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第三节 金属晶体,第三章 晶体结构与性质,1.知道金属键的含义和金属晶体的结构特点。 2.能用电子气理论解释金属的一些物理性质，熟知金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。,学习目标定位,内容索引,一 金属键和金属晶体,二 金属晶体的堆积方式,当堂检测,一 金属键和金属晶体,1.钠原子、氯原子能够形成三种不同类别的物质： (1)化合物是 ，其化学键类型是 。 (2)非金属单质是 ，其化学键类型是 。 (3)金属单质是 ，根据金属单质能够导电，推测金属单质钠中存在的结构微粒是 。 2.由以上分析，引伸并讨论金属键的有关概念： (1)金属键的概念 金属键： 与 之间的强烈的相互作用。 成键微粒： 和 。 成键条件： 。,导学探究,NaCl,离子键,Cl2,非极性共价键,Na,Na和自由电子,金属阳离子,自由电子,金属阳离子,自由电子,金属单质或合金,(2)金属键的本质 描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。它把金属键形象地描绘为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“ ”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)金属键的特征 金属键无方向性和饱和性。晶体里的电子不专属于某几个特定的金属离子，而是几乎均匀地分布在整个晶体里，把所有金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱和性。 (4)金属晶体 通过 与 之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。,电子气,金属阳离子,自由电子,3.金属晶体物理特性分析 (1)金属键 方向性，当金属受到外力作用时， 而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。 (2)金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的 发生定向移动。 (3)金属的导热性是 而引起能量的交换，从而使能量从 的部分，使整块金属达到相同的温度。,没有,晶体中的各原子层发,生相对滑动,自由电子可以在外加,电场作用下,自由电子在运动时与金属离子碰撞,温度高的部分传到温度低,4.金属晶体的熔点比较 (1)金属的熔点高低与金属键的强弱直接相关。金属键越强，金属的熔点(沸点) ，硬度一般也 。 (2)金属键的强弱主要取决于金属阳离子的半径和离子所带的电荷数。金属阳离子半径越小，金属键 ；离子所带电荷数越多，金属键 。 (3)同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点 。同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点 。 (4)金属晶体熔点差别很大，如汞常温为 ，熔点很低(38.9 )，而铁等金属熔点很高(1 535 )。,越高,越大,越强,越强,升高,降低,液体,归纳总结,1.下列关于金属键的叙述中，不正确的是( ) A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相 互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用， 所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 C.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属 键无饱和性和方向性 D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动,活学活用,1,2,解析 从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性； 自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。故选B。 答案 B,1,2,1,2,2.下列关于金属晶体的叙述正确的是( ) A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变 而消失 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好,解析 常温下，Hg为液态，A错； 因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确； 钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C错； 温度升高，金属的导电性减弱，D错。,B,二 金属晶体的堆积方式,1.金属原子在二维平面中放置的两种方式 金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式非密置层和密置层(如下图所示)。,导学探究,(1)晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。分析上图非密置层的配位数是 ，密置层的配位数是 。 (2)密置层放置，平面的利用率比非密置层的要 。,4,6,高,2.金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型 (1)简单立方堆积 将非密置层球心对球心地垂直向上排列，这样一层一层地在三维空间里堆积，就得到简单立方堆积(如下图所示)。,金属晶体的堆积方式简单立方堆积 这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含一个原子，这种堆积方式的空间利用率为52%，配位数为 ，这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。,6,(2)体心立方堆积 非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积，如下图所示。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式，这种堆积方式又称钾型堆积。,金属晶体的堆积方式体心立方堆积 这种堆积方式可以找出立方晶胞，空间利用率比简单立方堆积高得多，达到68%，每个球与上、下两层的各4个球相邻接，故配位数为 。,8,(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积 密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数为 ，空间利用率均为74%，但所得晶胞的形式不同(如下图所示)。,六方最密堆积 面心立方最密堆积 金属晶体的两种最密堆积方式六方最密堆积 和面心立方最密堆积,12,六方最密堆积如下图所示，重复周期为两层，按ABABABAB的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密排六方晶胞，故称此排列为六方最密堆积。由此堆积可知，同一层上每个球与同层中周围 个球相接触，同时又与上下两层中各 个球相接触，故每个球与周围 个球相接触，所以其配位数是 。原子的空间利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式。,6,3,12,12,面心立方最密堆积如上图所示，按ABCABCABC的方式堆积。将第一密置层记作A，第二层记作B，B层的球对准A层中的三角形空隙位置，第三层记作C，C层的球对准B层的空隙，同时应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。以后各层分别重复A、B、C层排列，这种排列方式三层为一周期，记为ABCABCABC由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采用此类堆积方式。,1.堆积原理 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，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，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。,归纳总结,2.常见的堆积模型,6,1,8,2,12,12,2,4,3.关于钾型晶体(如右图所示)的结构的叙述中正确的是( ) A.是密置层的一种堆积方式 B.晶胞是六棱柱 C.每个晶胞内含2个原子 D.每个晶胞内含6个原子,活学活用,3,4,C,4.金晶体是面心立方体，立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌(如图，其余各面省略)，金原子半径为A cm。,3,4,求： (1)金属体中最小的一个立方体含有_个金原子。,解析 根据晶胞结构可知，金晶体中最小的一个立方体含有8(1/8)6(1/2)4个金原子。,4,3,4,(2)金的密度为_gcm3。(用带A计算式表示),3,4,(3)金原子空间占有率为_。(Au的相对原子质量为197，用带A计算式表示),0.74或74%,学习小结,当堂检测,1,2,4,3,1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是( ) A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 解析 A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的； 金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和金属晶体无关。,B,5,1,2,4,3,2.下列有关金属晶体的说法中不正确的是( ) A.金属晶体是一种“巨分子” B.“电子气”为所有原子所共有 C.简单立方堆积的空间利用率最低 D.体心立方堆积的空间利用率最高,5,解析 根据金属晶体的电子气理论，选项A、B都是正确的； 金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高。,D,1,2,4,3,3.结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题： (1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。 简单立方堆积的是_； 体心立方堆积的是_； 六方最密堆积的是_； 面心立方最密堆积是_。,5,1,2,4,3,解析 简单立方堆积的空间利用率低，金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABAB的方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABC的方式堆积，六方最密堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见金属为Cu、Ag、Au。 答案 Po Na、K、Fe Mg、Zn Cu、Au,5,1,2,4,3,(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是_(填字母)。 A.由分子间作用力形成，熔点很低 B.由共价键结合形成网状晶体，熔点很高 C.固体有良好的导电性、导热性和延展性,5,解析 A项属于分子晶体； B项属于原子晶体； 而C项是金属的通性。,C,1,2,4,3,(3)下列关于金属晶体的叙述正确的是_(填字母)。 A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形 变而消失 C.钙的熔、沸点高于钾 D.温度越高，金属的导电性越好,5,1,2,4,3,解析 常温下，Hg为液态，A错； 因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确； 钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C正确； 温度升高，金属的导电性减弱，D错。 答案 BC,5,1,2,4,3,5,4.Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。,若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子原子质量为M，请回答： (1)晶胞中Al原子的配位数为_，一个晶胞中Al原子的数目为_。,1,2,4,3,5,1,2,4,3,5,(2)该晶体的密度为_(用字母表示)。,5.金刚石晶胞中含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。,1,2,4,3,5,1,2,4,3,5,1,2,4,3,5,本课结束,
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