(共25张PPT)
金属晶体的原子堆积模型
金属晶体
因为金属键没有方向性和饱和性，且晶体中的原子可看成是直径相等的球体。金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。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，使晶体变得比较稳定。
二、金属晶体的原子堆积模型
紧密堆积原理：
空间利用率：
配位数：
物质中一个原子周围最近且等距的原子数目。
用它来表示紧密堆积的程度。
晶胞中原子的总体积
晶胞的体积
﹪
100
×
一、二维空间金属原子的排列方式
非密置层放置
配位数：4
密置层放置
配位数：6
1
1
2
2
3
3
4
4
5
6
二、三维空间中金属晶体的堆积方
（一）、非密置层堆积
（1）
第二层小球的球心
正对着
第一层小球的球心
（2）
第二层小球的球心
正对着
第一层小球形成的空穴
晶胞
1、简单立方堆积
Po
①平均占有的原子数目：
8
1
×8
= 1
② 配位数：
6
③空间利用率：
a = 2r 金属原子体积=4/3πr3
%
体心立方晶胞
2、体心立方堆积
碱金属（K、Na等）Fe
①晶胞平均占有的原子数目：
8
1
×8
= 2
+ 1
②配位数：
8
③空间利用率：
（二）三维空间密置层的堆积方式
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
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。
配位数
空间利用率
12
12
74%
74%
前视图
前视图
1
2
3
4
5
6
ABAB...
ABCABC...
前视图
A
B
A
B
A
1、六方最密堆积（ABAB…）
第三层小球对准第一层的小球。
每两层形成一个周期地紧密堆积。
1
2
3
4
5
6
1200
平行六面体
六方最密堆积
典例：Mg、Zn、Ti
（1）每个晶胞有2个原子
（2）配位数：12
（3）空间利用率：74%
2、面心立方最密堆积（ABCABC…)
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。
第四层同第一层。
每三层形成一个周期地紧密堆积。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前视图
C
典例：Cu、Ag、Au
A B C
①平均占有的原子数目：
8
1
×8
= 4
+
2
1
×6
?配位数：12
②空间利用率
a = 4 r
2
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
简单堆积 Po (钋) 52% 6
体心立方堆积 K、Na、Fe 68% 8
六方最密堆积 Mg、Zn、Ti 74% 12
面心立方最密堆积 Cu, Ag, Au 74% 12
小结：
(共23张PPT)
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
取6个等径圆球，每3个球排成一排作为一组，
将2组球平放在桌面上，使球与球之间尽可能
多地紧密接触，有多少种排列方式？
非密置层放置
密置层放置
二维平面金属原子紧密排列方式
1
1
2
2
3
3
4
4
5
6
金属原子总是趋向于作紧密堆积，在二维平面
内有且仅有两种排列方式：
非密置放置
配位数：4
密置放置
配位数：6
先将三组球以非密置层放置于桌面，再在其上
方放置另两或三组同样以非密置层排列的球，
有几种放法？
三维空间非密置层堆积方式
方式Ⅰ
第二层小球的球心
正对着
第一层小球的球心
“心对心”
方式Ⅱ
第二层小球的球心
正对着
第一层小球的空隙
“心对空”
简单立方堆积(scp)
Po
“心对心”
例1.求简单立方堆积原子的配位数及原子半径
与晶胞棱长的关系以及空间利用率？
1
2
3
4
5
6
棱长=球半径×2
体心立方堆积(bcp)
Na
“心对空”
1
2
3
4
5
6
7
8
棱长a=
>2r
将密置层的小球在一个平面上黏合在一起，再
一层一层地堆积起来（至少堆 4 层），使相邻
层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？
第二层
“心对空”
三维密置层ABAB…堆积方式
第三层“心对心”
每两层为周期
三维密置层ABCABC…堆积方式
第三层“心对空”
每三层为周期
六方最密堆积(hcp)
Mg
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
例3.在六方最密堆积中，求：配位数；
面心立方最密堆积(ccp)
Cu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
例4.在面心立方最密堆积中，求：
(1).配位数；原子半径与晶胞棱长的关系
以及空间利用率
(2).晶胞实际占有的原子数。
“心对
心”
简单
立方
非密置层
密置层
“心对
空”
“ABC
ABC”
“ABAB…”
体心
立方
六方
最密
面心立
方最密
6
8
12
12
52%
68%
74%
74%
典型代表 Po型 Na型 Mg型 Cu型
层类型
堆积方式
堆积模型
配位数
空间利用率
【典例】结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：
（1）有下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au 其堆积方式为：
①简单立方堆积的是__________________________；
②体心立方堆积的是__________________________；
③六方最密堆积的是__________________________；
④面心立方最密堆积的是______________________。
Po
Na K Fe
Mg Zn
Cu Au
2.（1）如图所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是___。
②
（2）如图为金属铜的一个晶胞，请完成以下各题。
①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是____个。
②该晶胞称为____（填序号）。
A.六方晶胞
B.体心立方晶胞
C.面心立方晶胞
4
C
作 业
利用手里模型动手完成四种堆积方式
利用几何知识计算六方最密堆积方式的空间利用率
(共61张PPT)
金属晶体
第一课时
易导电、导热、有延展性、有金属光泽等
1.金属的通性
易导电、导热、有延展性、有金属光泽等
1.金属的通性
金属为什么具有这些共同性质呢?
2.“电子气理论”
“电子气理论”要点：
①金属原子 “脱”掉的价电子形成自由电子；
②金属原子脱掉的电子不再只属于自己，而被整个晶体共用。
③金属阳离子 “浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。
④“电子气”与金属阳离子之间存在的相互作用，即金属键。
3. 金属键
①本质：金属阳离子和自由电子间的相互作用
②特点：既无饱和性也无方向性
③强弱比较：金属阳离子的半径越小，所带电荷越多，金属键越强！
金属离子和自由电子的静电作用
原子间通过共用电子对的相互作用
无方向性 饱和性
有方向性 饱和性
金属离子 自由电子
原子
一般是金属单质
一般是非金属原子
金属单质或合金中，如Fe、 Mg
N2 、 HCl 、 SO3 Na2O2 、NH4NO3
金属离子半径及所带电荷数
原子半径及元素的电负性
化学键类型 金属键 共价键
概念
特征
成键粒子
形成条件
受制因素
存在实例
4. 金属晶体
(1)构成微粒：
(2)微粒间作用力：
金属阳离子和自由电子
金属键
(3)金属晶体熔沸点：
构成金属晶体的金属阳离子的半径越小、
所带电荷数越多，熔沸点越高。
1.碱金属元素从上到下其单质的熔沸点的变化趋势如何？为什么?
2.卤族元素从上到下其单质的熔沸点变化趋势如何?为什么?
从上到下依次减小。
碱金属单质是金属晶体,构成晶体的阳离子半径越小,熔沸点越高。
从上到下依次增大。
卤素单质是分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔沸点越高。
“电子气理论”的应用
金属为什么易导电？
外加电场 → 自由电子 → 定向运动
金属的导电性和电解质溶液的导电性有何差异？
水溶液或 熔融状态下
晶体状态
自由移动的离子
自由电子
导电性增强
导电性减弱
类型 电解质 金属晶体
导电时的状态
导电粒子
升温对导电性的影响
金属为什么易导热？
加热 → 速率变快 → 碰撞 → 热传递
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。
金属为什么具有较好的延展性？
金属键无方向性，层与层在外力作用下易发生相对滑动。
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。
金属具有光泽和颜色
合金性质与成分金属性质的差异
当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样,会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变.
石墨
石墨中C－C夹角为120☉， C-C键长为 1.42×10－10 m层间距为
3.35× 10-10 m
石墨晶体
1、石墨晶体是层状结构：
层内：C原子形成平面六元并环的平面网状结构。
层间：以范德华力结合。
----混合型晶体(过渡型晶体)
共价键、金属键、范德华力
2、层内剖析：
(1)C 采取sp2 杂化
3个杂化轨道与3个C形成C-C键（共价键），构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；
p轨道上的电子在该平面内自由运动，形成金属键
(3)C原子个数与C—C键数之比为：
(2)每个正六边形平均只占有6×(1／3)=2个C
1﹕3×(1/2)=2﹕3
2、层内剖析：
3、性质：
熔点高（高于金刚石）
硬度小，
可导电 。
性质：熔点高（高于金刚石），硬度小，可导电 。
石墨晶体
石墨晶体是层状结构：
层内C原子以共价键结合成平面网状结构，
层间以范德华力结合。
----混合型晶体(过渡型晶体)
每个C与3个C形成C—C键，构成正六边形，
键长相等，键角相等(均为120°)；
C原子个数与C—C键数之比为：
每个正六边形平均只占有6×(1／3)=2个C
1﹕3×(1/2)=2﹕3
金属晶体
第二课时
1. 金属晶体的原子排列方式(二维空间)
将若干个小球放置在平面内紧密接触，看有几种排列方式？
非密置层
密置层
【思考】二者中，原子的配位数分别是多少？
配位数：4
配位数：6
二、金属晶体的原子堆积模型
配位数：指任意一个原子周围与之相接触的原子的数目。
2. 金属晶体的原子三维堆积方式
(1)简单立方堆积
配位数：6
【思考】该堆积方式中金属原子的配位数是多少？
空间利用率呢？
简单立方堆积的空间利用率计算
简单立方堆积的晶胞特点
1、晶胞中含有1个原子
2、棱上的2个原子紧密相连
简单立方堆积空间利用率的计算
设球的半径为r，则晶胞的边长为2r
2r
1个晶胞中平均含有1个原子
V球=
V晶胞=（2r）3=8r3
空间利用率=
=52%
2. 金属晶体的原子三维堆积方式
(1)简单立方堆积
配位数：6
空间利用率： 52% 太低！
(2)体心立方堆积
【思考】该堆积方式中金属原子的配位数是多少？
空间利用率呢？
配位数：8
体心立方堆积的空间利用率计算
体心立方堆积的晶胞特点
1、晶胞中含有2个原子
2、体对角线的3个原子紧密相连
体心立方堆积的空间利用率计算：
a
b
空间利用率
a
= 68%
a
1个晶胞中平均含有2个原子
(2)体心立方堆积
配位数：8
空间利用率： 68%
------钠、钾、铁等
按密置层进行堆积，第二层只有一种堆积方式。
堆到第三层会有种堆积方式呢？
A
每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式。
(3)六方最密堆积
配位数：
12
空间利用率：
74%
------镁、锌、钛等
A
每三层形成一个周期，即ABCABC堆积方式。
(4)面心立方最密堆积
配位数：
12
空间利用率：
74%
------铜、银、金等
密置层的两种堆积方式：
配位数：12 ，空间利用率：
74%
都为最紧密堆积
Po(钋)
非密置层
棱上2球
6
K Na Fe
非密置层
体对角线3球
8
Mg Zn Ti
密置层
三棱柱的中心
12
Cu Ag Au
密置层
面角线
3球
12
52%
68%
74%
74%
堆积
类型 代表
物质 层类型 晶胞 相切
原子 配位数 空间
利用率
简单
立方
体心立方（K型）
六方最密（Mg型）
面心最密（Cu型）
石墨
石墨中C－C夹角为120☉， C-C键长为 1.42×10－10 m层间距为
3.35× 10-10 m
石墨晶体
1、石墨晶体是层状结构：
层内：C原子形成平面六元并环的平面网状结构。
层间：以范德华力结合。
----混合型晶体(过渡型晶体)
共价键、金属键、范德华力
2、层内剖析：
(1)C 采取sp2 杂化
3个杂化轨道与3个C形成C-C键（共价键），构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；
p轨道上的电子在该平面内自由运动，形成金属键
(3)C原子个数与C—C键数之比为：
(2)每个正六边形平均只占有6×(1／3)=2个C
1﹕3×(1/2)=2﹕3
2、层内剖析：
3、性质：
熔点高（高于金刚石）
硬度小，
可导电 。
1mol冰中水分子间有______mol氢键；
1mol石墨中有______molC—C键；
1mol金刚石中有______molC—C键；
1molSiO2中有______molSi—O键。
2
1.5
2
4
