金属晶体金属堆积方式

知识石拓展－石墨 墨 晶 体 结 构
石墨
• 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（高于金刚石）？
石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很 强的共价键，故熔沸点很高。
3、石墨属于哪类晶体？为什么？
石墨为混合键型晶体。
①简单立方堆积
配位数 = 6 空间利用率 = 52.36%
② 体心立方堆积 ——体心立方晶胞
配位数 = 8 空间利用率 = 68.02%
③ 六方堆积 ——六方晶胞
④面心立方堆积 ——面心立方晶胞
配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 平均值)
【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。
⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜 色
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方最密堆积分解图
镁型（AB型六方最密堆积）
B
B
A
A
B B
A
镁型晶胞的抽取
六方晶胞
晶胞内原子数：2
B
配位数：12
A
空间利用率：74％
典型金属：Mg Zn Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 1，3，5 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
金属晶体
Ti
金属样品 Ti
1、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。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。 （2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子 （3）键的存在: 金属单质和合金中
（4）方向性: 无方向性 （5）键的本质: 电子气理论
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
Ⅳ.面心立方
金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
堆积（铜型）
第四层再排 A，于是形成
A
ABC ABC 三层一个周期。
这种堆积方式可划分出面心
C
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A
C B A 此种立方紧密堆积的前视图
堆积方式及性质小结
钠晶体的晶胞
如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是12×1/6+2×.1/2 + 3 = 6
练习
2. 最近发现一种由某金属原子M和非金 属原子N构成的气态团簇分子，如图所 示．顶角和面心的原子是M原子，棱的 中心和体心的原子是N原子，它的化学
式为( C )
A． M4N4 B．MN
C． M14N13
一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：
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。 如： Na Mg Al
Li Na K Rb Cs
熔点最低的金属：汞（常温时成液态） 熔点很高的金属：钨（3410℃） 铁的熔点：1535 ℃
合金
(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金
3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
⑴、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。
⑵、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？
➢ 二维平面堆积方式
非密置层
行列对齐,四球一空 非最紧密排列
配位数：4
密置层
行列相错,三球一空 最紧密排列 配位数：6
➢ 三维空间堆积方式
非密置层的三维堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
立方晶胞
晶胞内原子数： 1
配位数：
6
空间利用率： 52％
典型金属： （钋）Po
Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
Na、K、Cr、Mo、 W等属于体心立方堆
石墨是层状结构的混合型晶体
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。
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。
⑶、金属晶体结构与金属延展性的关系
积。
Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
这是非密置层另一种堆积方 式，将上层金属填入下层金 属原子形成的凹穴中,得到的 是体心立方堆积。 体心立方晶胞
晶胞内原子数：2 配位数：8 空间利用率：68 ％ 典型金属： K 、Na、Fe
➢ 三维空间堆积方式
密置层的三维堆积方式 第一层 ：
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 )
(3)六方晶胞：
在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点----1/8 棱----1/4 面心----1/2 体心----1
练习
1. 右图是钠晶体的晶胞结构， 则晶胞中的原子数是8×1/8 +1=.2
②具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加 工性能。
二.金属晶体的原子堆积模型
（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的 小球。将等径圆球在一平面上排列，有两 种排布方式，按左图方式排列，剩余的空 隙较大，称为非密置层；按右图方式排列， 圆球周围剩余空隙较小，称为密置层 。
属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物 质叫做合金。
例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌 33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡 22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故 合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混 合物。
(2) 合金的特性
① 合金的熔点比其成分中金属 低 (低， 高，
介于两种成分金属的熔点之间；)
• 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后 很快释放出各种频率的光，因此绝大多数 金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金 属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收 某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。
• 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向 杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐 射不出去，所以成黑色。
4.金属晶体熔点变化规律
顶点占1/8
棱上占 1/4
面心占1/2 体心占1
2.晶胞中微粒数的计算
(1)体心立方：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体 心的金属原子全部属于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
(2)面心立方：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有。
微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
D．条件不够，无法写出化学式
练习
3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾
50% ~80%)为液体，而钠钾的单质均
为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三
种物质中，熔点最低的是 ( A )
A. 生铁
B. 纯铁
C. 碳
D. 无法确定
知识拓展－石墨
一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手 指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶 片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3， 化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或 氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可 用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔 芯等。
，
12
6
3
54
12
6
3
54
AB
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。
两
三
个
个
密
密
置
置
层
层
密
密
置
置
堆
堆
积
积
六方堆积
面心立方 堆积
Ⅲ.六方堆积（镁型） 镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式， 形成六方堆积。
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体 的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有 的金属原子维系在一起。
（6）键的强弱:阳离子半径；所带电荷
阳离子所带电荷多、半径小－－－－金属键 强，熔沸点高
㈡、金属晶体： 概念：金属阳离子和自由电子通过金属键作 用形成的晶体
组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属键（电子气理论）