课件：金属晶体.pptx

3.3金属晶体,教学目标,知识与能力 1、了解金属的性质和形成原因 2、掌握金属键的本质“电子气理论” 3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质 4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型 教学重点：金属具有共同物理性质的解释。金属晶体内原子的空间排列方式。金属晶体内原子的空间排列方式。 教学难点：金属键和电子气理论。金属晶体内原子的空间排列方式,Ti,金属样品,1、金属键的定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用，叫金属键。 （1）金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。 （2）金属键存在于金属单质和合金中。 （3）金属键没有方向性也没有饱和性。,一、金属的结构,2、金属晶体的定义：通过金属离子与自由电子之间的较强的相互作用形成的晶体。 （1）在晶体中，不存在单个分子 （2）金属阳离子被自由电子所包围。 （3）晶体中有阳离子就一定有阴离子吗？,金属晶体,金属原子,自由电子,3、电子气理论：经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。 二、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。,【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。,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？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，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，发生形变也不易断裂。,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。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。,【总结】金属晶体的结构与性质的关系,5、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,【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。 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。 【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。,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,知识回顾：三种晶体类型与性质的比较,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,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,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,5. 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,6. 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 Al C. Li Be Mg D. Li Na Mg,B,金属晶体的原子堆积模型,（1）几个概念 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满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度,（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（b）图方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（a）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。,（a）非密置层 （b）密置层,简单立方晶胞,（1）简单立方堆积,Po,三维空间模型,简单立方堆积,简单立方堆积, Po ,每个晶胞含原子数：,6,1,52%,体心立方晶胞,（2）体心立方堆积（钾型）,（ Na、K、Fe ）,空间利用率计算,设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理， 得：2a 2 + a 2 = (4r) 2,空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =,每个晶胞含原子数：,8,68%,2,活动与探究3 三维空间里密置层金属原子的堆积方式,将密置层的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来（至少堆4层），使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？ 注意：堆积方式的周期性、稳定性,三维空间里密置层的金属原子的堆积方式,（1） ABAB 堆积方式,（2） ABCABC 堆积方式,1,2,3,4,5,6,第二层小球的球心对准第一层的 1、3、5 位（）或对准 2、4、6 位（）。 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。,俯视图,A,B,A,B,A,（3）ABAB堆积方式,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。,2019/8/21,32,可编辑,（4）ABCABC堆积方式,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。,A,B,A,B,C,A,C,俯视图：,ABAB堆积方式,ABCABC堆积方式,（3）六方最密堆积（镁型，代表物：Be、Mg、Zn、Ti） ABAB堆积方式,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12,配位数：,同层 6，上下层各 3,六方最密堆积的晶胞（了解）,（4）面心立方最密堆积（铜型，代表物：Cu、Au、Ag） ABCABC堆积方式,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12,配位数：,同层 6，上下层各 3,面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：,金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：,面心立方最密堆积的空间占有率,=74%,每个晶胞含原子数：,面心立方最密堆积:铜型,12,74%,4,（Cu Ag Au ）,密置层三维堆积,非密置层三维堆积,（2）金属晶体的原子堆积方式,a、简单立方堆积,配位数6；空间利用率52%,b、体心立方堆积 （钾型）,代表物：Be、Mg、Zn、Ti; 配位数 :12 ；空间利用率74%；方式ABAB,C、六方最密堆积 （镁型）,代表物：Li、Na、K、Rb、Cs、Fe ; 配位数 8； 空间利用率 68%,d、面心立方最密堆积 （铜型）,代表物：Cu、Au、Ag; 配位数 : 12 ； 空间利用率74%; 方式：ABCABC,一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。,【知识拓展石墨】,石墨晶体结构,每一个最小的碳环拥有碳原子数为6/3=2，每个C拥有CC键数为3/2=1.5.,石墨中CC夹角为120， CC键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010 m,【石墨】,1、石墨为什么很软？ 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？,3、石墨属于哪类晶体？为什么？,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。,石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大键），故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,【金刚石、石墨晶体的比较】,每个环中,正四面体空间网状,六边形平面层状,共价键,共价键与范德华力,个原子不同面,个原子同面,6*1/6=1,6*1/2=3,6*1/12=1/2,6*1/3=2,1、下列有关金属晶体的堆积模型的说法正确的是( ) A金属晶体中的原子在二维平面有三种放置方式 B金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6 C镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式 D金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间的利用率相同,C,例题选讲,2、铁有、三种同素异形体，如下图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是( ) AFe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 BFe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C若Fe晶胞边长为a cm，Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3：a3 D将铁加热到1500 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同,D,3、图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。 该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_个。 该晶胞称为_。(填序号) A六方晶胞 B体心立方晶胞 C面心立方晶胞 此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为 gcm3，则阿伏加德罗常数为_(用a、表示)。,4,C,256/ a3,4、晶