物质结构与性质金属晶体

物质结构与性质金属晶体第1页，课件共70页，创作于2023年2月19世纪中叶的一个冬天，驻守在彼得堡的俄军发棉衣时发现，成千上万套棉衣上的扣子都没有了。俄皇大发雷霆，要把负责监制军服的大臣问罪。但所有军服都是钉了扣子的，为什么都丢了呢？原来，这些扣子是用锡做成的，而锡一遇低温，就会变成粉末，这种现象叫“锡疫”。一般情况下，只要在13.2℃以下，锡就会变成粉末。当时是彼得堡的初冬，气温很低，锡当然都“化”了。那么，锡为什么会发生“锡疫”？在发生“锡疫”前，锡原子之间是如何结合在一起的呢？第2页，课件共70页，创作于2023年2月Ti金属样品第3页，课件共70页，创作于2023年2月一、金属键金属阳离子和自由电子之间的强烈的

相互作用金属阳离子和自由电子1.概念：2.成键粒子：金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。4.金属键的本质--电子气理论:3.金属键的存在：存在于金属单质和合金中第4页，课件共70页，创作于2023年2月第5页，课件共70页，创作于2023年2月4.金属键的特征金属键没有饱和性和方向性5.影响金属键强弱的因素:

阳离子所带电荷越多、半径越小,金属键越强自由电子可以在整块金属中自由移动第6页，课件共70页，创作于2023年2月二.金属晶体1.概念：金属原子之间通过金属键作用形成的晶体2.构成粒子：金属阳离子和自由电子4.物理性质:良好导电性、导热性良好的延展性金属光泽共性:特性:熔、沸点，硬度变化幅度很大Ti3.粒子间相互作用：金属键第7页，课件共70页，创作于2023年2月5.熔化时破坏的作用力：金属键

一般来说,金属阳离子所带电荷越多、离子半径越小，金属键越强,熔、沸点就越高，硬度越大。第8页，课件共70页，创作于2023年2月资料金属之最熔点最低的金属是--------汞[-38.87℃]熔点最高的金属是--------钨[3410℃]密度最小的金属是--------锂[0.53g/cm3]密度最大的金属是--------锇[22.57g/cm3]硬度最小的金属是--------铯[0.2]硬度最大的金属是--------铬[9.0]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[铂丝直径：

mm]展性最好的金属是--------金[金箔厚：mm]第9页，课件共70页，创作于2023年2月【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，试用金属键理论加以解释。

【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。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。第10页，课件共70页，创作于2023年2月6、电子气理论对金属的物理性质的解释在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的。在外电场作用下电子气发生定向移动，形成电流，所以金属容易导电⑴金属导电性的解释第11页，课件共70页，创作于2023年2月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第12页，课件共70页，创作于2023年2月

“电子气”（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“电子气”（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。电子气”中的自由电子,在热的作用下与金属阳离子频繁碰撞从而把能量从高温部分传递到低温部分，从而使整块金属达到相同的温度。⑵金属导热性的解释第13页，课件共70页，创作于2023年2月

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，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，所以在各原子层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，发生形变金属键不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。⑶金属延展性的解释自由电子+金属离子金属原子错位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++第14页，课件共70页，创作于2023年2月(4).金属光泽和颜色的解释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。第15页，课件共70页，创作于2023年2月金属晶体的结构与性质的关系

导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离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第16页，课件共70页，创作于2023年2月知识回顾：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和氢键金属键原子分子金属阳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金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅

Ar、S等Au、Fe、Cu、钢铁等第17页，课件共70页，创作于2023年2月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CB第18页，课件共70页，创作于2023年2月下列叙述正确的是（）

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.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键

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？B第19页，课件共70页，创作于2023年2月5.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第20页，课件共70页，创作于2023年2月

6.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第21页，课件共70页，创作于2023年2月

由于金属键没有饱和性和方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球型对称的，所以把金属晶体可以看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。理论基础：二、金属晶体的原子堆积模型第22页，课件共70页，创作于2023年2月紧密堆积：

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。空间利用率：晶体空间被粒子占据的百分数。配位数：

晶体中每个粒子周围距离最近且相等的粒子的数目。第23页，课件共70页，创作于2023年2月金属原子在一维（直线）方向上的排列方式等径圆球密置列第24页，课件共70页，创作于2023年2月金属原子在二维空间（平面）上有的排列方式等径圆球非密置层

配位数=4配位数=6等径圆球密置层第25页，课件共70页，创作于2023年2月

金属晶体可以看成金属原子等径圆球在三维空间中堆积而成.那么,非密置层在三维空间里有几种堆积方式？不同方式堆积时金属晶体的配位数、空间利用率、晶胞类型是什么？思考与交流第26页，课件共70页，创作于2023年2月非密置层之间采取非密置堆积第27页，课件共70页，创作于2023年2月1、简单立方堆积[Po]配位数：空间占有率：每个晶胞含原子数：6152%代表金属：第28页，课件共70页，创作于2023年2月金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaaa=2r第29页，课件共70页，创作于2023年2月非密置层之间采取密置堆积方式第30页，课件共70页，创作于2023年2月配位数：空间占有率：每个晶胞含原子数：868%22、体心立方堆积-----钾型代表金属：K、Na、Fe第31页，课件共70页，创作于2023年2月金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaa2ab=4rb=3aa=4r3b2a第32页，课件共70页，创作于2023年2月镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式思考：密置层的堆积方式有哪些？第33页，课件共70页，创作于2023年2月123456

第二层可以将球对准1，3，5位，或对准2，4，6位。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。第34页，课件共70页，创作于2023年2月第一种是将球对准第一层的球123456

每两层形成一个周期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)，空间利用率为74%第35页，课件共70页，创作于2023年2月六方紧密堆积的前视图ABABA123456第36页，课件共70页，创作于2023年2月12003.六方最密堆积--镁型配位数：每个晶胞含原子数：空间利用率：代表金属：12（同层6，上、下层各3）2Mg、Zn、Ti74%第37页，课件共70页，创作于2023年2月金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h的关系：a=2rahh=a632第38页，课件共70页，创作于2023年2月第三层的另一种排列方式将球对准第一层的2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层123456123456123456第39页，课件共70页，创作于2023年2月123456面心立方最密堆积的前视图ABCAABC

第四层再排AABCABC三层一个周期面心立方最密堆积。

第40页，课件共70页，创作于2023年2月4.面心立方最密堆积-铜型BCA第41页，课件共70页，创作于2023年2月第42页，课件共70页，创作于2023年2月第43页，课件共70页，创作于2023年2月第44页，课件共70页，创作于2023年2月第45页，课件共70页，创作于2023年2月第46页，课件共70页，创作于2023年2月123456第47页，课件共70页，创作于2023年2月BCA第48页，课件共70页，创作于2023年2月第49页，课件共70页，创作于2023年2月第50页，课件共70页，创作于2023年2月配位数：空间占有率：每个晶胞含原子数：BCA1274%4代表金属：Cu、Ag、Au第51页，课件共70页，创作于2023年2月边长为

a面对角线边长为

a＝4r金属原子半径r与正方体边长a的关系：第52页，课件共70页，创作于2023年2月密堆积的八面体空隙和四面体空隙第53页，课件共70页，创作于2023年2月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、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo第54页，课件共70页，创作于2023年2月三、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。球体积空间利用率==100%

晶胞体积第55页，课件共70页，创作于2023年2月aaaaa=2r1、简单立方晶胞空间利用率=4πr3/3(2r)3=≈52%π6第56页，课件共70页，创作于2023年2月aaaa2ab=4rb=3aa=4r3b2a2、体心立方晶胞a=4r/3空间利用率=2×4πr3/3()3=≈68%π84r/33第57页，课件共70页，创作于2023年2月边长为:a面对角线边长为:ba＝4r＝aa＝4r/空间利用率=4×4πr3/3()3=≈74%π64r/3、面心立方晶胞第58页，课件共70页，创作于2023年2月a=2rahh=a6324、六方密堆积平行四边形的面积：22360sinaaaS=×=oa=2rahh=a632第59页，课件共70页，创作于2023年2月33228236223raaaV==X=晶胞空间利用率=2×4πr3/38r3=≈74%π6第60页，课件共70页，创作于2023年2月石墨晶体结构模型第61页，课件共70页，创作于2023年2月石墨是层状结构的混合型晶体第62页，课件共70页，创作于2023年2月石墨晶体结构俯视图第63页，课件共70页，创作于2023年2月1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．金属元素在化合物中一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同D．金属单质的熔点总是高于分子晶体能力训练第64页，课件共70页，创作于2023年2月2.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）

A.用铁