《第三节 金属晶体》PPT课件

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1、 金 属 晶 体（第一课时）TiTi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？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。作用力：金属单质中不存在 单个分子或原子。金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体常温下，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， 熔沸点越高，硬度越大。练习下列说法错

2、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练习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，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金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子。存 在于金属单质和合金中。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。金属键金属键的本质：“电子气理论”(自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“ 电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系

3、在一起。【讨论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。晶体类型离子晶体金属晶体 导电时的状态导电粒子水溶液或 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：三、电子气理论对金属的物理性质的解释 1. 对金属导电性的解释【讨论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

4、易导热，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.对金属导热性的解释【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？金属晶体受外力作用时，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之后，仍可保持 这种相互作用，因而即使在外力作用下，发 生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展 性。3.对金属延展性的解释4.对金属光泽和颜色的解释p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

5、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。p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，所以一般呈黑灰色。【总结 】金属晶体的结构与性质的关系导电性导热性延展性金属离 子和自 由电子自由电子在外 加电场的作用 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 动仍保持相 互作用小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类类型原子晶体分子晶体金属晶体概念作用力构成微粒物 理 性 质质熔沸点硬度导电导电 性实实例金刚刚石、二氧化硅、晶 体硅、碳化硅Ar、S等Au、Fe、Cu、钢钢 铁铁等相邻

6、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资料金属之最熔点最低的金属是- 汞 -38.87熔点最高的金属是- 钨 3410密度最小的金属是- 锂 0.53g/cm3密度最大的金属是- 锇 22.57g/cm3硬度最小的金属是- 铯 0.2硬度最大的金属是- 铬 9.0最活泼的金属是-铯最稳定的金属是- 金延性最好的金属是- 铂铂丝直径： mm展性最好的金属是- 金金箔厚： mm一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢

7、灰色。质软具滑腻感，可沾污手 指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶 片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3 ，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气 或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨 可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅 笔芯等。 知识拓展石墨石墨是层状结构的石墨是层状结构的混合型混合型晶体晶体 石墨小结石墨为什么很软？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。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？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（大键），故熔沸点 很高。石墨能导电的原因：这是因为石墨晶体中存在自由电子，可 以在整个碳原子的平面上运

8、动，但是电子 不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以 石墨能导电，并且沿层的平行方向导电性 强。这也是晶体各向异性的表现。 石墨中微粒间的作用：碳原子间存在共价键和金属键，层与层 之间存在范德华力金 属 晶 体（第二课时）四、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

9、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，使它们占有最小 的空间。空间利用率：空间被晶格质点占据的百 分数。用来表示紧密堆积的程度。配位数：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。I 型II 型配位数为4配位数为6密置层非密置层12341234562.金属晶体的原子在二维平面的堆积模型（1）非密置层在三维空间堆积非最紧密堆积，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63.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型a.简单立方堆积：金属原子半径金属原子半径r r与正方体边长与正方体边长a a的关系：的关系：a aa a

10、a aa aa = 2 ra = 2 rb.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 利用率也不高（68%），属于非 密置层堆积，配位数为 ， 如碱金属、Fe等采取这种堆积方 式。28金属原子半径金属原子半径r r与正方体边长与正方体边长a a的关系：的关系：a aa aa a a a2 2a ab b = 4 = 4 r rb b = =3 3 a aa = 4 ra = 4 r3 3b b2 2a a123456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 )123456AB，思考：第三层如何

11、才能作到密置层的堆积呢？思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？金属晶体的两种最密堆积方式镁型和铜型镁型和铜型镁型铜型123456123456a.镁型123456第三层的一种排列方式，是将球对准第一层每一个球，于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式。（2）密置层在三维空间堆积 -六方最密堆积六方最密堆积六方最密堆积下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA 123456123456789101112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金属原子的半径金属原子的半径r r与六棱柱的边长与六棱柱的边长a a、

12、高、高h h 的关系：的关系： a a = 2 = 2 r ra ah hh h = =a a6 6 3 32 2123456123456b.铜型第三层的另一种排 列方式，是将球对准第 一层的 2，4，6 位， 不同于 AB 两层的位置 ，这是 C 层。412356-面心立方最密堆积123456铜型BCA铜型边长为 a 面对角线边长为 a4r金属原子半径 r与正方体边长a 的关系：123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC空间利用率也为74，配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ) 下图是铜型型紧密堆积的前视图ACBACBA堆积积方式 晶胞类类型空间间利 用率配位数实实例面心立方

13、 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%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo1.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 2.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

14、B3.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 4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐 降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高 ？B5.下列生活中的问题，不能用金属键知识 解释的是 （ ）A.用铁制品做炊具B.用金属铝制成导线C.用铂金做首饰D.铁易生锈D6.下列物质中含有金属键的是 ( )A、金属铝 B、合金C、NaOH D、NH4ClAB7.金属键的强弱与金属价电子数的多少有 关，价电子数越多金属键越强；与金属阳 离子的半径大小也有关，金

15、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 AlC、Li Be Mg D、Li Na MgB8.下列有关金属晶体叙述正确的是（ ）A、常温下金属单质都以金属晶体形式存 在B、金属离子与自由电子之间的强烈作用 ，在一定外力作用下，不因形变而消失C、钙的熔、沸点低于钾D、温度越高，金属的导电性越好B9.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10.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