第三节-金属晶体与离子晶体-高二-化学-课件

第三章晶体结构与性质第三节金属晶体与离子晶体刘影海林市雪乡中学一、金属键1.金属键金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。①成键微粒：金属阳离子、自由电子②成键本质：金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用③特征：无方向性和饱和性，成键电子可以在金属中自由流动晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。

金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。④金属键的影响因素一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。2.电子气理论由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子，而为许多金属离子所共有，并在整个金属中自由运动，这些电子又称为自由电子。

金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。二、金属晶体1.定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。2.组成粒子：金属阳离子和自由电子。3.微粒间的作用力：金属键

①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。

②在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。

③金属晶体是一个“巨分子”。4.金属晶体的性质(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。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，发生形变不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。如下图所示:自由电子+金属离子错位++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++(1)金属的延展性5.“电子气理论”对金属性质的解释

在金属晶体中,充满着带负电荷的“电子气”（自由电子）,“电子气”的运动是没有方向的,但在外加电场的作用下“电子气”会发生定向移动,从而形成电流,所以金属容易导电,如下图所示:(2)金属的导电性

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

。

不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金属是：Ag、Cu、Al

“电子气”（自由电子）在运动时与发生金属离子频繁碰撞，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，通过频繁碰撞，把能量传给金属离子。“电子气”（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而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。(3)金属的导热性(4)颜色

由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。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。金属键越强，晶体熔、沸点越高，硬度越大。6.金属键对晶体性质的影响

例如：同周期金属单质，从左到右，如：Na、Mg、Al熔、沸点依次升高；

同主族金属单质，从上至下，如碱金属Li、Na、K等熔、沸点依次降低；一般地，合金的熔、沸点比各成分金属都低。三种晶体类型与性质的比较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共价键范德华力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1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在

(

)(2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失

(

)(3)金属晶体的构成粒子为金属原子

(

)(4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。

(

)××√√3．根据物质的性质，判断下列晶体类型：(1)SiI4：熔点120.5℃，沸点271.5℃，易水解________。(2)硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大________。(3)硒：熔点217℃，沸点685℃，溶于氯仿________。(4)锑：熔点630.74℃，沸点1750℃，导电________。分子晶体分子晶体共价晶体金属晶体强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。1、定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。2、成键粒子：阴、阳离子3、相互作用力：离子键4、常见的离子晶体：二、离子晶体5、离子晶体的物理性质

具有较高的熔、沸点，难挥发：

离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。

一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。

离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。

离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。

大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。6、晶胞类型：NaCl的晶胞示意图CsCl的晶胞示意图CaF2的晶胞示意图思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置？顶点和面心是钠离子棱上和体心是氯离子晶体的微观结构NaCl(1)氯化钠晶体每个晶胞含钠离子和氯离子的个数：钠离子和氯离子的个数比为4、41:1NaClNa+Cl-315624154236每个Cl-

周围与之最接近且距离相等的Na+共有6个，每个Cl-周围与它最近且等距的Cl-有12个。

这几个Na+在空间构成的几何构型为正八面体

NaCl晶体中离子的配位数配位数配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目铯离子氯离子

氯化铯晶胞中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什么位置？氯离子位于顶点，铯离子位于体心。(2)氯化铯晶体CsCl晶体的结构四类晶体的比较比较项目晶体类型离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子粒子间的作用作用力大小(一般而言)阴、阳离子离子键较强原子共价键很强分子范德华力、氢键弱金属阳离子和自由电子金属键有的较强有的较弱比较项目晶体类型离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体判断作用力大小的参考数据熔点硬度离子半径小离子键越强较高略硬而脆原子半径越小键长越短键能越大高大相对分子质量越大，范德华力越大；电负性越大，氢键越强低较小原子半径越小，价电子数越多，金属键越强差别较大（汞常温下为液体，钨熔点3410℃）差别较大比较项目晶体类型离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体导热和导电性溶解性机械加工性能延展性不良导体(熔融后或溶于水导电)不良导体不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水,少数与水反应不良不良不良优良差差差优良三、过渡晶体与混合型晶体1.过渡晶体

离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。如:第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表：氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO2Cl2O7离子键的百分数/%62504133都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小

从表中数据可见,前四种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体。

通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体，如Na2O等；偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体，如Al2O3、SiO2等。2.混合型晶体

石墨中的碳原子是sp2杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构。层内的碳原子通过共价键相连,层间靠范德华力维系。有一个未参与杂化的2p电子,所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动,所以石墨有类似金属晶体的导电性。

既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。

(1)石墨属于混合(过渡)晶体，既有共价键、又有金属键，还有范德华力，兼具有共价晶体、分子晶体、金属晶体的特征。

(2)石墨分层，层间为范德华力，层内碳原子通过共价键结合。各层之间以范德华力结合，容易滑动，所以石墨质软。石墨晶体的结构

四、物质熔点、沸点高低的比较晶体的熔、沸点受组成晶体的粒子之间的作用力类型和强弱的影响。分子晶体中存在的是分子间作用力，比化学键弱得多，因此其熔、沸点比较低，原子晶体中原子之间以共价键结合，金属晶体中是金属阳离子和自由电子之间形成的金属键，离子晶体中是离子键，这些作用都是化学键，比分子间作用力强得多，因此它们的熔、沸点一般比分子晶体要高。但是由于各类化学键又存在强弱的差异，所以又有不同。另外，即使是同一类型的化学键，由于成键主体不同，也会存在差异。具体如下：1．不同类型的晶体

一般来说，晶体的熔、沸点是：共价晶体>离子晶体>分子晶体。2．同类型晶体

(1)共价晶体：熔、沸点取决于共价键的键能和键长，键能越大、键长越短，熔、沸点越高。如熔、沸点：晶体硅<金刚砂(SiC)<金刚石。

(2)离子晶体：熔、沸点取决于离子键的强弱。一般来说，离子半径越小，离子电荷数越多，离子键越强，熔、沸点越高。如KF>KCl>KI，NaC