3.3 金属晶体 课件 (1)

(共26张PPT)
第三节 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、金属晶体
1、结构
3、组成粒子：
作用力：
金属阳离子和自由电子
金属阳离子和自由电子之间的较强作用—— 金属键
2、金属晶体：
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。
通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。
注：金属中的电子属于整块金属
4、金属键的本质：电子气理论
【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。
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、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
【讨论2】金属为什么易导热？
金属容易导热，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、金属晶体结构与金属导热性的关系
【讨论3】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、金属晶体结构与金属延展性的关系
4、金属晶体结构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、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。
四.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。
如：K Na Mg Al
Li Na K Rb Cs
﹥
﹥
﹥
﹥
﹤
﹤
﹤
五、金属晶体的原子堆积模型
1、几个概念
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
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数
空间利用率：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的程度
2、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球。将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，按（b）图方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（a）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。
（a）非密置层 （b）密置层
配位数： 4 6
3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型
①简单立方堆积（Po）（非密置层）
简单立方堆积
②体心立方堆积—钾型（碱金属）（非密置层）
体心立方堆积
配位数：8
镁型
铜型
六方最密堆积和面心立方最密堆积
（密置层）
1
2
3
4
5
6
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 )
1
2
3
4
5
6
A
B
，
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。
下图是此种六方
紧密堆积的前视图
A
B
A
B
A
第一种是将球对准第一层的球。
1
2
3
4
5
6
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 )，空间利用率为74%
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。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
此种立方紧密堆积的前视图
A
B
C
A
A
B
C
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 )
镁型
铜型
金属晶体的两种最密堆积方式
堆积模型 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 52% 6
体心立方 K、Na、Fe 68% 8
镁型(hcp) Mg、Zn、Ti 74% 12
铜型(ccp) Cu, Ag, Au 74% 12
Po (钋)
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--------
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
小结：四种晶体类型与性质的比较
晶体类型 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体
概念 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 离子之间通过离子键结合而成的晶体 分子间以范德华力相结合而成的晶体 通过金属键形成的晶体
作用力 共价键 离子键 范德华力 金属键
构成微粒 原子 阴、阳离子 分子 金属阳离子和自由电子
物
理
性
质 熔沸点 很高 较高 很低 有高有低
硬度 很大 较大 很小 有高有低
导电性 硅为半导体，其它为非导体 水溶液或熔融状态可导电 非导体 导体
实例 金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅 大部分盐、强碱等 Ar、S等 Au、Fe、Cu、钢铁等
晶体 液态 气态
破坏离子键
离子半径越小
离子所带的电荷越多
离子键越强
熔沸点越高
离子键强弱取决于：
离子所带的电荷
离子半径
（熔点）
（沸点）
三、离子晶体的某些物理性质
（1）较高熔点、沸点、难挥发。
（2）硬度较大，质脆。（离子键较强）
（3）固体不导电，熔化或溶于水后能导电。
（4）大多数易溶于水中。