金属晶体 课件
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(共42张PPT)
Ti
金属样品
第三节 金属晶体
从上述金属的应用来看，金属有哪些共同
的物理性质呢
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、金属的结构
问题：构成金属晶体的粒子有哪些？
组成粒子：
作用力：
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用－－ 金属键（电子气理论）
金属晶体：
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。
金属键：金属晶体中原子之间的化学作用
力叫做金属键。
金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。
强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。
电子气理论：
经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
⑴金属导电性的解释
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电子气就会发生定向移动，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：
导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气”（自由电子）担当什么角色
⑵金属导热性的解释
“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。
⑶金属延展性的解释
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。
不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。
金属的延展性
自由电子
+
金属离子
金属原子
位错
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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
1、金属晶体的形成是因为晶体中存在 （ ）
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
C
练习
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
C
3、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
B
4、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？
课后阅读材料
1．超导体——一类急待开发的材料
一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。1911年荷兰物理学家H·昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4 K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。
2．合金：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属大；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属差。
金属晶体的原子平面堆积模型
金属晶体中的原子可堪称直径相等的小球。将等径园球在一平面上排列，有两种排布方式，按（a）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（b）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
简单立方堆积（Po）
金属晶体的原子空间堆积模型1
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积
简单立方堆积
体心立方堆积（ IA，VB，VIB）
金属晶体的原子空间堆积模型2
金属晶体的堆积方式──钾型
体心立方堆积
配位数：8
金属晶体的原子空间堆积模型3
镁型
铜型
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 )
六方密堆积
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 )
面心立方
B
C
A
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
钾型(bcp) K、Na、Fe 68% 8
镁型(hcp) Mg、Zn、Ti 74% 12
铜型(ccp) Cu, Ag, Au 74% 12
Po (钋)
1．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
能力训练
2．关于ⅠA族和ⅡA族元素的下列说法中正确的是
A．同一周期中，ⅠA族单质的熔点比ⅡA族的高
B．浓度都是0.01mol·L－1时，氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小
C．氧化钠的熔点比氧化镁的高
D．加热时碳酸钠比碳酸镁易分解
3．有A、B、C三种元素。已知①4gA元素的单质与水作用，标况下放出H22.24L，反应中有1.204×1023个电子发生转移。②B元素可与A形成AB2型的离子化合物，且知A、B的离子具有相同的核外电子排布。③元素C的气态氢化物可与其最高价氧化物的水化物发生非氧化还原反应生成盐，1mol该盐含42个电子。据此填写下列空白：
（1）元素符号：A___________，B___________，C___________。
（2）用电子式表示C的气态氢化物的形成过程___________；它与B的气态氢化物反应时有___________现象发生，生成物的电子式___________，它属于___________晶体。
4、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。
8、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 r
a
a
r
r
o
r
r
提示：
数出面心立方中的铜的个数：
Ti
金属样品
第三节 金属晶体
从上述金属的应用来看，金属有哪些共同
的物理性质呢
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、金属的结构
问题：构成金属晶体的粒子有哪些？
组成粒子：
作用力：
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用－－ 金属键（电子气理论）
金属晶体：
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。
金属键：金属晶体中原子之间的化学作用
力叫做金属键。
金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。
强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。
电子气理论：
经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
⑴金属导电性的解释
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电子气就会发生定向移动，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：
导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气”（自由电子）担当什么角色
⑵金属导热性的解释
“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。
⑶金属延展性的解释
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。
不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。
金属的延展性
自由电子
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金属原子
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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
1、金属晶体的形成是因为晶体中存在 （ ）
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
C
练习
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
C
3、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
B
4、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？
课后阅读材料
1．超导体——一类急待开发的材料
一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。1911年荷兰物理学家H·昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4 K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。
2．合金：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属大；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属差。
金属晶体的原子平面堆积模型
金属晶体中的原子可堪称直径相等的小球。将等径园球在一平面上排列，有两种排布方式，按（a）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（b）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
简单立方堆积（Po）
金属晶体的原子空间堆积模型1
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积
简单立方堆积
体心立方堆积（ IA，VB，VIB）
金属晶体的原子空间堆积模型2
金属晶体的堆积方式──钾型
体心立方堆积
配位数：8
金属晶体的原子空间堆积模型3
镁型
铜型
1
2
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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
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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
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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 )
六方密堆积
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
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1
2
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1
2
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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 )
面心立方
B
C
A
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
钾型(bcp) K、Na、Fe 68% 8
镁型(hcp) Mg、Zn、Ti 74% 12
铜型(ccp) Cu, Ag, Au 74% 12
Po (钋)
1．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
能力训练
2．关于ⅠA族和ⅡA族元素的下列说法中正确的是
A．同一周期中，ⅠA族单质的熔点比ⅡA族的高
B．浓度都是0.01mol·L－1时，氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小
C．氧化钠的熔点比氧化镁的高
D．加热时碳酸钠比碳酸镁易分解
3．有A、B、C三种元素。已知①4gA元素的单质与水作用，标况下放出H22.24L，反应中有1.204×1023个电子发生转移。②B元素可与A形成AB2型的离子化合物，且知A、B的离子具有相同的核外电子排布。③元素C的气态氢化物可与其最高价氧化物的水化物发生非氧化还原反应生成盐，1mol该盐含42个电子。据此填写下列空白：
（1）元素符号：A___________，B___________，C___________。
（2）用电子式表示C的气态氢化物的形成过程___________；它与B的气态氢化物反应时有___________现象发生，生成物的电子式___________，它属于___________晶体。
4、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。
8、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 r
a
a
r
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o
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提示：
数出面心立方中的铜的个数：