高中化学物质的结构与性质原子结构原子的性质共价键分子的立体结构人教版 选修三$3.3 金属晶体

金属样品金属样品第三节第三节 金属晶体金属晶体 从上述金属的应用来看，金属有哪些共同从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢的物理性质呢? 一、金属共同的物理性质一、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。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金属为什么具有这些共同性质呢? ?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？问题：构成金属晶体的粒子有哪些？组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子和自由电子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金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键（电子气理论）金属键（电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质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金属键：金属晶体中原子之间的化学作用 力叫做金属键。力叫做金属键。 金属原子的电离能低，容易失去电子而形成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，这种键既没有键，这种键既没有方向性方向性也没有也没有饱和性饱和性，金属键，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得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。个晶体的离域化学键。强调：强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。电子气理论：电子气理论： 经典的金属键理论叫做经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱脱落落”下来的大量自由电子形成可与气体相比下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的拟的带负电的“电子气电子气”，金属原子则，金属原子则“浸浸泡泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系金属导电性的解释金属导电性的解释 在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方（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。向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：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动的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气电子气”（自由电子）担当什么角色（自由电子）担当什么角色?金属导热性的解释金属导热性的解释“电子气电子气”（自由电子）在运动时经常与金属离（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，那个区域里的热时，那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能（自由电子）能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用（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分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。的温度。金属延展性的解释金属延展性的解释 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，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，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。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。子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+ + + + + + +资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是- 铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金1 1、金属晶体的形成是因为晶体中存在、金属晶体的形成是因为晶体中存在 （ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用 C练习练习2 2金属能导电的原因是金属能导电的原因是( ( ）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下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可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用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下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 C3 3、下列叙述正确的是（、下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键 B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。合金的特点仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强；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（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型1金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积（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金属晶体的堆积方式钾型钾型体心立方堆积体心立方堆积配位数：配位数：8金属晶体的原子空间堆积模型3镁型镁型铜型铜型123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 )六方密堆积六方密堆积 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 面心立方面心立方 BCA镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式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、Fe68%8镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12铜型(ccp)Cu, Ag, Au74%12Po (钋)