金属晶体+高二上学期化学人教版选择性必修2

第三章晶体结构与性质

第三节金属晶体与离子晶体第1课时

金属晶体

新课导入除汞外，金属在常温下都是晶体，金属原子如何紧密地堆积在一起的？金属键生活中常见的金属：一、金属键与金属晶体1．电子气理论描述金属键本质的最简单理论是电子气理论：由于金属原子的价电子数较少，容易失去电子成为金属阳离子，从金属原子上“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，从而把所有的金属原子维系在一起。自由电子金属阳离子一、金属键与金属晶体2．金属键

概念：(1)成键微粒：(2)成键实质：(3)特征：(4)金属键的影响因素：金属阳离子、自由电子金属阳离子和自由电子间的静电作用。①无方向性和饱和性；②电子在整个三维空间内运动，属于整块金属。金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。金属阳离子半径越小，所带电荷数越多（价电子数越多），金属键越强(5)金属键对晶体性质的影响：一、金属键与金属晶体①金属键越强，晶体熔、沸点越高，硬度越大金属键既影响化学性质(稳定性)，又影响物理性质注意如钠熔点较低、硬度较小，而钨熔点最高、铬硬度最大。②金属键强弱不同，所以金属的性质差异很大如：同周期金属单质Na、Mg、Al，从左到右，熔沸点依次升高同主族金属单质Li、Na、K，从上到下，熔沸点依次降低思考：物质中只要有阳离子就一定有阴离子吗？若只要有阴离子就一定有阳离子呢？因此晶体中有阳离子不一定有阴离子，但有阴离子时，一定有阳离子。一、金属键与金属晶体3．金属晶体（1）概念：通过金属键形成的晶体。特征：①金属晶体中不存在单个分子，金属晶体与共价晶体一样是一种“巨分子”

金属晶体构成微粒：金属阳离子和自由电子作用力：金属键（电子气理论）存在：金属单质和合金都属于金属晶体物理性质：熔点差别较大，通性是具有优良的导电性、导热性和延展性。(除汞外)在常温下都是晶体②金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围一、金属键与金属晶体（3）金属晶体性质的变化规律①离子半径越小，价电子数越多，金属键越强。②金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大。晶体离子半径/pm电荷数熔点/℃沸点/℃Li7611801340Na102197.72883Mg7226511107Al53.536602324K138163.65759两带电粒子的电荷量带电粒子间距离常数静电力Li-K：价电子数相同，离子半径逐渐增大，金属键作用减弱，则熔沸点降低。

Na-Mg-Al:离子半径依次减小，价电子数增多，金属键增强。一、金属键与金属晶体4．电子气理论对金属晶体物理性质的解释导电性在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。外加电场不同金属的导电能力不同，导电性最强的三种金属是:Ag、Cu、Al高温下热运动剧烈，电子的定向移动程度减弱，随着温度的升高，金属的导电性减弱电解质溶液与金属导电的本质是否相同？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化学变化物理变化增强减弱一、金属键与金属晶体一、金属键与金属晶体自由电子（电子气）在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量交换。当金属中存在温度差时，不停运动着的“自由电子”通过自身与金属阳离子之间的碰撞，将能量由高温处传向低温处，使金属表现出导热性。导热性一、金属键与金属晶体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，而且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，所以金属有良好的延展性。延展性自由电子+金属离子错位++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++合金：当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使金属的延展性减弱，但硬度会增大，熔沸点降低。一、金属键与金属晶体当光投射到金属表面，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。金属光泽铁块铁粉一、金属键与金属晶体

熔点最低的金属是——

熔点最高的金属是——密度最小的金属是——

密度最大的金属是——

硬度最小的金属是——

硬度最大的金属是——

延性最好的金属是——

展性最好的金属是——

最活泼的金属是——

最稳定的金属是——金属之最汞钨锂锇铯铬铂金铯金晶体类型共价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金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅Ar、S等Au、Fe、Cu、钢铁等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共价键原子很大很高无(硅为半导体)分子分子间以范德华力相结合而成的晶体范德华力、氢键很低很小无通过金属键形成的晶体金属键金属阳离子和自由电子差别较大差别较大导体三种晶体类型与性质的比较(1)常温下，金属晶体都以晶体形式存在。()(2)金属键在一定外力作用下，不因形变而消失。()(3)能导电的物质一定是金属。()(4)金属晶体只有纯金属。()(5)金属晶体都有很高的熔点和很大的硬度。()判断正误×××√×课堂练习二、金属晶体的原子堆积模型1.几个基本概念紧密堆积: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。配位数:在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数空间利用率:晶体的空间被微粒占据的体积百分数，用它来表示密堆积的程度。

空间利用率=球体积/晶胞体积×100%二、金属晶体的原子堆积模型非密置层密置层2.金属晶体的原子在二维平面堆积模型

金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，按(I)型方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层；按(II)型方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层。1234123456配位数为4I型II型配位数为6二、金属晶体的原子堆积模型简单立方晶胞3.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型（1）简单立方堆积(非密置层在三维空间的积方式之一）每个晶胞含原子：81×8=1二、金属晶体的原子堆积模型1234123456（1）简单立方堆积①配位数：6同层4，上下层各1二、金属晶体的原子堆积模型（1）简单立方堆积②空间利用率：简单立方堆积空间利用（占有）率：a=2r每个晶胞只含一个原子，空间利用率低（52%），只有金属钋（Po）采取这种堆积方式。(1)简单立方堆积(金属Po)简单立方堆积的要点:①相邻非密置层原子的原子核在同一直线上。②简单立方堆积的晶胞是八个原子占据立方体的八个顶点。③每个原子与六个原子紧密接触，即配位数为6。④每个晶胞平均有一个原子，晶胞边长=原子直径(2r),其空间利用率为52.36%。二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型体心立方晶胞（2）体心立方堆积(非密置层在三维空间的积方式之二）每个晶胞含原子：81×8=2+1二、金属晶体的原子堆积模型12345678（2）体心立方堆积①配位数：8上下层各4许多金属是这种堆积方式，如Na、K、Fe等。二、金属晶体的原子堆积模型②空间利用率：（2）体心立方堆积c=4ra(2)体心立方堆积(Na、K、Fe等，又称为钾型)体心立方堆积的要点:①上层金属原子填入下层的金属原子所形成的凹穴中并使非密置层原子稍稍分离。②体心立方堆积的晶胞是八个原子占据立方体的八个顶点，另一个原子占据立方体的体心。③每个原子与8个原子紧密接触，即配位数为8。④每个晶胞平均有2个原子，其空间利用率为68.02%。二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型思考：密置层的堆积方式有哪些?①ABAB…堆积方式②ABCABC…堆积方式二、金属晶体的原子堆积模型前视图ABABA第三层小球对准第一层的小球。每两层形成一个周期地紧密堆积。①ABAB…堆积方式123456第三层“心对心”第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。第四层同第一层。每三层形成一个周期地紧密堆积。②ABCABC…堆积方式123456123456ABABCA123456前视图C第三层“心对空”二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型(3)六方最密堆积(ABAB…堆积方式——镁)六方最密堆积，属于密置层堆积，每个晶胞含

个原子，配位数为

，空间利用率

，许多金属采取这种堆积方式（如Mg、Zn、Co、Ti）。

2

74%

121200二、金属晶体的原子堆积模型(3)六方最密堆积(镁型)①配位数：12同层6，上下层各3123456123456789101112②空间利用率：二、金属晶体的原子堆积模型(3)六方最密堆积(镁型)a＝b＝2r

DG2＋AG2＝AD2（AD＝a）——平行四边形的高——正四面体的高

——晶胞的高

晶胞中有2个球

二、金属晶体的原子堆积模型(3)六方最密堆积（镁型）六方最密堆积的要点:①上层密置层金属原子填入下层的密置层金属原子所形成的凹穴中，按ABAB的方式堆积。②六方最密堆积的晶胞是八个原子占据平行六面体的八个顶点，另一个原子占据其某一侧面。③每个原子与12个原子紧密接触，即配位数为12。④其空间利用率为74%。二、金属晶体的原子堆积模型（4）面心立方最密堆积（ABCABC…堆积方式——铜）ABC每个晶胞含原子：81×8=4+21×6面心立方最密堆积，属于密置层堆积，每个晶胞含

个原子，配位数为

，空间利用率

，许多金属采取这种堆积方式（如Cu、Ag、Au、Ni、Pb、Ca）。

4

74%

12二、金属晶体的原子堆积模型123456789101112123456①配位数：12同层6，上下层各3(4)面心立方最密堆积(铜型)二、金属晶体的原子堆积模型(4)面心立方最密堆积(铜型)②空间利用率：BCA边长为

a面对角线边长为

a＝4r空间利用率=4×4πr3/3()3=≈74%π6二、金属晶体的原子堆积模型(4)面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积的要点:①上层密置层金属原子填入下层的密置层金属原子所形成的凹穴中，按ABCABC的方式堆积（C与A交错填入B的凹穴中）。②面心立方最密堆积的晶胞是八个原子占据立方体的八个顶点，另6个原子分别占据其6个面心。③每个原子与12个原子紧密接触，即配位数为12。④其空间利用率为74%。二、金属晶体的原子堆积模型理解金属