金属晶体金属键堆积方式

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,分子的密堆积,（与CO,2,分子距离最近的CO,2,分子共有12个 ）,干冰的晶体结构图,1,109,28,共价键,金刚石的晶体结构示意图,2,金刚石中每个C原子以sp,3,杂化，分别与4个相邻的C 原子形成4个键，故键角为10928，每个C原子的配位数为4；,每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41/4 =2个碳原子；,在金刚石中最小的环是六元环，1个环中平均含有61/12=1/2个C原子，含C-C键数为61/6=1；,金刚石的晶胞中含有C原子为8个，内含4个小正四面体，含有C-C键数为16。,3,180,109,28,Si,O,共价键,二氧化硅晶体结构示意图,4,二氧化硅中Si原子均以sp,3,杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键；,晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为61/12=1/2，拥有的O原子数为61/6=1，拥有的Si-O键数为121/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。,5,【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法,（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。,（2）记忆常见的、典型的原子晶体。,（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。,（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。,（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。,6,晶体结构,几种典型的晶体结构,高二化学（选修3）第三章,第三节 金属晶体,Ti,7,Ti,金属样品,8,1、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?,2、金属的结构,9,（1）定义：,金属离子和自由电子之间的相互作用。,（2）成键微粒:,金属阳离子和自由电子,（3）键的存在:,金属单质和合金中,（4）方向性:,无方向性,（5）键的本质:,电子气理论,金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。,（,6）键的强弱:,阳离子半径；所带电荷,阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高,、金属键,10,组成粒子：,金属阳离子和自由电子,作用力：,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：,概念：,金属阳离子和自由电子,通过金属键作用形成的晶体,11,【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。,3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系,、金属晶体结构与金属导电性的关系,12,导电物质,离子晶体,金属晶体,导电时的状态,导电粒子,升温时,导电能力,溶液或熔融液,固态或液态,阴离子和阳离子,自由电子,增强,减弱,比较离子体导电与金属晶体导电的区别：,13,【讨论2】,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，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。,、金属晶体结构与金属导热性的关系,14,【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。,、金属晶体结构与金属延展性的关系,15,金属的延展性,自由电子,金属离子,外力,16,、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。,17,4.金属晶体熔点变化规律,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 ,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,18,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,19,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,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,练习,C,B,20,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.,离子化合物中只含有离子键，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,B,4.下列有关金属键的叙述错误的是 ( ),A.金属键没有方向性,B.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用,C.金属键中的电子属于整块金属,D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关,21,5.下列有关金属元素特性的叙述正确的是,A. 金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性,B. 金属元素在化合物中一定显正化合价,C. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同,D. 金属元素的单质在常温下均为晶体,B,6. 金属的下列性质与金属键无关的是( ),A. 金属不透明并具有金属光泽,B. 金属易导电、传热,C. 金属具有较强的还原性,D. 金属具有延展性,C,22,7.能正确描述金属通性的是 ( ),A. 易导电、导热 B. 具有高的熔点,C. 有延展性 D. 具有强还原性,AC,8. 下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （ ）,A.,用铁制品做炊具 B. 用金属铝制成导线,C. 用铂金做首饰 D. 铁易生锈,D,23,9. 金属键的强弱与金属,价电子数,的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的,半径大小,也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是,A. Li Na K B. Na Mg Al,C. Li Be Mg D. Li Na Mg,B,24,二.金属晶体的原子堆积模型,25,（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，按左图方式排列，,剩余的空隙较大,，称为,非密置层,；按右图方式排列，圆球周围,剩余空隙较小,，称为,密置层,。,26,二维平面堆积方式,行列对齐,四球一空,非最紧密排列,行列相错,三球一空,最紧密排列,密置层,非密置层,配位数：4,配位数：6,27,三维空间堆积方式,.,简单立方堆积,非密置层的三维堆积方式,28,晶胞内原子数：,配位数：,空间利用率：,典型金属：,立方晶胞,（钋）Po,52,6,1,29,Na,、K、Cr、Mo、W等,属于体心立方堆积,。,.,体心立方堆积（钾型）,30,这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中,得到的是,体心立方堆积,。,.,体心立方堆积（钾型）,晶胞内原子数：2,配位数：8,空间利用率：68,典型金属：,K 、Na、Fe,体心立方晶胞,31,第一层 ：,三维空间堆积方式,密置层的三维堆积方式,32,1,2,3,4,5,6,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。,33,两个密置层,密置堆积,三个密置层,密置堆积,六方堆积,面心立方,堆积,34,上图是此种六方,堆积的前视图,A,B,A,B,A,第一种：,将第三层球对准第一层的球,1,2,3,4,5,6,于是每两层形成一个周期，即 AB AB,堆积方式，形成六方堆积。,配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 ),.,六方堆积（镁型）,镁、锌、钛等属于六方堆积,35,镁型,（,AB型六方最密,堆积,）,B,A,B,A,B,A,镁型晶胞的抽取,B,A,B,六方晶胞,晶胞内原子数：2,配位数：12,空间利用率：74,典型金属：,Mg Zn Ti,36,第三层的,另一种排列方式，是将球对准第一层的 1，3，5 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,37,1,2,3,4,5,6,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。 这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。,配位数 12,( 同层 6， 上下层各 3 ),.面心立方,堆积（铜型）,金、银、铜、铝等属于面心立方堆积,38,铜型（,面心立方最密堆积,),B,A,A,C,C,B,1,ABC铜型面心立方晶胞的抽取,B,B,A,C,39,ABC ABC 形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。,空间利用率高为74 。,40,简单立方堆积,配位数 = 6,空间利用率 = 52.36%, 体心立方堆积,体心立方晶胞,配位数 = 8,空间利用率 = 68.02%, 六方堆积,六方晶胞,配位数 = 12,空间利用率 = 74.05%,面心立方堆积,面心立方晶胞,配位数 = 12,空间利用率 = 74.05%,堆积方式及性质小结,41,一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。,知识拓展石墨,42,石墨晶体结构,知识拓展石墨,43,石墨,1、石墨为什么很软？,2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。,石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔沸点很高。,金刚石的熔点是3550,石墨的熔点是36523697(升华)。石墨熔点高于金刚石。,石墨应该是混合型晶体,而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,似乎不可思议,但石墨晶体片层内共价键的键长是1.421010m,金刚石晶体内共价键的键长是1.551010m。同为,共价键,键长越小,键能越大，键越牢固,破坏它也就越难,也就需要提供更多的能量,故而熔点应该更高。,44,石墨的晶体结构,请阅读,并开展辩论 ：石墨是原子晶体吗？,正方：是原子晶体,同一层内，碳原子,以共价键结合。,形成网状结构,反方：不是原子晶体,层与层之间通过范德,华力结合。,不是空间的网状结构,熔点很高,石墨很软,石墨晶体过渡型晶体或混合型晶体,45,石墨是层状结构的,混合型,晶体,46,分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比。,故正六边形中的碳碳键数为61/2=3，,解析：,我们可以先选取一个正六边形,此结构中的碳原子数为6,一个碳原子被三个六元碳环共用，,正六边形中的碳原子数为61/3=2。,六边形中的任一条边（即碳碳键）,均被2个正六边形共用，,所以碳原子数与碳碳键数目比为2:3。,47,