金属晶体、离子晶体...ppt

1、3.3 金 属 晶 体学.科.网,2020/9/24,2,Ti,金属样品,金属键,2020/9/24,3,思考1:从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢?,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,思考2:金属为什么具有这些共同性质呢?,二、金属的结构,1、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。,金属键,2

2、020/9/24,4,组成粒子：,金属阳离子和自由电子,2、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（电子气理论）,3、金属晶体：通过金属键结合形成的单质晶体。金属单质和合金都属于金属晶体,微粒间作用力：,金属键,特征：金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的键，这种键既没有方向性，也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性。,金属键,2020/9/24,5,4、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”（自由电子），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，自由电子定向运动形成电流

3、，所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al,金属导电性的解释,金属键,2020/9/24,6,“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”（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。,金属导热性的解释,金属键,2020/9/24,7,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

4、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。,金属延展性的解释,金属键,2020/9/24,8,【总结】金属晶体的结构与性质的关系,金属键,2020/9/24,9,(4)、金属光泽和颜色,金属键,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。,20

5、20/9/24,10,影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、离子半径越小，金属键越强。 一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。,金属键,2020/9/24,11,【思考4】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5】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

6、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。,金属键,2020/9/24,12,金属晶体熔点变化规律,1、金属晶体熔点变化较大， 与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系,熔点最低的金属：汞（常温时成液态）；熔点很高的金属：钨（3410）；铁的熔点：1535 ,2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定： 金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱 如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs,金属键,2020/9/24,13,知识回顾：三种晶体类型与性质的比较,共价键,范

7、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,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,金属键,三.金属晶体,1.晶体 (1)定义:通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。 (2)其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的周期性,即隔一定距离重复出现。 2.晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单元 3.原子的密堆积方式,密堆积的定义:,密堆积：由无方向性的金属键、离子

8、键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。 密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。,二 金属晶体的密堆积结构,思考：,1、金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？,金属晶体的原子平面堆积模型,（a）非密置层（b）密置层,哪种排列方式圆球周围剩余空隙最小？,简单立方堆积（Po）,金属晶体的原子空间堆积模型1,晶胞的形状是什么？含几个原子？,体心立方堆积（ IA，VB，VIB）,金属晶体的原子空间堆积模型2,三维堆积四种方式,简单立方堆积,钾型体心立方,由非密置层一层一层堆积而成,第二层 对第一层来

9、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。,下图是此种六方 紧密堆积的前视图,A,第一种是将球对准第一层的球。,于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。,配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 ),六方密堆积,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 ), , ,镁型,铜型,金属晶体的两种最密堆积方式,镁型，六方堆积,铜型，面心立

10、方堆积,金属晶体的四中堆积模型对比,三、金属晶体的四种堆积模型对比,阅读课文76资料卡片，并填写下表,三种典型立方晶体结构,简单立方,体心立方,面心立方,石墨是层状结构的混合型晶体,2020/9/24,32,1、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 2、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

11、电子,C,B,金属晶体的原子堆积模型,2020/9/24,33,3、下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （ ） A.用铁制品做炊具 B.用金属铝制成导线 C.用铂金做首饰 D.铁易生锈,D,金属晶体的原子堆积模型,2020/9/24,34,4、下列物质中含有金属键的是 ( ) A.金属铝 B.合金 C.NaOH D.NH4Cl,AB,金属晶体的原子堆积模型,2020/9/24,35,5、金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 （ ） A.Li Na K B.Na Mg

12、 Al C.Li Be Mg D.Li Na Mg,B,金属晶体的原子堆积模型,2020/9/24,36,6、下列有关金属晶体叙述正确的是（ ） A.常温下金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属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 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好,B,金属晶体的原子堆积模型,第四节 离子晶体,1、了解羧酸、酯典型代表物的组成、结构特点、主要性质及重要应用。,考点要求：,乙 有 对称轴；有与边垂直的对称面 黄色的面；有对称中心 对称性与晶体相同。,甲 没有与边垂直的对称面；没有对称中心 对称性不能代表晶体。,乙为NaCl的晶胞 。

13、,晶胞代表整个晶体， 无数个晶胞堆积起来，则得到晶体,钠离子和氯离子的位置：,钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。 钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者反之。,氯化钠型晶胞,NaCl的晶体结构模型,在氯化钠晶体中，假若钠离子与周围最近 的氯离子的距离为a，每个钠离子周围最近 且等距离的氯离子有6个，那么钠离子有_个,钠 离子之间的距离为_ 。,12,b,氯化铯型晶胞,CsCl的晶体结构示意图,返回原处,决定离子晶体结构的因素,几何因素 晶体中正负离子的半径比 电荷因素 晶体中正负离子的电荷比 键性因素 离子键的纯粹因素,二、晶格能,定义：气态离子形成1摩离子晶体时释放的能量

14、。 晶格能的大小与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。 简言之,晶格能的大小与离子带电量成正比,与离子半径成反比. 晶格能越大： 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强） 熔点越高；硬度越大。,仔细阅读表38，分析晶格能的大小与离子晶体的熔点有什么关系？离子晶体的晶格能与哪些因素有关？,zxxkw,总结,离子晶体有什么特点？ 无单个分子存在；NaCl不表示分子式。 熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。且随着离子电荷的增加，核间距离的缩短，晶格能增大，熔点升高。 一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。 固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导电。 哪些物质属于离子晶体？ 强碱、部分金

15、属氧化物、部分盐类。,各种晶体类型的比较,题型二:物质的熔沸点与晶体类型的关系,1、常温下的状态： 熔点：固体液体 沸点：液体气体 2、若晶体类型不同，一般情况下： 原子晶体离子晶体分子晶体,规律总结,3、若晶体类型相同，构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。 离子晶体中，结构相似时，离子半径越小， 离子电荷越高，离子键就越强，熔沸点就越高。 原子晶体中，结构相似时，原子半径越小， 键长越小、键能越大,熔沸点越高。,点击高考,规律总结,分子晶体中（不含氢键时），分子组成和结构 相似时，相对分子质量越大，分子间作用力就 越强，熔沸点就越高。(存在氢键时,熔沸点反常的高) 金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属键就越强，熔沸点就越高。合金的熔沸点比它的各成分金属的熔点低。,三键一力要分析,氢键状态有能力,下列性质中，可以说明某晶体是离子晶体的是 ()。 A具有较高的熔点 B固态不导电，水溶液能导电 C可溶于水 D固态不导电，熔融状态能导电 解析A选项，原子晶体熔点也较高；B选项，有些分子晶体如HCl的水溶液也能导电；C选项，