化学33《金属晶体》PPT课件（新人教版选修3）.ppt

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1、高中化学新人教版选修3系列课件,物质结构与性质,3.3金属晶体,Ti,金属样品,在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相结合。描述金属键本质的理论是电子气理论。1、金属键的定义：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起。（1）成键微粒：金属原子（阳离子）和自由电子。（2）金属键存在：金属单质、合金。（3）金属键特征：没有方向性、饱和性。,一、金属键,2、金属晶体：通过金属键形成的晶体。 （1）在晶体中，不存在单个分子（2）金属原子（阳离子）被自由电子所包围。,金属晶体,金属原子,自由电子,3、电子气理论：经典的金属键理论叫做“电子气理论

2、”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。二、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、不透明、有金属光泽等。,【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。电子气中的自由电子在热的作用下，与金属原子频繁碰撞，所以金属的热导率随温度的升高而降低。,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,比较离子晶体、金属晶体导电的区别

3、：,【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，把能量传给金属原子。 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。,2、金属晶体结构与金属导热性的关系,【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。当金属受到外力时，由于金属键无方向性，各原子层发生相对滑动， 但排列方式不变，弥漫在金属原子间的电子气可起到类似轴承中滚珠之间的润滑剂的

4、作用，所以金属具有良好的延展性。,3、金属晶体结构与金属延展性的关系,4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色,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。,【总结】金属晶体的结构与性质的关系,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。 金属键越强，熔点越高，硬度越大。,金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低（98.81)，硬度较小；而钨

5、是熔点最高(3410)硬度最大的金属。,【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。【思考5】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的 大小。同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减小，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。,资料,金属之最,熔点最低的金属是-,汞 -38.87,熔点最高的金属是-,钨 3410,密度最小的金属是-,锂

6、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,最活泼的金属是-,铯,最稳定的金属是-,金,延性最好的金属是-,铂铂丝直径： mm,展性最好的金属是-,金金箔厚： mm,1.下列叙述正确的是（ ）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键2.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？,B,练习,知识回顾：三种晶体类型与性质的比较,共价键,范德华力,金属键,原子,分

7、子,金属原子和自由电子,很高,很低,差别较大,很大,很小,差别较大,无（硅为半导体）,无,导体,金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式,二、金属晶体的原子堆积模型,（a）非密置层（b）密置层,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。,配位数=4,配位数=6,思考与交流,晶胞的形状是什么？含几个原子？,1、简单立方堆积, Po ,每个晶胞含原子数：,6,1,52%,2、体心立方堆积-钾型,非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,（ Na，K，Fe）,

8、每个晶胞含原子数：,8,68%,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,空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =,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 ),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。,思考：密置层的堆

9、积方式有哪些？,下图是此种六方紧密堆积的前视图,A,第一种是将第三层的球对准第一层的球。,于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。,配位数 。 ( 同层 ，上下层各 。 ),12,6,3,此种立方紧密堆积的前视图,A,第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 得到面心立方堆积。,配位数 。( 同层 ， 上下层各 ),12,6,3,镁型,六方最密堆积,3、,按密置层堆积方式的第一种：六方最密堆积,每个晶胞含原子数：,12,74%,2,镁型六方密堆积,（ Mg Zn Ti ）,4、铜型,面心立方,按密置层的堆积方式的第二种：面心立方堆积,每个晶胞含原子数

10、：,铜型 面心立方,12,74%,4,（Cu Ag AU ）,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 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %,空间利用率计算,1、金属晶体的四种堆积模型对比,阅读资料卡片并掌握,2、石墨是层状结构的混合型晶体,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

11、，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4.2810-10m 。（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 ？ m,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， 自由电子越多，相互作用就越大， 熔点就会越高。,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,再见,