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化学:3.3《金属晶体》课件(新人教版选修3)


金属样品

思考1:从上述金属的应用来看,金属有哪些 共同的物理性质呢? 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

思考2:金属为什么具有这些共同性质呢? 二、金属的结构
1、电子气理论:由于金属原子的最外层电子数 较少,容易失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某个特定的金

属离子, 而为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由 运动,这些电子又称为自由电子.自由电子几乎 均匀分布在整个晶体中,像遍布整块金属的 “电子气”,从而把所有金属原子维系在一起。

2、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)
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,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

3、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

组成粒子: 金属阳离子和自由电子
微粒间作用力: 金属键

4、电子气理论对金属的物理性质的解释 ⑴金属导电性的解释 在金属晶体中,充满着带负电的“电子气” (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,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,导电性最强的三 中金属是:Ag、Cu、Al

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? 晶体类型 导电时的状态 导电粒子 电解质 水溶液或 熔融状态下 金属晶体

晶体状态

自由移动的离子 自由电子 化学变化 物理变化 导电时发生的变化

导电能力随温度的 变化

增强

减弱

⑵金属导热性的解释 “电子气”(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“电子气” (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。“电子气” (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度低 的部分,从而使整块金属达到相同的温度。

⑶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。
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子 错位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+

金属离子

金属原子

4、熔点和沸点
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,晶体的熔沸点就越高,反之越低。 思考: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 逐渐升高?

思考与练习
1.下列叙述正确的是( B ) 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 2.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?

三、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

3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ①简单立方堆积(Po)

简单立方堆积

②体心立方堆积—钾型(碱金属)

体 心 立 方 堆 积
配位数:8

镁型

铜型

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。 (
4,6 位,其情形是一样的 )
1 6 5 4

或对准 2,

1
3 6 5

2
3 4

A
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。



2

B

第一种是将球对准第一层的球。

下图是此种六方 紧密堆积的前视图

1 6 5

2
3 4

A

B
A

于是每两层形成一个周期, 即 AB AB 堆积方式,形成六 方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6,上下层各 3 ),空间利用率为74%

B A

3、镁型

第三层的另一种排列 方式,是将球对准第一层 1 6 5 4

2
3

的 2,4,6 位,不同于
AB 两层的位置,这是 C 层。

1 6 5

2 3 4

1 6
5

2

3
4

第四层再排 A,于是形 成 ABC ABC 三层一个周

A

期。 得到面心立方堆积。

C
B

1 6
5

2

A

3
4

C B

A
配位数 12 。 ( 同层 6, 上下层各 3 ) 此种立方紧密堆积的前视图

④面心立方:铜型

C

B
A

镁型

铜型

金属晶体的两种最密堆积方式

堆积模 型
简单立 方 钾型 (bcp) 镁型 (hcp) 铜型 (ccp)

采纳这种堆积的 空间利用率 典型代表 52% Po (钋)
K、Na、Fe Mg、Zn、Ti Cu, Ag, Au 68% 74% 74%

配位数
6 8 12 12

晶胞

能力训练
1.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 B.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

D.金属单质的熔点总是高于分子晶体

2、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子 按面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, 金属原子处于正立方体的八个顶点和六个 侧面上,试计算这类金属晶体中原子的空 间利用率。

8、已知金属铜为面心立方晶体,如图所示, 铜的相对原子质量为63.54,密度为8.936g/cm3, 试求 (1)图中正方形边长 a, (2)铜的金属半径 r r
提示: 数出面心立方中的铜的个数:

r

o

a
r r

a


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