为：夹角为： 1200， CC键长：键长： 1.421010 m层间距：层间距： 3.353.35 10 101010 m m石墨及其结构（混合型晶体）石墨及其结构（混合型晶体）空间层状结构空间层状结构空间结构俯视图空间结构俯视图小结小结1：金刚石、石墨的比较：金刚石、石墨的比较项目项目金刚石金刚石石

21、墨石墨晶体形状晶体形状晶体中的键或作用力晶体中的键或作用力由最少碳原子形成环的由最少碳原子形成环的形状与个数形状与个数碳原子成键数碳原子成键数每个环上键的平均数每个环上键的平均数每个环上原子的平均数每个环上原子的平均数正四面体空间网状正四面体空间网状六边形平面层状六边形平面层状共价键共价键共价键与范德华力共价键与范德华力个原子不同面个原子不同面个原子同面个原子同面61/6=161/2=361/12=1/261/3=2小结小结2：分子晶体与原子晶体的比较：分子晶体与原子晶体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概概 念念组成微粒组成微粒 作用力作用力熔沸点熔沸点硬硬 度度溶解性溶

22、解性导电性导电性相邻原子间以共价键相结相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构合而形成空间网状结构分子间以分子间作用分子间以分子间作用力结合力结合原子原子分子分子共价键共价键分子间作用力分子间作用力很高很高较低较低很大很大较小较小不溶于任何溶剂不溶于任何溶剂部分溶于水部分溶于水不导电，个别为半导体不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电电，部分溶于水导电C60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示（石墨仅表、金刚石和石墨的结构模型如下图所示（石墨仅表示出其中的一层）示出其中的一层）（1）C60、金刚石和石墨三者互为、金刚石和石墨三者互为 ；（2）固态时，）固态时，C60属于属于 （填（填“离子离子”、“原子原子”或或“分子分子”）；）；A、同分异构体、同分异构体 B、同素异形体、同素异形体 C、同系物、同系物 D、同位素、同位素（3）硅晶体的结构跟金刚石相似，）硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅硅晶体中含有硅硅单键的数目约是单键的数目约是 NA个。硅、氧原子形成的最小环上氧个。硅、氧原子形成的最小环上氧原子的数目是原子的数目是 ；（4）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有 个碳原子。个碳原子。B分子分子262石墨 石墨为什么很软？ 石墨为层状结构，石墨为层状结构，