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1、第三章第三章 晶体的结构与性质晶体的结构与性质第三节第三节 金属晶体金属晶体TiTi1 1、金属晶体金属晶体 （1 1）概念）概念（3 3）粒子间的作用力：）粒子间的作用力： 金属键金属键 （2 2）构成金属晶体的粒子：）构成金属晶体的粒子： 金属离子、自由电子金属离子、自由电子 （4 4）常见金属晶体）常见金属晶体 ：金属、合金：金属、合金金属离子与自由电子通过金属键结合金属离子与自由电子通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体而成的晶体叫做金属晶体一、金属键一、金属键 2 2、金属键、金属键 金属离子金属离子与与自由电子自由电子之间强烈的相互作用之间强烈的相互作用 （1 1）定义）定义 （2
2、2）本质）本质 电子气理论电子气理论 金属原子的价电子发生脱落，金属原子的价电子发生脱落，形成金属阳离子和自由电子形成金属阳离子和自由电子 自由电子被所有原子所共用从而自由电子被所有原子所共用从而把所有的金属原子维系在一起把所有的金属原子维系在一起 无饱和性；无方向性无饱和性；无方向性3 3、金属性质与电子气理论、金属性质与电子气理论 （1 1）金属导电性）金属导电性 电子气的运动是没有一定方向的，电子气的运动是没有一定方向的，但但在外加电场的条件下，自由电子在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流定向运动形成电流，所以金属容易，所以金属容易导电导电（2 2）金属的导热性）金属的导热性 自
3、由电子在运动时与金属离子碰撞，把自由电子在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，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。从而使整块金属达到相同的温度。 高温下热运动剧烈，因此电子的定向移动高温下热运动剧烈，因此电子的定向移动程度减弱，所以，随着温度的升高，金属程度减弱，所以，随着温度的升高，金属的导电性减弱的导电性减弱 （3 3）金属的延展性）金属的延展性 金属离子和自由电子间相互作用没有方金属离子和自由电子间相互作用没有方向性，在外力作用下各原子层就会发生向性，在外力作用下各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，相对滑动，但不会改变
4、原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起而且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到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用 金属晶体的金属晶体的结构与性构与性质的关系的关系导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属离金属离子和自子和自由电子由电子自由电子在外自由电子在外加电场的作用加电场的作用下发生定向移下发生定向移动动自由电子与自由电子与金属离子碰金属离子碰撞传递热量撞传递热量晶体中各原晶体中各原子层相对滑子层相对滑动仍保持相动仍保持相互作用互作用金属键的强弱与金属键的强弱与离子半径、离子电荷离子半径、离子电荷有关有关 （4 4）金属的熔点、硬度）金属的熔点、硬度 金
5、属的熔点、硬度与金属键的强弱有关金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关离子半径离子半径越小越小或离子所带电荷或离子所带电荷越多越多，则金，则金属键属键越强越强，金属的熔沸点，金属的熔沸点越高越高、硬度、硬度越大越大。 2、下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体的是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、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、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、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、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能
6、导电导电1、下列说法错误的是、下列说法错误的是 A、镁的硬度大于铝、镁的硬度大于铝 B、镁的熔沸点低于钙、镁的熔沸点低于钙 C、镁的硬度大于钾、镁的硬度大于钾 D、钙的熔沸点高于钾、钙的熔沸点高于钾BAB课堂练习课堂练习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 -38.87熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨 3410密度最小的金属是密度最小的金属是-锂 0.53g/cm3密度最大的金属是密度最大的金属是-锇 22.57g/cm3硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯 0.2硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬 9.0最活最活泼的金属是的金属是-铯最最稳定的金属是定的金属是-金金延
7、性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂丝直径：铂丝直径： mm展性最好的金属是展性最好的金属是-金金金箔厚：金箔厚：mm小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体晶体类型型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性性实例例金金刚石、二氧化硅、晶石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢铁等等相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体共价键共价键原子原子很大很大很高很高无（硅为半导体）无（硅为半导体）分
8、子分子分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体范德华力范德华力很低很低很小很小无无通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体金属键金属键金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子差别较大差别较大差别较大差别较大导体导体二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 1 1、几个概念、几个概念 由于金属键没有方向性，每个金属原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，所以子中的电子分布基本是球对称的，所以可以可以 把金属晶体看成是由直径相等的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。圆球的三维空间堆积而成的。理论基础：理论基础： 组成晶体
9、的金属原子在没有其他因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素影响时，在空间的排列大都遵循紧紧密堆积密堆积原理。这是因为金属键没有方原理。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，使晶体密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。变得比较稳定。堆积原理：堆积原理：配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相：在晶体中与每个微粒紧密相邻且距离相等的微粒个数邻且距离相等的微粒个数空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数晶体的空间被微粒占
10、满的体积百分数用来表示紧密堆积程度。用来表示紧密堆积程度。 紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。最小的空间。I I 型型II II 型型配位数为配位数为4 4配位数为配位数为6 6密置层密置层非密置层非密置层12341234562.2.金属晶体的原子在二维平面的堆积模型金属晶体的原子在二维平面的堆积模型（1 1）非密置层在三维空间堆积）非密置层在三维空间堆积非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，空间利用率低（52%52%）配位数是配位数是 个个只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方
11、式）采取这种堆积方式63.3.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型金属晶体的原子在三维空间的堆积模型简单立方堆积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 aa aa aa = 2 r体心立方堆积体心立方堆积-钾型钾型这种堆积晶胞是一个体心立方，每这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含个晶胞含 个原子，空间利用个原子，空间利用率也不高（率也不高（68%68%），属于非密置层），属于非密置层堆积，配位数为堆积，配位数为 ，如碱金属、如碱金属、FeFe等等采取这种堆积方式。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 aa a2 2ab = 4 rb =3aa = 4 r3b b2 2a
