高中化學物質的結構與性質原子結構原子的性質共價鍵分子的立體結構人教版 選修三$3.3 金屬晶體

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1、金屬樣品金屬樣品第三節(jié)第三節(jié) 金屬晶體金屬晶體 從上述金屬的應用來看，金屬有哪些共同從上述金屬的應用來看，金屬有哪些共同的物理性質呢的物理性質呢? 一、金屬共同的物理性質一、金屬共同的物理性質 容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。金屬為什么具有這些共同性質呢金屬為什么具有這些共同性質呢? ?二、金屬的結構二、金屬的結構問題：構成金屬晶體的粒子有哪些？問題：構成金屬晶體的粒子有哪些？組成粒子：組成粒子：作用力：作用力：金屬陽離子和自由電子金屬陽離子和自由電子金屬離子和自由電子之間的較強作金屬離子和自由電子之間的較強作用用 金屬鍵（電子氣理論）金屬鍵（電

2、子氣理論）金屬晶體：金屬晶體：通過金屬鍵作用形成的單質晶體通過金屬鍵作用形成的單質晶體金屬 鍵強弱判斷:陽離子所帶電荷多、半徑小金屬鍵強，熔沸點高。金屬鍵：金屬晶體中原子之間的化學作用金屬鍵：金屬晶體中原子之間的化學作用 力叫做金屬鍵。力叫做金屬鍵。 金屬原子的電離能低，容易失去電子而形成金屬原子的電離能低，容易失去電子而形成陽離子和自由電子，陽離子整體共同整體吸引自陽離子和自由電子，陽離子整體共同整體吸引自由電子而結合在一起。這種金屬離子與自由電子由電子而結合在一起。這種金屬離子與自由電子之間的較強作用就叫做金屬鍵。金屬鍵可看成是之間的較強作用就叫做金屬鍵。金屬鍵可看成是由許多原子共用許多電

3、子的一種特殊形式的共價由許多原子共用許多電子的一種特殊形式的共價鍵，這種鍵既沒有鍵，這種鍵既沒有方向性方向性也沒有也沒有飽和性飽和性，金屬鍵，金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動，使得的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動，使得金屬呈現出特有的屬性在金屬單質的晶體中，原金屬呈現出特有的屬性在金屬單質的晶體中，原子之間以金屬鍵相互結合。金屬鍵是一種遍布整子之間以金屬鍵相互結合。金屬鍵是一種遍布整個晶體的離域化學鍵。個晶體的離域化學鍵。強調：強調：金屬晶體是以金屬鍵為基本作用力的晶體。金屬晶體是以金屬鍵為基本作用力的晶體。電子氣理論：電子氣理論： 經典的金屬鍵理論叫做經典的金屬鍵理論叫做“電子

4、氣理論電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫脫落落”下來的大量自由電子形成可與氣體相比下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負電的擬的帶負電的“電子氣電子氣”，金屬原子則，金屬原子則“浸浸泡泡”在在“電子氣電子氣”的的“海洋海洋”之中。之中。三、金屬晶體的結構與金屬性質的內在聯系三、金屬晶體的結構與金屬性質的內在聯系金屬導電性的解釋金屬導電性的解釋 在金屬晶體中，充滿著帶負電的在金屬晶體中，充滿著帶負電的“電子氣電子氣”（自由電子），這些電子氣的運動是沒有一定方（自由電子），這些電子氣的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下電子氣就會發(fā)生定

5、向的，但在外加電場的條件下電子氣就會發(fā)生定向移動，因而形成電流，所以金屬容易導電。向移動，因而形成電流，所以金屬容易導電。晶體類型晶體類型離子晶體離子晶體金屬晶體金屬晶體 導電時的狀態(tài)導電時的狀態(tài)導電粒子導電粒子水溶液或水溶液或熔融狀態(tài)下熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)晶體狀態(tài)自由移動的離子自由移動的離子自由電子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導電的區(qū)別：比較離子晶體、金屬晶體導電的區(qū)別： 導熱是能量傳遞的一種形式，它必然是物質運導熱是能量傳遞的一種形式，它必然是物質運動的結果，那么金屬晶體導熱過程中動的結果，那么金屬晶體導熱過程中“電子氣電子氣”（自由電子）擔當什么角色（自由電子）擔當什么角色?金屬導熱性的

6、解釋金屬導熱性的解釋“電子氣電子氣”（自由電子）在運動時經常與金屬離（自由電子）在運動時經常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的熱時，那個區(qū)域里的“電子氣電子氣”（自由電子）能（自由電子）能量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。金屬離子?！半娮託怆娮託狻保ㄗ杂呻娮樱┰跓岬淖饔茫ㄗ杂呻娮樱┰跓岬淖饔孟屡c金屬原子頻繁碰撞從而把能量從溫度高的部下與金屬原子頻繁碰撞從而把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫

7、度。的溫度。金屬延展性的解釋金屬延展性的解釋 當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)滾珠之間潤滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而生相對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。因此，即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。因此，金屬都有良好的延展性。金屬都有良好的延展性。 不同

8、的金屬在某些性質方面，如密度、硬不同的金屬在某些性質方面，如密度、硬度、熔點等又表現出很大差別。這與金屬原度、熔點等又表現出很大差別。這與金屬原子本身、晶體中原子的排列方式等因素有關。子本身、晶體中原子的排列方式等因素有關。金屬的延展性金屬的延展性自由電子自由電子+金屬離子金屬離子金屬原子金屬原子位錯位錯+ + + + + + +資資料料金屬之最金屬之最熔點最低的金屬是熔點最低的金屬是- 汞汞熔點最高的金屬是熔點最高的金屬是- 鎢鎢密度最小的金屬是密度最小的金屬是- 鋰鋰密度最大的金屬是密度最大的金屬是- 鋨鋨硬度最小的金屬是硬度最小的金屬是- 銫銫硬度最大的金屬是硬度最大的金屬是- 鉻鉻最活

9、潑的金屬是最活潑的金屬是-銫銫最穩(wěn)定的金屬是最穩(wěn)定的金屬是-金金延性最好的金屬是延性最好的金屬是- 鉑鉑展性最好的金屬是展性最好的金屬是- 金金1 1、金屬晶體的形成是因為晶體中存在、金屬晶體的形成是因為晶體中存在 （ ）A.A.金屬離子間的相互作用金屬離子間的相互作用B B金屬原子間的相互作用金屬原子間的相互作用 C.C.金屬離子與自由電子間的相互作用金屬離子與自由電子間的相互作用 D.D.金屬原子與自由電子間的相互作用金屬原子與自由電子間的相互作用 C練習練習2 2金屬能導電的原因是金屬能導電的原因是( ( ）A.A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的 相

10、互作用較弱相互作用較弱 B B金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動可發(fā)生定向移動 C C金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動下可發(fā)生定向移動 D D金屬晶體在外加電場作用下可失去電子金屬晶體在外加電場作用下可失去電子 C3 3、下列敘述正確的是（、下列敘述正確的是（ ）A.A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子離子B B原子晶體中只含有共價鍵原子晶體中只含有共價鍵 C.C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵 D D

11、分子晶體中只存在分子間作用力，不含有分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵其他化學鍵 B課后閱讀材料1超導體一類急待開發(fā)的材料一般說來，金屬是電的良好導體(汞的很差)。1911年荷蘭物理學家H昂內斯在研究低溫條件下汞的導電性能時，發(fā)現當溫度降到約4 K(即269、)時汞的電阻“奇異”般地降為零，表現出超導電性。后又發(fā)現還有幾種金屬也有這種性質，人們將具有超導性的物質叫做超導體。2合金：兩種和兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質，叫做合金，合金屬于混合物，對應的固體為金屬晶體。合金的特點仍保留金屬的化學性質，但物理性質改變很大；熔點比各成份金屬的都低；強度、硬度比

12、成分金屬大；有的抗腐蝕能力強；導電性比成分金屬差。金屬晶體的原子平面堆積模型 金屬晶體中的原子可堪稱直徑相等的小球。將等徑園球在一平面上排列，有兩種排布方式，按（a）圖方式排列，園球周圍剩余空隙最小，稱為密置層；按（b）圖方式排列，剩余的空隙較大，稱為非密置層。 （a）非密置層 （b）密置層 簡單立方堆積（簡單立方堆積（PoPo）金屬晶體的原子空間堆積模型1金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式簡單立方堆積簡單立方堆積 簡單立方堆積簡單立方堆積 體心立方堆積（體心立方堆積（ IA，VB，VIB）金屬晶體的原子空間堆積模型2金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式鉀型鉀型體心立方堆積體心立方堆積配位數

13、：配位數：8金屬晶體的原子空間堆積模型3鎂型鎂型銅型銅型123456 第二層第二層 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準 1，3，5 位。位。 ( 或對準或對準 2，4，6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 )123456AB， 關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。密的堆積方式。 下圖是此種六方下圖是此種六方緊密堆積的前視圖緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將球對準第一層的球。第一種是將球對準第一層的球。123456 于是每兩層形成一個周期，于是每兩層形成一個周期，即

14、即 AB AB 堆積方式，形成六堆積方式，形成六方緊密堆積方緊密堆積。 配位數配位數 12 。 ( 同層同層 6，上下層各上下層各 3 )六方密堆積六方密堆積 第三層的第三層的另一種另一種排列排列方式，方式，是將球對準第一層是將球對準第一層的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 兩層的位置兩層的位置，這是這是 C 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三層一個周三層一個周期。期。 得到面心立方堆積得到面心立方堆積。 配位數配位數 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) 面心立方面心立方 BCA鎂型鎂型銅型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式金屬晶體的兩種最密堆積方式堆積模型采納這種堆積的典型代表空間利用率配位數晶胞簡單立方52%6鉀型(bcp)K、Na、Fe68%8鎂型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12銅型(ccp)Cu, Ag, Au74%12Po (釙)