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1、金 属 晶 体,Ti,金属样品,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。,金属为什么具有这些共同性质呢?,二、金属的结构,问题： 构成金属的粒子有哪些？,自由电子,金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子则在整个晶体里自由移动。,自由电子不专属于某一个或特定的金属离子，它们几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。,认识一下,1.组成粒子：,金属阳离子和自由电子,金属离子和自由电子之间的较强作用 金属键,“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。,2.作用力：,金属单质中不存在单个分子或原子。,二、金属的结构,1)金属键的成键微粒：金属阳离子和自
2、由电子。 存在于金属单质和合金中。 2)金属键的特征：自由电子可以在整块金属中 自由移动，因此金属键没有方向性和饱和性。,3)金属键的本质：“电子气理论”(自由电子理论) 它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。 “电子气”被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。,3. 金属晶体：,通过金属键作用形成的晶体,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：金属键,金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强
3、，熔沸点越高，硬度越大。,练习,下列说法错误的是（ ） A、镁的硬度大于铝 B、镁的熔沸点低于钙 C、镁的硬度大于钾 D、钙的熔沸点高于钾,AB,【问题1】 金属为什么易导电？ 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向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。导电性随温度升高而降低。,4. 金属晶体的结构与金属性质的内在联系,(1)导电性,【问题2】金属为什么易导热？,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。 金属容易导
4、热，是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分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。,(2)导热性,金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。,(3)延展性,【问题3】金属为什么具有较好的延展性？,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。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。,金属晶体的结构与性质的关系,性质,微粒,金属离子和自由电子,自由电子在外加电场作用下发生定向移动,自由电子与金属离子碰撞传递热量,晶体中各原子层相对滑动仍保
5、持相互作用,(4)金属晶体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。 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。,(5)金属晶体熔点变化规律,(1)金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系,熔点最低的金属：汞（常温时成液态） 熔点很高的金属：钨（3410） 铁的熔点：1535 ,(2)一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定： 金属阳离子半
6、径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱 如：K Na Mg Al (半径） Li Na K Rb Cs (半径）,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结合而成具有空间网状结构的晶体,共价键,原子,很大,很高,无（硅为半导体）,分子,分子间以范德华力相结合而成的晶体,范德华力,很低,很小,无,通过金属键形成的晶体,金属键,金属阳离子和自由电子,差别较大,差别较大,导体,金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅,Ar、S等,Au、Fe、Cu、 钢铁等,练习,1.下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体的是（ ） A、有分子间作用力结合而成
7、，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电,B,2.金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ） A.金属离子间的相互作用 B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 D.金属原子与自由电子间的相互作用 3.金属能导电的原因是（ ） A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱 B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 C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 D金属晶体在外加电场作用下可失去电子,练习,C,B,4.金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越
8、多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 （ ） A、Li Na K B、Na Mg Al C、Li Be Mg D、Li Na Mg,B,4.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 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,B,5.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？,资料,金属之最,熔点最低的金属是-,汞,熔点最高的金属是-,钨,密度最小的金属是-,锂,密度最大的金属是-,
9、锇,硬度最小的金属是-,铯,硬度最大的金属是-,铬,最活泼的金属是-,铯,最稳定的金属是-,金,延性最好的金属是-,铂,展性最好的金属是-,金,三、金属晶体的原子堆积模型,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而成的。,1. 理论基础：,堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。,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
10、最小的空间。,配位数： 在晶体中，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。,2.金属晶体的原子在二维平面堆积模型 （二维堆积）,I 型,II 型,配位数为4,配位数为6,密置层,非密置层,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成.那么,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数、原子的空间利用率、晶胞的区别。,思考与交流,配位数？晶胞？,晶胞的抽取,（1）简单立方堆积：,3. 金属晶体的原子空间堆积模型,非最紧密堆积，空间利用率低（52%）,配位数是 个.,只有金属（Po）采取这种堆积方式,6,简单立方晶胞,
11、a=2r,V晶胞=a3,V球=4r3/3,边长为a 球的半径为r,配位数？ 晶胞？,晶胞的抽取,（2）钾型,-体心立方堆积：,这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含 个原子，空间利用率不高（68%），属于非密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如Na、K、Fe等）采取这种堆积方式。,2,8,体心立方晶胞,边长为 a 面对角线边长为 a 体对角线边长为 a = 4r, = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =,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。(或对准 2，4，6 位，其情形是一样的),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。,思考：密置
12、层的堆积方式有哪些？,下图是此种六方 紧密堆积的前视图,A,第一种是将球对准第一层的球。,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 ),平行六面体,六方紧密堆积,这种堆积晶胞空间利用率高（74%）， 属于最密置层堆积，配位数为 ， 许多金属（如Mg、Zn、Ti等）采取 这种堆积方式。,12,镁型-,此种立方紧密堆积的前视图,A,第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 得到面心立方堆积。,配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 ),金属晶体的两种最密堆积方式镁型和铜型,（3）镁型和铜型,镁型,铜型
13、,A,A,A,B,C,B,A,镁型（AB型六方最密堆积）,镁型晶胞的抽取,六方最密堆积,AB型堆积的一个六方晶胞,在AB型堆积中取出六方晶胞，平行六面体的底是 平行四边形，各边长a=2r，则平行四边形的面积 平行六面体的高：,铜型（面心立方最密堆积),ABC铜型面心立方晶胞的抽取,B,边长为 a 面对角线边长为 a4r,面心立方晶胞,a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 = 4 % = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100% = 74%,面心立方最密堆积,堆积方式及性质小结,简单立方堆积,体心立方密堆积,六方最密堆积,面心立方,六方,体心立方,简单立方,74%,74%,68%,52,12,12,8,6,Cu、Ag、Au,Mg、Zn、Ti,Na、K、Fe,Po,简单立方,钾型 （体心立方密堆积）,镁型 （六方最密堆积）,铜型 （立方最密堆积）,水溶液或 熔融状态下,晶体状态,自由移动的离子,自由电子,比较离子晶体、金属晶体导电的区别：,
