第三节金属晶体.ppt

1、Ti,金属样品,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：构成金属的粒子有哪些？,组成粒子：,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用 金属键,“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。,作用力：,金属单质中不存在单个分子或原子。,金属晶体：,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：金属键,金属阳离子半径越小，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

2、、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,金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子。存 在于金属单质和合金中。 金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由 移动，因此金属键没有方向性和饱和性。,金属键,金属键的本质：“电子气理论”(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“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维

3、系在一起。,【讨论1】 金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，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。,水溶液或熔融状态下,晶体状态,自由移动的离子,自由电子,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,1、金属晶体结构与金属导电性的关系,【讨论2】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，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，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于自由电子运动

4、时与金属离子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。,2、金属晶体结构与金属导热性的关系,【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？ 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之后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。,3、金属晶体结构与金属延展性的关系,4、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

5、。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。,小结：三种晶体类型与性质的比较,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,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,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

6、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,C,B,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,练习,石墨能导电的原因：,这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以在整个碳原子的平面上运动

7、，但是电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电性强。这也是晶体各向异性的表现。,石墨中微粒间的作用： 碳原子间存在共价键和金属键，层与层之间存在范德华力,石墨属于哪类晶体？ 石墨为混合键型晶体,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-,铬,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,金 属 晶 体,（第二课时）,三、金属晶体的原子堆积模型,由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，

8、所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。,1、理论基础：,堆积原理： 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紧密堆积原理。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。,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：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。 配位数：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。,2、二维堆积,I 型,II 型,配位数为4,配位数为6,密置层,非密置层,1,2,3

9、,4,1,2,3,4,5,6,（1）.简单立方堆积：,4、金属晶体基本构型,非最紧密堆积，空间利用率低（52%）,配位数是 个.,只有金属（Po）采取这种堆积方式,6,（2）钾型,-体心立方堆积：,这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含 个原子，空间利用率不高（68%），属于非密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如Na、K、Fe等）采取这种堆积方式。,2,8,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 ),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？,金属晶体的两种最密堆

10、积方式镁型和铜型,（3）镁型和铜型,镁型,铜型,镁型,第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层每一个球，于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式。,下图是镁型紧密堆积的前视图,A,铜型,第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。,4,此种立方紧密堆积的前视图,A,第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 得到面心立方堆积。,配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 ),下图是铜型型紧密堆积的前视图,A C B A C B A,镁型,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,这种堆积晶胞空间利用率高（74%），属于最密置层堆集，配位数为 ，许多