《金属晶体》参考课件

1、金属样品金属样品思考思考1:1:从上述金属的应用来看，金属有从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢哪些共同的物理性质呢? ? 思考思考2:2:金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?思考题思考题一、金属共同的物理性质一、金属共同的物理性质 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等二、金属的结构二、金属的结构1 1、电子气理论：、电子气理论：由于金属原子的最外层电子数较少由于金属原子的最外层电子数较少, ,容易失容易失去电子成为金属离子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金属原子释放出的价电子不专门属于某个特

2、定的金属离子某个特定的金属离子, ,而为许多金属离子所共有而为许多金属离子所共有, ,并在整个金属中自由运动并在整个金属中自由运动, ,这些电子又称为自由这些电子又称为自由电子电子. .自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，像自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的遍布整块金属的“电子气电子气”，从而把所有金属，从而把所有金属原子维系在一起。原子维系在一起。组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子2 2、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈、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）的相互作用叫做金属键（电子气理论）3 3、金属晶体：通过金

3、属键结合形成的单质、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晶体。金属单质和合金都属于金属晶体微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键特征：金属键可看成是由许多原子共用许多电子特征：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共价键，这种键既没有方向性，的一种特殊形式的共价键，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中自由流动，使得金属呈现出特有的属性4 4、电子气理论对金属的物理性质的解释、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

4、的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，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但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同，流，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：导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al金属导电性的解释金属导电性的解释晶体类型晶体类型电解质电解质金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子导电时发生的变化导电时发生的变化导电能力随温度的导电能力随温度的变化变化水溶液或水溶液或熔融状态

5、下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子自由电子自由电子思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电，思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？这与金属导电的本质是否相同？化学变化化学变化物理变化物理变化增强增强减弱减弱 “电子气电子气”（自由电子）在运动时经常与金属（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，那个区域里的热时，那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能量（自由电子）能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。离子

6、。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用下与金（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。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导热性的解释 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就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之间润滑剂的作用，所

7、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。因此，金属都有力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。良好的延展性。金属延展性的解释金属延展性的解释自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +4 4、熔点和沸点、熔点和沸点 金属原子价电子越多，原子半径越小，金属原子价电子越多，原子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔沸点就越高，反之越低。的熔沸点就越高，反之越低。思考：思考：为什么碱金属单质

8、的熔沸点从上到下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逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却逐渐升高？逐渐升高？三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型1 1、几个概念、几个概念u紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽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可能的相互接近，使它们占有最小的空间u配位数：配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数微粒个数u空间利用率：空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体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积百分数，用它来表示紧密堆积的程度

9、2、金属晶体的原子在二维平面堆积模型、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。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，有两种排布方将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，按（式，按（b b）图方式排列，圆球周围剩余空隙）图方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（最小，称为密置层；按（a a）图方式排列，剩）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。余的空隙较大，称为非密置层。（a a）非密置层）非密置层 （b b）密置层）密置层3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型、金属晶体的原子在三维空间堆积模型简单立方堆积（简单立方堆积（Po

10、Po）简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积体心立方堆积钾型（碱金属）钾型（碱金属）体心立方堆积体心立方堆积配位数：配位数：8镁型镁型铜型铜型123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其位，其情形是一样的情形是一样的 ) )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。可以有两种最紧密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA第一种是

11、将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成堆积方式，形成六方紧密堆积六方紧密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 )，空间利用率为，空间利用率为74%3 3、镁型、镁型第三层的第三层的另一种另一种排列方式，排列方式，是将球对准第一层的是将球对准第一层的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位两层的位置置，这是这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排

12、 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 面心立方面心立方: :铜型铜型 BCA镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式堆积堆积模型模型采纳这种堆积采纳这种堆积的典型代表的典型代表空间利空间利用率用率配位数配位数晶胞晶胞简单简单立方立方52%6钾型钾型(bcp)K、Na、Fe68%8镁型镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12铜型铜型(ccp)Cu, Ag, Au74%12Po (钋钋)1 1下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关

13、金属元素特征的叙述中正确的是（ ）A A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性化性B B金属元素在化合物中一定显正价金属元素在化合物中一定显正价C C金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同D D金属金属单质的熔点总是高于分子晶体单质的熔点总是高于分子晶体能力训练能力训练2 2、某些金属晶体、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计