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1、第三节金属晶体一、金属键和金属晶体金属离子和自由电子之间的强 烈的相互作用叫做金属键1. 概念：2. 金属键的本质-电子气理论（一）、金属键金属原子价电子越多（离子电荷越高） ，原子半径越小，金属键就越强金属原子脱落下来的价电子形成遍布整 块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从 而把所有金属原子维系在一起。一、金属键和金属晶体金属阳离子和自由电子间通过 金属键结合形成的晶体。金属阳离子、自由电子1. 概念：构成粒子：粒子间作用力：金属键（二）、金属晶体金属键无饱和性和方向性2. 物理特性： (1) 熔点有的较高，有的较低。沸点较高(3)具有良好的导电性、导热性(2) 硬度有的高，有的较低(4)
2、具有良好的延展性(5)具有金属光泽（二）、金属晶体3. 所属物质： 金属单质、合金金属晶体的熔沸 点、硬度由金属 键的强弱决定在金属晶体中，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金属导电性的解释用电子气理论解释金属的导电性一、金属键和金属晶体 4、电子气理论的应用“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
3、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。金属导热性的解释金属导热性的解释用电子气理论解释金属的导热性一、金属键和金属晶体 4、电子气理论的应用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。金属延展性的解释自由电子+金属离子金属原子错位+ + +
4、+ + + + + +用电子气理论解释金属的延展性4、电子气理论的应用1.金属晶体都是纯净物吗？思考与交流金属导电的微粒是电子，电解质溶液导电的微粒是阳离子和阴离子；金属导电过程不生成新物质，属物 理变化，而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新 物质，属于化学变化，故二者导电的本质是不同的。2.金属导电与电解质溶液导电有什么区别？不是。金属晶体包括金属单质及其合金。3.制成合金后，金属的性能为何发生改变？当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样， 会使这些金属的延展性甚至硬度发生改变。合金熔点低于成分金属1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ）
5、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 课堂练习CB3.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
6、下逐渐降低 ，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？B课堂练习碱金属都是金属晶体，金属键随原子半径增大逐 渐减弱；卤素单质都是分子晶体，范德华力随相对 分子质量的增大逐渐增大。故有题述结论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相邻邻原子之间间以共
7、价 键键相结结合而成具有空 间间网状结结构的晶体分子间间以范 德华华力相结结 合而成的晶体通过过金属键键形成 的晶体作用力构成微粒物 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 铁铁等共价键范德华力金属键原子分子金属阳离子和 自由电子 很高很低差别较大很大很小差别较大无（硅为半导体）无导体二、金属晶体的原子堆积模型1.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2.配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻 的微粒个数3.空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体 积百分数，用它来衡量紧密堆积的程度（一）几个概
8、念（二）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，有两种球。将等径圆球在一平面上排列，有两种 排布方式，按（排布方式，按（b b）图方式排列，圆球周围）图方式排列，圆球周围 剩余空隙最小，称为密置层；按（剩余空隙最小，称为密置层；按（a a）图方）图方 式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层 。（a）非密置层 （b）密置层二、金属晶体的原子堆积模型平面上平面上金属原子金属原子紧密排列紧密排列的的两种方式两种方式非密置层放置非密置层放置密置层放置密置层放置配位数为配位数为4
9、 4配位数为配位数为6 61 11 12 2 2 2 3 33 34 44 45 56 6（二）金属晶体的原子在二维平面堆积模型（2）同样取16个球体，在平面上也排成4排， 第二排球体排在第一排球体的间隙中，每排均照 此方式排列。在这种放置方式中，每个球体周围 都有6个球体与其紧密接触，得到配位数为6 的放 置方式，称为密置层放置。【学与问（P74）】 （1）取16个直径相等的球体（可用容易得到的一些 代用品，如泥球、玻璃球或药丸等），在平面上排成 一正方形，每排都有4个球体。在这种放置方式中， 每个球体周围都有4个球体与其紧密接触，得到配位 数为4的放置方式，称为非密置层放置。除上述两种紧密
10、接触的放置方式外，没有第三种方式。（二）金属晶体的原子在二维平面堆积模型（三）金属晶体的原子在三维空间堆积模型 1.1.简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo型）型）二、金属晶体的原子堆积模型（三）金属晶体的原子在三维空间堆积模型1.1.简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo型）型）2.体心立方堆积钾型（碱金属）（三）金属晶体的原子在三维空间堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型2.体心立方堆积钾型（碱金属）配位数：8 【学与问（P75）】容不下六方最密堆积（镁型）面心立方最密堆积（铜型）3.六方最密堆积（镁型）和面心立方最 密堆积（铜型）123456第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方 式是将球对准1
11、，3，5 位。 ( 或对准 2，4 ，6 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 可以有两种最紧密的堆积方式。（1）六方最密堆积（镁型）俯视图俯视图 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，即 AB AB 堆 积方式，形成六方最 密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 ) ，空 间利用率为74%（1）六方最密堆积（镁型）下图是此种六方 紧密堆积的前视图ABABA123456（1）六方最密堆积（镁型）（1）六方最密堆积（镁型）（1）六方最密堆积（镁型）第三层的另一种 排列方式，是将球对 准第一层的 2，4，6 位
12、，不同于 AB 两层的 位置，这是 C 层。12 3 456123456123456（2）面心立方最密堆积（铜型）123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC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 ) （2）面心立方最密堆积（铜型）（2）面心立方最密堆积（铜型）（2）面心立方最密堆积（铜型）123456（2）面心立方最密堆积（铜型）BCA（2）面心立方最密堆积（铜型）（2）面心立方最密堆积（铜型）（2）面心立方最密堆积（铜型）BCA（2）面心立方最密堆积（铜型）（2）面心立方最密堆积（铜型）堆积 模
13、型采纳这种堆 积的典型代 表空间 利用 率配位数晶胞简单 立方Po (钋)52%6钾型 (bcp )K、Na、Fe68%8镁型 (hcp )Mg、Zn、Ti74%12铜型 (ccp )Cu, Ag, Au74%12堆积方式及性质小结知识拓展知识拓展片层状结构，层内碳原子通过以共价键结合， 层间以范德华力结合混合晶体-石墨混合晶体-石墨 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。 石墨的熔点为什么很高（高于金刚石）？ 石墨，是层状结构，C原子sp2杂化，与3个C原 子形成西格玛键，未杂化的1个p轨道形成大 派键。 金刚石，是空间网状结构，C原子sp3 杂化
14、，与4个C原子成键。 sp2杂化中，s轨道 的成分比sp3杂化更多，所以形成的共价键更 短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚 石的的键长短，作用力更大，破坏化学键需要 更大能量。 所以石墨的熔点比金刚石高。 石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为混合（键）型晶体5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课堂练习B6. 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。 课堂练习74%7. 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 raar rorr课堂练习a=3.6110-8cmr=1.2810-8cm
