高中化学选修3课件第三章-第三节-金属晶体

第三章晶体结构与性质§3.3金属晶体学习目标

1、了解金属的性质和形成原因2、掌握金属键的本质——“电子气理论”3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型教学重点:金属具有共同物理性质的解释。金属晶体内原子的空间排列方式。教学难点:金属键和电子气理论。金属晶体内原子的空间排列方式学习重难点Ti金属样品41.金属的物理性质BCDAEF5

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。金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构问题:1、构成金属的粒子有哪些？2、是否存在阴离子？6组成粒子:金属阳离子和自由电子、金属原子“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。金属键不存在单个分子1.“电子气理论”(自由电子理论)7（1）金属键的成键微粒:（2）金属键存在:（3）金属键的特征:（4）金属键的实质:2、金属键:金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键（电子气理论）金属阳离子和自由电子金属单质和合金没有方向性和饱和性一种电性作用3、金属晶体:金属原子通过金属键结合形成的晶体。在晶体中，不存在单个分子。金属阳离子被自由电子所包围。金属晶体熔化时破坏的作用力？思考8一般阳离子所带电荷越多、半径越小，金属键___，熔沸点____，硬度____。与金属性强弱判断有什么不同?（1）金属键的成键微粒:（2）金属键存在:（3）金属键的特征:（4）金属键的实质:（5）金属键强弱的判断:2、金属键:金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键（电子气理论）金属离子和自由电子金属单质和合金没有方向性和饱和性一种电性作用金属阳离子电荷和半径越强越高越大9练习1、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

2、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三、电子气理论对金属物理性质的解释阅读:教材P73第三、四自然段，讨论以下几个问题【讨论1】

金属为什么易导电？【讨论2】

金属为什么易导热？【讨论3】

金属为什么有良好的延展性？【讨论4】为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？11【讨论1】

金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。【讨论2】金属为什么易导热？金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁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。思考:温度升高，金属的导电性是增强还是减弱？晶体类型电解质金属晶体导电时的状态导电粒子导电时发生的变化导电能力随温度的变化水溶液或

熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子思考:电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？化学变化物理变化增强减弱【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？延展性:金属材料在外力作用下会发生形变，但不会断裂。原子晶体:

金属晶体:

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。

当金属受到外力时，由于金属键无方向性，各原子层发生相对滑动，但排列方式不变，弥漫在金属原子间的电子气可起到类似轴承中滚珠之间的润滑剂的作用，所以金属具有良好的延展性。自由电子+金属离子金属原子错位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++外力14【讨论4】为什么在纯金属加入其他元素形成合金以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？总结金属晶体的结构与性质的关系

导电性导热性延展性金属阳离子和自由电子电子气在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属原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----钨最活泼的金属是------铯最稳定的金属是------金延性最好的金属是----铂展性最好的金属是----金了解随练:见课后习题【讨论5】金属晶体结构具有金属光泽和颜色由于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，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、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。【思考1】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减，试用电子气理论加以解释。同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。【思考2】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是:钠＜镁＜铝。

三种晶体类型与性质的比较晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体概念相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体分子间以范德华力相结合而成的晶体通过金属键形成的晶体作用力构成微粒物理性质熔沸点硬度导电性实例共价键范德华力金属键原子分子金属离子和自由电子很高很低差别较大很大很小差别较大无（硅为半导体）无导体191、金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式二、金属晶体的原子堆积模型

（a）非密置层

（b）密置层配位数=4配位数=6学与问配位数:任意一个原子周围与之相接触的原子的数目。20

金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成.那么,非密置层在三维空间里堆积有几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别。思考与交流晶胞的形状是什么？含几个原子？2、金属晶体在三维空间堆积模式非密置层的堆积22（1）简单立方堆积:2、金属晶体在三维空间堆积模式只有金属（Po）配位数:空间占有率:每个晶胞含原子数:6152%23金属晶体的堆积方式──体心立方堆积

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24（2）体心立方堆积---钾型每个晶胞每个晶胞含

个原子空间利用率不高______配位数为______

2868%(碱金属/Fe)123456

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)123456AB，

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？26金属晶体的两种最密堆积方式──镁型和铜型（3）镁型和铜型镁型铜型

下图是此种六方紧密堆积的前视图ABABA

第一种是将第三层的球对准第一层的球。123456

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

。)1263281200平行六面体六方最密堆积空间利用率高_____，属于最密置层堆积.配位数为

，每个晶胞所含原子个数______许多金属（如Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积方式。12镁型（ZnTiMgⅢBⅣBⅦB）74%2第二种是将第三层的球对准第一层的

2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC

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

)126331123456铜型面心立方堆积配位数:空间占有率:每个晶胞含原子数:铜型[面心立方]BCA1274%4（Cu/Ag/Au）33ＡＢＡＣＢＡ镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式34堆积方式晶胞类型空间利用率配位数实例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密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％121286Cu、Ag、AuNa、K、FePoZn、Ti、Mg35空间利用率的计算空间利用率: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。晶胞中含有原子(球)体积空间利用率=100%晶胞体积先计算每个晶胞中所含原子个数再计算空间利用率3637解:先计算每个晶胞中所含原子个数体心立方晶胞:1+8×1/8=2

例2:体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。设原子半径为r、晶胞边长为a，根据勾股定理，得:2a2+a2=(4r)2空间利用率

=晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%

=再计算空间利用率例3:面心立方晶胞的空间利用率.解:晶胞边长为a，原子半径为r.由勾股定理:

a2+a2=(4r)2a=2.83r每个面心立方晶胞含原子数目:

81/8+6½=4=(44/3r3)/a3=(44/3r3)/(2.83r)

3100%=74%三、金属晶体的结构特征:在金属晶体里，金属阳离子有规则地紧密堆积，自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，不专属哪几个特定的金属离子，而是被许多金属离子共有。四、金属晶体的熔点变化规律:（1）金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低（－38.9。C）。而铁等金属熔点很高（1535。C）。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的静电作用力不同而造成的差别。（2）一般情况下（同类型的金属晶体），金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定。阳离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，相互作用就越大，熔点就会越高。

41石墨中的碳原子采取什么杂化？与金刚石