金属晶体课件(最新)

1、3.3 金金 属属 晶晶 体体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-金金 -38.87 3410 0.53g/cm322.57g/cm30.2 9.0 铂丝直径铂丝直径1/5000mm 金箔厚金箔厚1/100001/10000mm 一、

2、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？思考思考1:1:金属有哪些共同的物理性质呢金属有哪些共同的物理性质呢? ? 1.“1.“电子气理论电子气理论”( (自由电子理论自由电子理论) )金属原子脱落下来的金属原子脱落下来的价电子价电子形形成遍布成遍布整个晶体整个晶体的的“电子气电子气”, ,被所被所有原子所共用，从而把所有的原子有原子所共用，从而把所有的原子维系

3、在一起。维系在一起。2 2、金属键：、金属键：(1)(1)定义：定义： 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作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）用叫做金属键（电子气理论）（2）特征：）特征：金属键可看成是由许多原子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，共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既这种键既没有方向性没有方向性，也，也没有饱和性没有饱和性，金，金属键的特征是属键的特征是成键电子可以在金属中自由成键电子可以在金属中自由流动流动，使得金属呈现出特有的属性，使得金属呈现出特有的属性（2 2）组成粒子：）组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离

4、子和自由电子（3）微粒间作用力：）微粒间作用力：金属键金属键金属晶体熔、沸点特征及比较规律由于金属晶体熔化时需破坏金属键，故大多数金属具有较高的溶沸点。常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。熔化时破坏的作用力：熔化时破坏的作用力：金属键金属键金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电金属为什么易导电 ？ 在金属晶体中，存在着许多自由电在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，向的，但在外加电场的条件下自由电子

5、但在外加电场的条件下自由电子发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以金，因而形成电流，所以金属容易导电。属容易导电。 不同的金属导电能力不同，导电性不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金属是：最强的三种金属是：Ag、Cu、Al三、金属晶体的结构与金属性质的三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系内在联系思考：思考：电解质在熔化状态或溶于水能导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？电，这与金属导电的本质是否相同？【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？】金属为什么易导热？ 金属容易导热，是金属容易导热，是由于自由电子运动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

6、时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传导到温度低的部分，从而使整块金分传导到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。属达到相同的温度。【讨论【讨论3 3】金属为什么具有较好的延展】金属为什么具有较好的延展性？性？ 金属晶体中由于金属晶体中由于金属离子与自由金属离子与自由电子间的相互作用电子间的相互作用（既金属键）（既金属键）没有方没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，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仍可保持这种相互作用（既金属键不被（既金属键不被破坏），破坏），因而即使在外力作用下，发生因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。形变也不易断裂。金属晶体熔、沸点特

7、征及比较规律由于金属晶体熔化时需破坏金属键，故大多数金属具有较高的溶沸点。常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。熔化时破坏的作用力：熔化时破坏的作用力：金属键金属键金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。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

8、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-金金 -38.87 3410 0.53g/cm322.57g/cm30.2 9.0 铂丝直径铂丝直径1/5000mm 金箔厚金箔厚1/100001/10000mm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相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体共价键共价键原子原子很大很大很高很高无（硅为半导体）无（硅为半导体）分子分子分子间以分子分子间以分子间作用力相结间作用力相结合而成的晶体合而成的晶体分子间作用力（范分子间作用力

9、（范德华力和氢键）德华力和氢键）很低很低很小很小无无金属阳离子和自由金属阳离子和自由电子间通过金属键电子间通过金属键形成的晶体形成的晶体金属键金属键金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子差别较大差别较大差别较大差别较大导体导体ABBCB5 5、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任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子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，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D 分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键

10、有其他化学键B6 6、同主族金属晶体溶沸点变化规律是什么？、同主族金属晶体溶沸点变化规律是什么？同周期金属晶体的溶沸点变化规律？同周期金属晶体的溶沸点变化规律？金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大四、金属晶体的原子堆积模型四、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。而成的。1、理论基础：、理论基础：堆积原理：堆积原理： 组成晶体的金属原子在没

11、有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积紧密堆积方式降低降低体系的能量能量，使晶体变得比较稳定比较稳定。紧密堆积：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。空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百分空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。数。用来表示紧密堆积的程度。配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子周在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目。围距离最近且相等的原子或离子的数目。基本概念基

12、本概念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1.1.简单立方堆积：简单立方堆积：非最密堆积，空间利用率低（非最密堆积，空间利用率低（

13、52%52%）配位数是配位数是个个只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式6在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，个晶胞共享，微粒数为：微粒数为：81/8 = 13、空间利用率：、空间利用率：(2r)(2r)3 34 4r r3 3/3/3= 52.36%= 52.36%2 2、半径、半径r r与棱长与棱长a a的关系：的关系： a=2ra=2r简单立方晶胞简单立方晶胞2 2、 钾型钾型-体心立方堆积体心立方堆积：这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含每个晶胞含 个原子，空间利个原子，空间利用率不高（用率不高（68%68%），

14、属于非密置层），属于非密置层堆积，配位数为堆积，配位数为 ，许多金属许多金属（如（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这种堆积采取这种堆积方式。方式。28非密置层的另一种堆积是将上层金属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原子填入下层的金属原子形成的凹穴中a43rr16a322空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =%68%100a)a43(342ar3423333123456 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 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位

15、，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 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

16、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 。( ( 同层同层 ， 上下层各上下层各 ) ) 12126 6 3 3123456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 。( ( 同层同层 ， 上下层各上下层各 ) ) 12126 6 3 3六方密堆积六方密堆积3、1200平行六面体平行六面体（晶胞）（晶胞）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 2 面心立方面心立方 BCA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：铜型铜型 面心立方面心立方 BCA121274%74%4 4（BPbPdPt）面心立方：在立方体顶点的微粒为面心立方：在立方体顶点的微粒