1、3.3金屬晶體第1頁第1頁教學目的 知識與能力1、理解金屬性質和形成原因2、掌握金屬鍵本質“電子氣理論”3、能用電子氣理論和金屬晶體相關知識解釋金屬性質4、掌握金屬晶體四種原子堆積模型教學重點：金屬含有共同物理性質解釋。金屬晶體內原子空間排列方式。金屬晶體內原子空間排列方式。教學難點：金屬鍵和電子氣理論。金屬晶體內原子空間排列方式第2頁第2頁Ti金屬樣品第3頁第3頁1、金屬鍵定義：金屬離子和自由電子之間強烈互相作用，叫金屬鍵。（1）金屬鍵成鍵微粒是金屬陽離子和自由電子。（2）金屬鍵存在于金屬單質和合金中。（3）金屬鍵沒有方向性也沒有飽和性。一、金屬結構第4頁第4頁2、金屬晶體定義：通過金屬離子

2、與自由電子之間較強互相作用形成晶體。 （1）在晶體中，不存在單個分子（2）金屬陽離子被自由電子所包圍。 第5頁第5頁金屬晶體金屬原子自由電子第6頁第6頁3、電子氣理論：典型金屬鍵理論叫做“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來大量自由電子形成可與氣體相比擬帶負電“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”“海洋”之中。二、金屬共同物理性質容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。第7頁第7頁【討論1】 金屬為何易導電？ 在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子運動是沒有一定方向，但在外加電場條件下自由電子就會發生定向運動，因而形成電流，因此金屬容易導電。晶體類型離子晶體

3、金屬晶體 導電時狀態導電粒子水溶液或熔融狀態下晶體狀態自由移動離子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導電區別：三、金屬晶體結構與金屬性質內在聯系1、金屬晶體結構與金屬導電性關系第8頁第8頁【討論2】金屬為何易導熱？ 自由電子在運動時經常與金屬離子碰撞，引起兩者能量互換。當金屬某部分受熱時，那個區域里自由電子能量增長，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。 金屬容易導熱，是由于自由電子運動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高部分傳到溫度低部分，從而使整塊金屬達到相同溫度。2、金屬晶體結構與金屬導熱性關系第9頁第9頁【討論3】金屬為何含有較好延展性？ 原子晶體受外力作用時，原子間位移必定造成共價鍵斷裂

4、，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間互相作用沒有方向性，各原子層之間發生相對滑動以后，仍可保持這種互相作用，因而即使在外力作用下，發生形變也不易斷裂。3、金屬晶體結構與金屬延展性關系第10頁第10頁4、金屬晶體結構含有金屬光澤和顏色由于自由電子可吸取所有頻率光，然后不久釋放出各種頻率光，因此絕大多數金屬含有銀白色或鋼灰色光澤。而一些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸取一些頻率光而呈現較為特殊顏色。當金屬成粉末狀時，金屬晶體晶面取向雜亂、晶格排列不規則，吸取可見光后輻射不出去，因此成黑色。第11頁第11頁【總結】金屬晶體結構與性質關系導電性導熱性延展性金屬離子和自

5、由電子自由電子在外加電場作用下發生定向移動自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對滑動仍保持互相作用第12頁第12頁5、影響金屬鍵強弱原因： 金屬陽離子所帶電荷越多、 離子半徑越小，金屬鍵越強。普通情況下，金屬晶體熔點由金屬鍵強弱決定金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多， 金屬鍵越強，熔點就相應越高，硬度也越大第13頁第13頁【思考4】已知堿金屬元素熔沸點隨原子序數增大 而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。同主族元素價電子數相同（陽離子所帶電荷數相同），從上到下，原子（離子）半徑依次增大，則單質中所形成金屬鍵依次削弱，故堿金屬元素熔沸點隨原子序數增大而遞減。【思考5】試判斷鈉、鎂

6、、鋁三種金屬熔沸點和硬度 大小。同周期元素，從左到右，價電子數依次增大，原子（離子）半徑依次削弱，則單質中所形成金屬鍵依次增強，故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度大小順序是：鈉鎂鋁。第14頁第14頁資料金屬之最熔點最低金屬是-汞 -38.87熔點最高金屬是-鎢 3410密度最小金屬是-鋰 0.53g/cm3密度最大金屬是-鋨 22.57g/cm3硬度最小金屬是-銫 0.2硬度最大金屬是-鉻 9.0最活潑金屬是-銫最穩定金屬是-金延性最好金屬是-鉑鉑絲直徑： mm展性最好金屬是-金金箔厚： mm第15頁第15頁金屬晶體形成是由于晶體中存在（ ）A.金屬離子間互相作用B金屬原子間互相作用 C.金屬離

7、子與自由電子間互相作用 D.金屬原子與自由電子間互相作用金屬能導電原因是（ ）A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間 互相作用較弱 B金屬晶體中自由電子在外加電場作用下可發生定向移動 C金屬晶體中金屬陽離子在外加電場作用下可發生定向移動 D金屬晶體在外加電場作用下可失去電子 練習CB第16頁第16頁下列敘述正確是（ ）A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子B原子晶體中只含有共價鍵 C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵 D分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其它化學鍵為何堿金屬單質熔沸點從上到下逐步減少，而鹵素單質熔沸點從上到下卻升高？B練習第17頁第17頁知識回顧：三種晶體類型與性質比

8、較晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體概念相鄰原子之間以共價鍵相結合而成含有空間網狀結構晶體分子間以范德華力相結合而成晶體通過金屬鍵形成晶體作用力構成微粒物理性質熔沸點硬度導電性實例金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅 Ar、S等Au、Fe、Cu、鋼鐵等共價鍵范德華力金屬鍵原子分子金屬陽離子和自由電子很高很低差別較大很大很小差別較大無（硅為半導體）無導體第18頁第18頁金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶體原子堆積模型 （a）非密置層（b）密置層 金屬晶體能夠當作金屬原子在三維空間中堆積而成.那么,非密置層在三維空間里堆積有幾個方式？請比較不同方式堆積時金屬晶體配位數、原子空間利用率、

9、晶胞區分。配位數=4配位數=6思考與交流第19頁第19頁晶胞形狀是什么？含幾種原子？第20頁第20頁配位數：在晶體中，與每個微粒緊密相鄰微粒個數空間利用率：晶體空間被微粒占滿體積百分數，它用來表示緊密堆積程度第21頁第21頁1、簡樸立方堆積 Po 配位數：空間擁有率：每個晶胞含原子數：6152%第22頁第22頁2、體心立方堆積-鉀型金屬晶體堆積方式體心立方堆積 非密置層另一個堆積是將上層金屬原子填入下層金屬原子形成凹穴中（ IA，VB，VIB）第23頁第23頁配位數：空間擁有率：每個晶胞含原子數：868%2第24頁第24頁空間利用率計算例1：計算體心立方晶胞中金屬原子空間利用率。 解：體心立方

10、晶胞：中心有1個原子， 8個頂點各1個原子，每個原子被8個 晶胞共享。每個晶胞含有幾種原子:1 + 8 1/8 = 2 第25頁第25頁空間利用率計算設原子半徑為r 、晶胞邊長為a ，依據勾股定理，得：2a 2 + a 2 = (4r) 2空間利用率 = 晶胞含有原子體積 / 晶胞體積 100% =第26頁第26頁123456 第二層對第一層來講最緊密堆積方式是將球對準 1，3，5 位。 ( 或對準 2，4，6 位，其情形是同樣 )123456AB， 關鍵是第三層。對第一、二層來說，第三層能夠有兩種最緊密堆積方式。思考：密置層堆積方式有哪些？第27頁第27頁 下圖是此種六方緊密堆積前視圖ABA

11、BA 第一個是將第三層球對準第一層球。123456 于是每兩層形成一個周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積。 配位數 。 ( 同層 ，上下層各 。 )12 63第28頁第28頁 第二種是將第三層球對準第一層 2，4，6 位，不同于 AB 兩層位置，這是 C 層。123456123456123456第29頁第29頁123456此種立方緊密堆積前視圖ABCAABC 第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個周期。 得到面心立方堆積。 配位數 。( 同層 ， 上下層各 ) 126 3第30頁第30頁鎂型六方密堆積3、按密置層堆積方式第一個：六方密堆積第31頁第31頁配位數：空間擁

12、有率：每個晶胞含原子數：1274%2鎂型六方密堆積（Be Mg B B B ）第32頁第32頁4、銅型面心立方按密置層堆積方式第二種：面心立方堆積第33頁第33頁面心立方 BCA第34頁第34頁配位數：空間擁有率：每個晶胞含原子數：銅型 面心立方BCA1274%4（B Pb Pd Pt ）第35頁第35頁第36頁第36頁例2：求面心立方晶胞空間利用率.解：晶胞邊長為a，原子半徑為r.由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r每個面心立方晶胞含原子數目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %空間利用率計算第37頁第37頁三、金屬晶體結構特性：在金屬晶體里，金屬陽離子有規則地緊密堆積，自由電子幾乎均勻分布在整個晶體中，不專屬哪幾個特定金屬離子，而是被許多金屬離子共有。四、金屬晶體熔點改變規律：（1）金屬晶體熔點改變差異較大。如汞在常溫下是液體，熔點很低（38.9。C）。而鐵等金屬熔點很高（1535。