第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质 1234561234562021/6/41 金属样品金属样品2021/6/42 一一、金属共同的物理性质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2021/6/43 组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子和自由电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金属离子和自由电子之间的较强作用用—— 金属键（电子气理论）金属键（电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体金属 键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小－金属键强，熔沸点高2021/6/44 【【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，存在着许多自由电子，这些自由在金属晶体中，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电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以金属容易导电。
金属容易导电晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系2021/6/45 【【讨论讨论2 2】】金属为什么易导热？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，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，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快，通过碰撞，把能量传给金属离子 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与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金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
从而使整块金属达到相同的温度2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系2021/6/46 【【讨论讨论3 3】】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性而金属晶体中由于金属离子与自无延展性而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，发生形变也作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂不易断裂3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系2021/6/47 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色、金属晶体结构具有金属光泽和颜色§由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后很，然后很快释快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数金属，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽而某些金属（如具有银白色或钢灰色光泽。
而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色的光而呈现较为特殊的颜色§当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂晶面取向杂乱、晶格排列不规则乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色出去，所以成黑色2021/6/48 金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、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．属键的强弱有密切关系．熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410℃℃））铁的熔点：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：、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定： 金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。
但金属性越弱但金属性越弱如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs﹥﹥﹥﹥﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤﹤﹤﹤2021/6/49 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2021/6/410 3、金属晶体的基本堆积模型、金属晶体的基本堆积模型（（1））紧密堆积紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。
空间3））配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数相邻的微粒个数2））空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占：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满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度2021/6/411 §金属原子金属原子尽可能地互相接近尽可能地互相接近，尽量占据较小，尽量占据较小的空间 ——紧密堆积紧密堆积2021/6/412 活动与探究活动与探究1：：平面上平面上金属原子金属原子紧密排列密排列的方式的方式 §从蓝色盒子里取出：从蓝色盒子里取出：§4组乒乓球（组乒乓球（3个排成一条直线的）个排成一条直线的）§将乒乓球放置在将乒乓球放置在平面平面上，排成上，排成4排，使排，使球面球面紧密接触紧密接触，有哪些排列方式？，有哪些排列方式？2021/6/413 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配位数为配位数为4配位数为配位数为611223344562021/6/414 §4个小球形成一个个小球形成一个四边形四边形空隙空隙，一种空隙。
一种空隙 见见““ ”” 2021/6/415 §3个小球形成一个个小球形成一个三角形三角形空隙，空隙，两种空隙两种空隙 §一一 种：种： △△ 见见““ ””§另一种：另一种：▽▽ 见见““ ”” 2021/6/416 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配位数为配位数为611223344562021/6/417 活动与探究活动与探究2三维空间三维空间里里非密置层非密置层金属原子的金属原子的堆积方式堆积方式 §先将两组小球以先将两组小球以非密置层非密置层的排列方式排列在的排列方式排列在一个平面上：一个平面上：§在其上方再堆积一层在其上方再堆积一层非密置层非密置层排列的小球，排列的小球，使使相邻层上相邻层上的小球的小球紧密接触紧密接触，有哪些堆积方，有哪些堆积方式？式？2021/6/418 三维空间三维空间里里非密置层非密置层的的金属原子的堆积方式金属原子的堆积方式（（1））第二层小球的第二层小球的球心球心正对正对着着第一层小球的第一层小球的球心球心 （（2））第二层小球的第二层小球的球心球心正对正对着着第一层小球形成的第一层小球形成的空穴空穴 2021/6/419 简简简简单单单单立立立立方方方方晶晶晶晶胞胞胞胞（（1）简单立方堆积）简单立方堆积Po4、金属晶体的原子堆积模型、金属晶体的原子堆积模型2021/6/420 §①①配位数：配位数：12341234566同层同层4，上下层各，上下层各12021/6/421 §（（2）金属原子半径）金属原子半径 r 与正方体边长与正方体边长 a 的关系：的关系：a aa aa aa aa = 2 r2021/6/422 简单立方堆积简单立方堆积2021/6/423 §（（3）简单立方晶胞平均占有的原子数目：）简单立方晶胞平均占有的原子数目： 81×8 = 12021/6/424 体体体体心心心心立立立立方方方方晶晶晶晶胞胞胞胞（（2）体心立方堆积）体心立方堆积（（ IA IA，，VBVB，，VIB VIB ））2021/6/425 §①①配位数：配位数：81 12 23 34 45 56 67 78 8上下层各上下层各42021/6/426 §（（2）金属原子半径）金属原子半径 r 与正方体边长与正方体边长 a 的关系：的关系：a aa aa aa a2 2ab = 4 rb =3aa = 4 r3b b2 2a2021/6/427 2021/6/428 §（（3）体心立方晶胞平均占有的原子数目：）体心立方晶胞平均占有的原子数目： 81×8= 2+ 12021/6/429 活动与探究活动与探究3 三维空间三维空间里里密置层密置层金属原子的金属原子的堆积方式堆积方式 §将将密置层密置层的小球在一个平面上黏合在一起，的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来（再一层一层地堆积起来（至少堆至少堆4层层），使），使相邻层相邻层上的小球上的小球紧密接触紧密接触，有哪些堆积方式，有哪些堆积方式？？§注意：堆积方式的周期性、稳定性注意：堆积方式的周期性、稳定性AABB2021/6/430 三维空间三维空间里里密置层密置层的的金属原子的堆积方式金属原子的堆积方式（（1））ABAB……堆积方式堆积方式（（2））ABCABC……堆积方式堆积方式2021/6/431 123456123456A AB B§第二层小球的球心对准第一层的第二层小球的球心对准第一层的 1、、3、、5 位位（（▽▽）或对准）或对准 2、、4、、6 位（位（△△）。
§关键是第三层关键是第三层，对第一、二层来说，第三层，对第一、二层来说，第三层可以有可以有两种两种最紧密的堆积方式最紧密的堆积方式俯视图俯视图 2021/6/432 前视图前视图ABABA（（3））ABAB……堆积方式堆积方式§第三层小球对准第一层的小球第三层小球对准第一层的小球§每两层形成一个周期每两层形成一个周期地地紧密堆积紧密堆积1234562021/6/433 （（4））ABCABC……堆积方式堆积方式§第三层小球对准第一层小球空穴的第三层小球对准第一层小球空穴的2、、4、、6位位§第四层同第一层第四层同第一层§每三层形成一个周期每三层形成一个周期地地紧密堆积紧密堆积123456123456ABABCA123456前视图前视图前视图前视图C2021/6/434 §俯视图：俯视图：ABAB…堆积方式堆积方式ABCABC…堆积方式堆积方式2021/6/435 （（3））ABAB……堆积方式堆积方式—— 六方最密堆积六方最密堆积（镁）（镁）2021/6/436 1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121212§①①配位数：配位数：123456同层同层同层同层 6 6，，，，上下层各上下层各上下层各上下层各 3 32021/6/437 §金属原子的半径金属原子的半径 r 与六棱柱的边长与六棱柱的边长 a、高、高 h 的关系：的关系： a = 2 ra ah hh =a632；2021/6/438 六方最密六方最密堆积的晶胞堆积的晶胞 2021/6/439 六方最密堆积的空间占有率六方最密堆积的空间占有率 =74% 上下面为菱形上下面为菱形边长为半径的边长为半径的2倍倍2r 高为高为2倍倍正四面体的高正四面体的高 2021/6/440 2021/6/441 （（4））ABCABC……堆积方式堆积方式——面心立方最密堆积面心立方最密堆积（铜）（铜）A B CA B C2021/6/442 1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121212§①①配位数：配位数：同层同层同层同层 6 6，，，，上下层各上下层各上下层各上下层各 3 31234562021/6/443 1234562021/6/444 §②②面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：81×8= 4+21×62021/6/445 立方面心最密堆积的配位数立方面心最密堆积的配位数 =12 2021/6/446 §金属原子的半径金属原子的半径r与正方体的边长与正方体的边长a的关系：的关系： a = 4 r2a aa aa aa aa a2021/6/447 立方面心最密堆积的空间占有率立方面心最密堆积的空间占有率 =74% 2021/6/448 2021/6/449 2021/6/450 2021/6/451 2021/6/452 2021/6/453 金属晶体的四中堆积模型对比2021/6/454 ②②密置密置层三维层三维堆积堆积①①非密非密置层三置层三维堆积维堆积（（2）金属晶体的原子堆积方式）金属晶体的原子堆积方式a、简单立方堆积、简单立方堆积 配位数配位数6；空间利用率；空间利用率52%b、体心立方堆积、体心立方堆积 （钾型）（钾型）代表物：代表物：Be、、Mg、、Zn、、Ti; 配位数配位数 :12 ；；空间利空间利用率用率74%；方式；方式ABAB…C、六方最密堆积、六方最密堆积 （镁型）（镁型）代表物：代表物：Li、、Na、、K、、Rb、、Cs、、Fe ; 配位数配位数 8；； 空空间利用率间利用率 68%d、面心立方最密堆积、面心立方最密堆积 （铜型）（铜型）代表物：代表物：Cu、、Au、、Ag; 配位数配位数 : 12 ；； 空间空间利用率利用率74%; 方式：方式：ABCABC……2021/6/455 2021/6/458 部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！ 。