第三章第三节金属晶体课件第1-2课时

二、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。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
1、金属晶体结构与金属导电性的关系
【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。
按密置层的堆积方式的第一种：六方密堆积
3、镁型 [六方密堆积]
镁型[六方密堆积]（Be Mg ⅢB ⅣB ⅦB ）
配位数： 12 空间占有率： 74% 每个晶胞含原子数： 2
按密置层的堆积方式的第二种：面心立方堆积 4、铜型 [面心立方]
面心立方
C B A
铜型 [面心立方] （ⅠB Pb Pd Pt ）
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。
3、金属晶体结构与金属延展性的关系
【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。
练习
1. 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
）C
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
2.金A.属金能属导晶电体的中原金因属是阳（离子）B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
差别较大
差别较大
无（硅为半导体） 无
导体
实例
金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅
Ar、S等
Au、Fe、Cu、钢 铁等
二、金属晶体的原子堆积模型
金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式
配位数=4
配位数=6
（a）非密置层 （b）密置层
思考与交流 金属晶体可以看成金属原子在三维
空间中堆积而成.那么,非密置层在三维空间里堆积有 几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位 数、原子的空间利用率、晶胞的区别。
知识回顾：三种晶体类型与性质的比较
晶体类型
概念
作用力
构成微粒 熔沸点
物 理 硬度 性 质 导电性
原子晶体
相邻原子之间以共价 键相结合而成具有空
间网状结构的晶体
分子晶体
பைடு நூலகம்
金属晶体
分子间以范德 华力相结合而
成的晶体
通过金属键形成的 晶体
共价键
范德华力
金属键
原子
很高 很大
分子 很低 很小
金属阳离子 和自由电子
（1） FexO中x值（精确到0.01）为
？
（2）晶体中的Fen+分别为Fe2+ 、Fe3+ ，在Fe2+和Fe3+总数中，
Fe2+所占分数（用小数表示，精确至0.001）为
？
(3)此晶体的化学式为？
（4）与某个Fe2+（或Fe3+）距离最近且等距离的O2-围成的空
间几何形状是
？
（5）在晶体中，铁元素的离子间的最短距离为
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
【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增 大 而递减，试用金属键理论加以解释。
同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数 相同），从上到下，原子（离子）半径依次增 大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金 属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。
原子的空间排列方式。金属晶体内原子的空间排列 方式。
教学难点：金属键和电子气理论。金属晶体内原子的空 间排列方式
金属样品 Ti
一、金属的结构
1、金属键的定义：金属离子和自由电子 之间的强烈的相互作用，叫金属键。 （1）金属键的成键微粒是金属阳离子和 自由电子。 （2）金属键存在于金属单质和合金中。 （3）金属键没有方向性也没有饱和性。
？m
配位数： 在晶体中，与每个微粒紧密相邻的微粒个数
空间利用率： 晶体的空间被微粒占满的体积百分数，它用来 表示紧密堆积的程度
故其熔点金刚石高。
金刚石 3550
沸点 （℃）
4827 4827
（3）石墨属于哪类晶体？
石墨为混合键型晶体。
思考与交流
石墨和金刚石同属于 碳的单质，为什么在 硬度上会相差如此之 大？
晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶 胞。NaCl晶体结构如图所示，已知FexO晶体晶胞结构为NaCl 型，由于晶体缺陷，x值小于1，测知FexO晶体密度为 5.71g/cm3，晶胞边长为4.28×10-10m 。
（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C） 短。
思考：
（1）石墨为什么很软？
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。
（2）石墨的熔沸点为什么很高？
石墨的熔点为什么高于金刚石？
它们都有很强的C-C共价键。在石墨 中各层均为平面网状结构，碳原子
熔点 （℃）
之间存在很强的共价键（大π键）， C-C键长比金刚石的短，键的强度大， 石墨 3652
3a 2 16r 2
r 3a 4
空间利用率
= 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100%
2 4 r3 2 4 ( 3 a)3
=
3 a3
34 a3
100% 68%
思考：密置层的堆积方式有哪些？
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 )
第二种是将第三层的 球对准第一层的 2，4， 6 位，不同于 AB 两层 的位置，这是 C 层。
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
第四层再排 A，于是形
A
成 ABC ABC 三层一个周
期。 得到面心立方堆积。
C
B
12
A
6
3
C
54
B
A
配位数 12 。 ( 同层 6 ， 上下层各 3 ) 此种立方紧密堆积的前视图
【总结】金属晶体的结构与性质的关系
导电性
导热性
延展性
金属离 自由电子在外 自由电子与 晶体中各原
子和自 加电场的作用 金属离子碰 子层相对滑
由电子 下发生定向移 撞传递热量 动仍保持相
动
互作用
5、影响金属键强弱的因素： 金属阳离子所带电荷越多、
离子半径越小，金属键越强。
一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱 决定
C B A
配位数：12 空间占有率：74% 每个晶胞含原子数：4
空间利用率计算
例2：求面心立方晶胞的空间利用率.
解：晶胞边长为a，原子半径为r. 由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2
a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 ½ = 4
= (4 4/3 r 3) / a 3
= (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %
三、金属晶体的结构特征：
在金属晶体里，金属阳离子有规则地紧密堆积，自由电 子几乎均匀分布在整个晶体中，不专属哪几个特定的金属 离子，而是被许多金属离子共有。
四、金属晶体的熔点变化规律：
（1）金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液 体，熔点很低（－38.9。C）。而铁等金属熔点很高 （1535。C）。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳 离子与自由电子的静电作用力不同而造成的差别。 （2）一般情况下（同类型的金属晶体），金属晶体的 熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少 而定。阳离子半径越小，所带的电荷越多， 自由电子越
每个晶胞含原子数： 2
空间利用率计算
例1：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。
解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个 原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 × 1/8 = 2
空间利用率计算
设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理， 得：2a 2 + a 2 = (4r) 2
比较离子晶体、金属晶体导电的区别：
晶体类型
离子晶体
金属晶体
导电时的状态
水溶液或 熔融状态下
晶体状态
导电粒子
自由移动的离子 自由电子
2、金属晶体结构与金属导热性的关系 【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。
密度最小的金属是-------- 锂 [0.53g/cm3]
密度最大的金属是-------- 锇 [22.57g/cm3]
硬度最小的金属是-------- 铯 [0.2]
硬度最大的金属是-------- 铬 [9.0] 延性最好的金属是-------- 铂[铂丝直径：50100 mm] 展性最好的金属是-------- 金[金箔厚： 1001m00m] 最活泼的金属是---------- 铯 最稳定的金属是---------- 金
多，相互作用就越大， 熔点就会越高。
阅读《资料卡片》并掌握 1、金属晶体的四种堆积模型对比
2、石墨是层状结构的混合型晶体
知识石拓展－石墨 墨 晶 体 结 构