金屬晶體原子堆積方式使用-1

1、 金屬樣品 思考1:從上述金屬的應(yīng)用來看，金屬有哪些 共同的物理性質(zhì)呢? 一、金屬共同的物理性質(zhì) 容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等 思考2:金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢? 二、金屬的結(jié)構(gòu) 1、電子氣理論：由于金屬原子的最外層電子數(shù) 較少,容易失去電子成為金屬離子,金屬原子釋 放出的價電子不專門屬于某個特定的金屬離子, 而為許多金屬離子所共有,并在整個金屬中自由 運動,這些電子又稱為自由電子。金屬脫落下來 的價電子幾乎均勻分布在整個晶體中，像遍布 整塊金屬的“電子氣”，從而把所有金屬原子 維系在一起。 組成粒子： 金屬陽離子和自由電子 2、金屬鍵：金屬離子和自由電子之間的強烈的相 互作用叫

2、做金屬鍵（電子氣理論） 3、金屬晶體：通過金屬鍵結(jié)合形成的單質(zhì)晶體。 金屬單質(zhì)和合金都屬于金屬晶體 微粒間作用力：金屬鍵 特征：金屬鍵可看成是由許多原子共用許多電子的 一種特殊形式的鍵，這種鍵既沒有方向性，也沒有 飽和性，金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自 由流動，使得金屬呈現(xiàn)出特有的屬性。 4、電子氣理論對金屬的物理性質(zhì)的解釋 在金屬晶體中，充滿著帶負(fù)電的“電子氣” （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，自由電子定向運動形 成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。不同的金屬導(dǎo)電能力 不同，導(dǎo)電性最強的三中金屬是：Ag、Cu、Al 金屬導(dǎo)電性的解釋 晶體類型晶體類型電解質(zhì)

3、電解質(zhì)金屬晶體金屬晶體 導(dǎo)電時的狀態(tài)導(dǎo)電時的狀態(tài) 導(dǎo)電粒子導(dǎo)電粒子 導(dǎo)電時發(fā)生的變化導(dǎo)電時發(fā)生的變化 導(dǎo)電能力隨溫度的導(dǎo)電能力隨溫度的 變化變化 水溶液或 熔融狀態(tài)下 思考：電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電，這與金 屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？ “電子氣”（自由電子）在運動時經(jīng)常與金屬 離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受 熱時，那個區(qū)域里的“電子氣”（自由電子）能量 增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬 離子。“電子氣”（自由電子）在熱的作用下與金 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的溫度。 當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就 會發(fā)

4、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，因而即使在外 力作用下，發(fā)生形變金屬鍵不易斷裂。因此，金屬 都有良好的延展性。 金屬延展性的解釋 自由電子 +金屬離子金屬原子 錯位 + + + + + + + + + + + + + + (4) 金屬光澤和顏色金屬光澤和顏色 由于自由電子可吸收所有頻率的光，然由于自由電子可吸收所有頻率的光，然 后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大 多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。

5、而 某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于 較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊 的顏色。的顏色。 當(dāng)金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取當(dāng)金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取 向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光 后輻射不出去，所以成黑色。后輻射不出去，所以成黑色。 影響金屬鍵強弱的因素： 金屬陽離子所帶電荷越多、離子半徑越小， 金屬鍵越強。 一般情況下，金屬晶體熔點由金屬鍵強弱決 定。金屬鍵越強，熔點就相應(yīng)越高，硬度也 越大。 金屬原子價電子越多，原子半徑越小，金屬離子與 自由電子的作用力就越強，晶體的熔

6、沸點就越高， 反之越低。 5、熔點和沸點 【思考4】已知堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的 增大而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。 【思考5】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬 度的大小。 同周期元素，從左到右，價電子數(shù)依次增大，原子 （離子）半徑依次減弱，則單質(zhì)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的大 小順序是：鈉鎂鋁。 同主族元素價電子數(shù)相同（陽離子所帶電荷數(shù)相 同），從上到下，原子（離子）半徑依次增大，則 單質(zhì)中所形成金屬鍵依次減弱，故堿金屬元素的熔 沸點隨原子序數(shù)的增大而遞減。 【總結(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系 導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性 金屬離金屬離 子和

7、自子和自 由電子由電子 自由電子在自由電子在 外加電場的外加電場的 作用下發(fā)生作用下發(fā)生 定向移動定向移動 自由電子自由電子 與金屬離與金屬離 子碰撞傳子碰撞傳 遞熱量遞熱量 晶體中各晶體中各 原子層相原子層相 對滑動仍對滑動仍 保持相互保持相互 作用作用 資料金屬之最 熔點最低的金屬是- 汞 -38.87 熔點最高的金屬是- 鎢 3410 密度最小的金屬是- 鋰 0.53g/cm3 密度最大的金屬是- 鋨 22.57g/cm3 硬度最小的金屬是- 銫 0.2 硬度最大的金屬是- 鉻 9.0 最活潑的金屬是- 銫 最穩(wěn)定的金屬是- 金 延性最好的金屬是- 鉑鉑絲直徑： mm 展性最好的金屬是-

8、 金金箔厚： mm 5000 1 10000 1 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 2.2.金屬能導(dǎo)電的原因是（金屬能導(dǎo)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

9、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 練習(xí)練習(xí) C B 3.下列敘述正確的是（ ） 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 他化學(xué)鍵 4.為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點從上到下逐漸降低， 而鹵素單質(zhì)的熔沸點從上到下卻升高？ B 知識回顧：三種晶體類型與性質(zhì)的比較 晶體類型晶體類型原子晶體原子晶體分子晶體

10、分子晶體金屬晶體金屬晶體 概念概念 作用力作用力 構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒 物物 理理 性性 質(zhì)質(zhì) 熔沸點熔沸點 硬度硬度 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 實例實例 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(dǎo)體） 無 導(dǎo)體 相鄰原子之間以共價 鍵相結(jié)合而成具有空 間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體 分子間以范德 華力相結(jié)合而 成的晶體 通過金屬鍵 形成的晶體 金剛石、二氧化硅、晶體 硅、碳化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu、 鋼鐵等 三、金屬晶體的原子堆積模型 1、幾個概念 緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡可 能的相互接近，使它們占有最小的空間 配位數(shù)：在晶體中與

11、每個微粒緊密相鄰的微 粒個數(shù) 空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積 百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度 空間利用率空間利用率 = 晶胞含有原子的體積晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積晶胞體積 100% = %52%100 6 %100 ) 2 1 ( 3 4 3 4 3 3 3 3 a a a r 空間利用率空間利用率 = 晶胞含有原子的體積晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積晶胞體積 100% = %68%100 a )a 4 3 ( 3 4 2 a r 3 4 2 3 3 3 3 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B A B A 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

12、1 2 3 4 5 6 A B A B C A 1 2 3 4 5 6 C 1 2 3 4 5 6 6 抽出六方晶胞，又叫六方最密堆積抽出六方晶胞，又叫六方最密堆積 配位數(shù)：配位數(shù)：12 空間利用率空間利用率74% 晶胞內(nèi)含有個球。晶胞內(nèi)含有個球。 3、六方最密堆積、六方最密堆積 1 2 3 4 5 6 空間利用率空間利用率 = 晶胞含有原子的體積晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積晶胞體積 100% = %74%100 6 2 %100 ) 4 2 ( 3 4 4 3 4 4 3 3 3 3 a a a r 空間利用率計算 例例1：計算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。：計算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。 解：體心立方晶胞：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。每個晶胞含有幾個原子:1 + 8 1/8 = 2 空間利用率計算空間利用率計算 設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為r 、晶胞邊長為、晶胞邊長為a ，根據(jù)勾股定理，根據(jù)勾股定理， 得：得：2a 2 + a 2 = (4r) 2 ar ra 4 3 163 22 空間利用率空間利用率 = 晶胞含有原子的體積晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積晶胞體積 100% =%68%100 a )a 4 3 (