第三章第三节金属晶体

1、第三节第三节 金属晶体金属晶体金属样品金属样品 从上述金属的应用来看，金属有哪些共同从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢的物理性质呢? 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。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? ?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？问题：构成金属晶体的粒子有哪些？1 1、金属键的定义：金属离子和自由电子、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。之间的强烈的相互作用，叫金属键。（1 1）金属键的成键微粒是金属阳

2、离子和）金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。自由电子。（2 2）金属键存在于金属单质和合金中。）金属键存在于金属单质和合金中。（3 3）金属键没有方向性也没有饱和性）金属键没有方向性也没有饱和性。二、金属的结构二、金属的结构2 2、金属晶体的定义：通过金属金属晶体的定义：通过金属离子与离子与自由电子之间自由电子之间的较强的相互作用形成的的较强的相互作用形成的晶体。晶体。 （1 1）在晶体中，不存在单个分子）在晶体中，不存在单个分子（2 2）金属阳离子被自由电子所包围）金属阳离子被自由电子所包围。 3、电子气理论：、电子气理论： 经典的金属键理论叫做经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论

3、”。它把金属。它把金属键形象地描绘成从金属原子上键形象地描绘成从金属原子上“脱落脱落”下来的大量自由电下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气电子气”，金属原子，金属原子则则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。金属晶体金属原子自由电子三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系金属导电性的解释金属导电性的解释 在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方（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电子气

4、就会发生定向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态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比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别： 导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中动的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气电子气”（自由电子）担当什么角色（自由电子）担当什么角色?金

5、属导热性的解释金属导热性的解释“电子气电子气”（自由电子）在运动时经常与金属离（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（自由电子）能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用（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分传到温度低的部分，从而使整块金属达

6、到相同的温度。的温度。3、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。某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐吸收可见光后辐射不出去，

7、所以成黑色。射不出去，所以成黑色。4、金属延展性的解释、金属延展性的解释 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层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，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。因此，即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。

8、金属都有良好的延展性。 注意：注意：不同的金属在某些性质方面，如密不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。素有关。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+ + + + + + +特别注意：影响金属键强弱的因素：特别注意：影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小，金属键越强离子半径越小，金属键越强。一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱一般情况下，金属晶体熔点由

9、金属键强弱决定决定金属阳离子半径越小，所带电荷越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大硬度也越大资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是- 铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-

10、金金1 1、金属晶体的形成是因为晶体中存在、金属晶体的形成是因为晶体中存在 （ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.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.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用 C练习练习2 2金属能导电的原因是金属能导电的原因是( ( ）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下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可发生定向移动 C C金

11、属晶体中的金属阳离子在外加电场作用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下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 B3 3、下列叙述正确的是（、下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.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 D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键 B【思考【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子

12、序数的增】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大大 而递减，而卤素单质的熔沸点？而递减，而卤素单质的熔沸点？同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数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，卤属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减，卤素单质是分子晶体，分子间范德华力作用随相素单质是分子晶体，分子间范德华力作用随相对分子质量增加而最大，故熔沸点逐渐增大对分子质量增加而最大，故熔沸点逐渐增大。【思考【思考5

13、】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的的 大小。大小。同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减小，则单质中所形成原子（离子）半径依次减小，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。课后阅读材料1超导体一类急待开发的材料一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。1911年荷兰物理学家H昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4K(即269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，

14、表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。2合金：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强；导电性比成分金属差。1、金属晶体的原子平面堆积模型 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，按（ a ）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。 （ b ）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为密置层； （a）非密置层（b）密置层四

15、、金属晶体的原子堆积模型四、金属晶体的原子堆积模型金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式 （a a）非密置层）非密置层（b b）密置层）密置层 金属晶体可以看成金属原子在三维金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成空间中堆积而成.那么那么,非密置层在三维空间里堆积有非密置层在三维空间里堆积有几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别数、原子的空间利用率、晶胞的区别。配位数配位数=4 4配位数配位数=6 6思考与交流思考与交流 简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属

16、晶体的原子空间堆积模型1简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积（体心立方堆积（ IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型体心立方堆积体心立方堆积配位数：配位数：8金属晶体的原子空间堆积模型3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球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 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

17、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，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积。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 )六方密堆积六方密堆积 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，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 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 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模型采纳这种堆积的典型代