化学：金属晶体

1、金属样品金属样品2.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 。 一、金属键一、金属键3.金属晶体：通过金属离子与自由电子之间金属晶体：通过金属离子与自由电子之间 的较强的相互作用形的较强的相互作用形 成的晶体。成的晶体。（1）成键微粒）成键微粒: 金属阳离子和金属阳离子和 自由电子。自由电子。 含阳离子的晶体一定含阴离子？一定是离子晶体？含阳离子的晶体一定含阴离子？一定是离子晶体？（2）微粒间作用力：金属键）微粒间作用力：金属键（2）存在）存在: 金属单质和合金中。金属单质和合金中。（3）金属键无方向性）金属键无方向性 、无饱和

2、性。、无饱和性。1金属电子气理论金属电子气理论要点：（要点：（1）金属原子）金属原子脱掉的价电子脱掉的价电子 形成自由。形成自由。主族主族 过渡族过渡族 （2）金属原子脱掉的电子不再）金属原子脱掉的电子不再 只属于自己只属于自己 而被整个晶体共用而被整个晶体共用 （3）金属阳离子）金属阳离子“浸泡浸泡”在在电子气电子气”的海洋之中。的海洋之中。 （4）“电子气电子气”与金属阳离子之间存在较强的相与金属阳离子之间存在较强的相 互作用，即金属键。互作用，即金属键。4.金属的物性金属的物性（4）影响金属键强弱的因素）影响金属键强弱的因素金属阳离子电荷数金属阳离子电荷数金属阳离子半径金属阳离子半径金属

3、阳离子半径越小，电金属阳离子半径越小，电荷数越多，金属键越强荷数越多，金属键越强熔沸点越高，硬度越大熔沸点越高，硬度越大思考：思考：1.金属越活泼，金属键越金属越活泼，金属键越，金属越不活泼，金属键越，金属越不活泼，金属键越 2.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。论加以解释。 3.试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。 （1）熔沸点：变化大）熔沸点：变化大 熔点：熔点： W 3350 Hg -38.9 (2)导热导电性：导热导电性： 导电导电 Ag

4、Cu Al Fe (3)密度密度 ： 最大最大Os 最小最小Li (4)硬度：硬度： 最大最大W 最小最小Cs（5）延性和展性）延性和展性 ： 延性延性Pt 展性展性 Au （6）金属光泽）金属光泽: 绝大部分光亮银白色绝大部分光亮银白色 Cu 紫色紫色 Au 黄色黄色 最稳定最稳定 AU 活泼活泼 Cs5.金属晶体的结构与性质的关系金属晶体的结构与性质的关系（1 1）导电性导电性（2 2）导热性导热性（3 3）延展性延展性金属离子和金属离子和自由电子自由电子性质性质微粒微粒自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +自由电子在外加电自由电子在外加电场的

5、作用下发生定场的作用下发生定向移动向移动自由电子与金属自由电子与金属离子碰撞传递热离子碰撞传递热量量晶体中各原子层晶体中各原子层相对滑动仍保持相对滑动仍保持相互作用相互作用导热率随导热率随温度升高温度升高降低？降低？（4）金属晶体结构具有金属光泽和颜色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。等）由于较易

6、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。见光后辐射不出去，所以成黑色。7.三种晶体类型与性质的比较三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例金刚石、二氧化硅、晶金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子

7、金属阳离子和金属阳离子和自由电子自由电子很高很高很低很低差别较大差别较大很大很大很小很小差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体特特点点（1）混合物，各成分化性不变，物性改变很大）混合物，各成分化性不变，物性改变很大（2）熔点比各成分低，强度和硬度一般比各成分金属大）熔点比各成分低，强度和硬度一般比各成分金属大相邻原子之间以共价相邻原子之间以共价键相结合而成具有空键相结合而成具有空间网状结构的晶体间网状结构的晶体分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体通过金属键形成通过金属键形成的晶体的晶体6.合金：合金：两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而

8、成两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。的具有金属特性的物质。 练练 习习1.下列有关金属元素特征的叙述中正确的是（下列有关金属元素特征的叙述中正确的是（ ） A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性。金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性。 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金属单质的熔点总是高于分子晶体金属单质的熔点总是高于分子晶体2金属晶体的形状是因为晶体中存在（金属晶体的形状是因为晶体中存在（ ） A金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用 B

9、金属原子间的相互作用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金属离子与自由电子间的相互作用 D金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用BC3.下列叙述正确的是（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，不含有其他化学键分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键4。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。为什么碱金属单质的熔

10、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？的熔沸点从上到下却升高？B 金属晶体中的原子可堪称直径相等的小球。将等径园球在一金属晶体中的原子可堪称直径相等的小球。将等径园球在一平面上排列，有两种排布方式：平面上排列，有两种排布方式： 按按（a a）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为非密置层非密置层； 按按（b b）图方式排列，剩余的空隙较大，称为图方式排列，剩余的空隙较大，称为密置层密置层。（a a）非密置层非密置层 （b b）密置层密置层二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型1 1、简单立方堆积、简单立方堆积 Po 型型配位

11、数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：6 61 152%52%2、体心立方堆积体心立方堆积-钾型（钾型（IA VB VIB） 金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中入下层的金属原子形成的凹穴中例例1：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。 配位数：配位数： 空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：868%2体心立方晶胞体心立方晶胞勾股定理勾股定理2a2+a2=(4r)2a

12、=123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 ) )123456AB， 关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。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 第一种是将第三层的球对准第一第一种是将第三层的球对准第一层的球。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

13、 AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积。方紧密堆积。 配位数配位数 。 ( ( 同层同层 ，上下层各，上下层各 。 ) )1212 6 63 3 第二种是将第三层的第二种是将第三层的球对准第一层的球对准第一层的 2 2，4 4，6 6 位，不同于位，不同于 AB AB 两层两层的位置，这是的位置，这是 C 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 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 。( ( 同

14、层同层 ，上下层各，上下层各 ) ) 12126 6 3 3镁型镁型六方密堆积六方密堆积铜型铜型配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：121274%74%2 23.六方密堆积六方密堆积_ 镁型镁型（Be Mg B B B Be Mg B B B ）配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：4.4.面心立方面心立方 铜型铜型BCA121274%74%4 4 （B Pb Pd Pt ）堆积模堆积模型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立简单立方方Po (Po (钋钋) )5

15、2%52%6 6钾型钾型(bcp)(bcp)K K、NaNa、FeFe68%68%8 8镁型镁型(hcp)(hcp)MgMg、ZnZn、TiTi74%74%1212铜型铜型(ccp)(ccp)Cu, Ag, AuCu, Ag, Au74%74%12121 1、金属晶体的四种堆积模型对比、金属晶体的四种堆积模型对比小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例 相邻原子之间以共价相邻原子之间以共价键相结合而成具有空键相结合而成具

16、有空间网状结构的晶体间网状结构的晶体分子间以范分子间以范德华力相结德华力相结合而成的晶合而成的晶体体通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子很高很高很低很低差别较大差别较大很大很大很小很小差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅Ar、S、O2 CO2等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等 2 2、石墨为什么很软、石墨为什么很软？ 3 3、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石

17、）？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，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。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，故熔沸点很高。价键，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。20212021年年1212月月2626日星期日日星期日7 7时时2929分分2121秒秒分子晶体分子晶体 原子晶体原子晶体 金属晶体金属晶体1.石墨中碳原子杂化方式？为什么导电？石墨中碳原子杂化方式？为什么导电？sp2杂化，形成平面正六边形的平面网状结构杂化，形成平面正六边形的平面网状结构 ，未杂化的，未杂化的2P电子相互平行相互重叠，可在平面中运动而导电。电子相互平行相互重叠，可在平面中运动而导电。晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶胞。胞。NaCl晶体结构如图所示，已知晶体结构如图所示，已知FexO晶体晶胞结构为晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x值小于值小于1，测知，测知FexO晶体密度为晶体密度为5.71g/cm3，晶胞边长为，晶