金屬晶體和離子晶體（課堂PPT）

1、第三章第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié) 金屬晶體金屬晶體金屬離子自由電子1 1、金屬鍵的定義：金屬離子和自由電子、金屬鍵的定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，叫金屬鍵。之間的強(qiáng)烈的相互作用，叫金屬鍵。（1 1）金屬鍵的成鍵微粒是金屬陽離子和）金屬鍵的成鍵微粒是金屬陽離子和自由電子。自由電子。（2 2）金屬鍵存在于金屬單質(zhì)和合金中。）金屬鍵存在于金屬單質(zhì)和合金中。（3 3）金屬鍵沒有方向性也沒有飽和性。）金屬鍵沒有方向性也沒有飽和性。一、金屬的結(jié)構(gòu)一、金屬的結(jié)構(gòu)2 2、金屬晶體的定義：通過金屬、金屬晶體的定義：通過金屬離子與離子與自由電子之間自由電子之間的較強(qiáng)的相互作用形

2、成的的較強(qiáng)的相互作用形成的晶體。晶體。 （1 1）在晶體中，不存在單個分子）在晶體中，不存在單個分子（2 2）金屬陽離子被自由電子所包圍。）金屬陽離子被自由電子所包圍。 3 3、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做做“電子氣理論電子氣理論”。它把金屬鍵形象地。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上描繪成從金屬原子上“脫落脫落”下來的大下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)電的電的“電子氣電子氣”，金屬原子則，金屬原子則“浸泡浸泡”在在“電子氣電子氣”的的“海洋海洋”之中。之中。二、金屬共同的物理性質(zhì)二、金屬共同的物理性質(zhì)容易導(dǎo)電、導(dǎo)

3、熱、有延展性、有金屬光容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。澤等。三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)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與自由電子與金屬離子碰金屬離子碰撞傳遞熱量撞傳遞熱量晶體中各原晶體中各原子層相對滑子層相對滑動仍保持相動仍保持相互作用互作用資料資料金屬之最金屬之最熔點(diǎn)最低的金屬是熔點(diǎn)最低的金屬是- 汞汞 -38.87熔點(diǎn)最高的金屬是熔點(diǎn)最高的金屬是- 鎢鎢 3410密度最小的金屬是密度最小的金屬是- 鋰鋰 0.

4、53g/cm3密度最大的金屬是密度最大的金屬是- 鋨鋨 22.57g/cm3硬度最小的金屬是硬度最小的金屬是- 銫銫 0.2硬度最大的金屬是硬度最大的金屬是- 鉻鉻 9.0最活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 鉑絲直徑：鉑絲直徑： mm展性最好的金屬是展性最好的金屬是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001v 金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在（金屬晶體的形成是因?yàn)榫w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

5、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v 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相互作金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱用較弱 B B. .金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)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下可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)CB金屬晶體的原子堆積模

6、型金屬晶體的原子堆積模型（1 1）幾個概念）幾個概念 緊密堆積緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡：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可能的相互接近，使它們占有最小的空間 配位數(shù)配位數(shù)：在晶體中與每個微粒緊密相鄰的：在晶體中與每個微粒緊密相鄰的微粒個數(shù)微粒個數(shù) 空間利用率空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積：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百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度金屬晶體原子平面排列方式有幾種？非密置層非密置層探究探究A143213642A5密置層密置層配位數(shù)為4配位數(shù)為6（2）金屬晶體的原子在三維空間堆積模型）金屬晶體的原子在三

7、維空間堆積模型簡單立方堆積簡單立方堆積空間利用率的計(jì)算空間利用率的計(jì)算 1、空間利用率：、空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個晶體空間中所占有的體積百分比。在整個晶體空間中所占有的體積百分比。 球體積球體積 空間利用率空間利用率 = 100% 晶胞體積晶胞體積（1）計(jì)算晶胞中的微粒數(shù)）計(jì)算晶胞中的微粒數(shù)2 2、空間利用率的計(jì)算步驟：、空間利用率的計(jì)算步驟：（2）計(jì)算晶胞的體積）計(jì)算晶胞的體積簡單立方堆積簡單立方堆積立方體的棱長為立方體的棱長為a a，球的半徑為，球的半徑為r ra過程：過程：1 1個晶胞中平均含有個晶胞中平均含有1 1個原子個原子V V球球

8、= =334r%100晶胞球VVV V晶胞晶胞= =a a3 3=8r=8r3 3空間利用率空間利用率= =3343100%8rr=52%2、體心立方堆積體心立方堆積-鉀型鉀型金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式體心立方堆積體心立方堆積 非密置層的另一種堆積是將上層金屬非密置層的另一種堆積是將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中（ IA，VB，VIB）配位數(shù)：配位數(shù)：空間占有率：空間占有率：每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：868%2體心立方堆積體心立方堆積ab222aab22223)4(abarra34%10034233ar%1003434233）（

9、rr%68%10083空間利用率空間利用率= =a123456 第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 ) )123456AB， 關(guān)鍵是第三層。對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊關(guān)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 第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球。層的球。123456 于是每兩層

10、形成一個周期，于是每兩層形成一個周期，即即 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(shù)配位數(shù) 。 ( ( 同層同層 ，上下層各，上下層各 。 ) )1212 6 63 3 第二種是將第三層的第二種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球?qū)?zhǔn)第一層的 2 2，4 4，6 6 位，不同于位，不同于 AB AB 兩層兩層的位置，這是的位置，這是 C C 層。層。123456123456123456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

11、方堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 。( ( 同層同層 ， 上下層各上下層各 ) ) 12126 6 3 3123456鎂型（六方緊密堆積）鎂型（六方緊密堆積）123456789101112 這種堆積晶胞屬于最密置層堆積，配位數(shù)這種堆積晶胞屬于最密置層堆積，配位數(shù)為為 ，許多金屬（如許多金屬（如MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取這采取這種堆積方式。種堆積方式。121200平行六面體平行六面體每個晶胞含每個晶胞含 個原子個原子212銅型（面心立方緊密堆積）銅型（面心立方緊密堆積）1234567891011 這種堆積晶胞屬于最密置層堆集，配位數(shù)這種堆積晶胞屬于最密置層堆集，配位數(shù)為為 ，許多金屬（如許多

12、金屬（如CuCu、AgAg、AuAu等）等）采取這采取這種堆積方式。種堆積方式。12BCAAABC（3）面心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為）面心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有，在面心的為個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。個晶胞共有。微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4 空間利用率：空間利用率：= 74.05%= 74.05%10021634433rr堆積方式堆積方式 晶胞類型晶胞類型空間利空間利用率用率配位數(shù)配位數(shù)實(shí)例實(shí)例面心立方面心立方最密堆積最密堆積堆積方式及性質(zhì)小結(jié)堆積方式及性質(zhì)小結(jié)簡單立簡單立方堆積方堆積體心立方體心立方堆積堆積六方最六方最密堆積密堆積面心立方面心立

13、方六方六方體心立方體心立方簡單立方簡單立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo 已知金屬銅為面心立方晶體，如圖所示，銅的已知金屬銅為面心立方晶體，如圖所示，銅的相對原子質(zhì)量為相對原子質(zhì)量為M，密度為，密度為，試求，試求（1）圖中正方形邊長）圖中正方形邊長 a，（2）銅的金屬半徑）銅的金屬半徑 raarrorr提示：提示：數(shù)出面心立方中的銅的個數(shù)數(shù)出面心立方中的銅的個數(shù)：晶胞的密度等于晶體的密度晶胞的密度等于晶體的密度鞏固練習(xí)第三章第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié) 離子晶體授課人 榆中一中 李翻紅30課程標(biāo)準(zhǔn)要求思考：思考：1、分子晶

14、體是由什么粒子構(gòu)成的？粒子間是、分子晶體是由什么粒子構(gòu)成的？粒子間是什么樣的作用力？什么樣的作用力？2、原子晶體是由什么粒子構(gòu)成的？粒子間是、原子晶體是由什么粒子構(gòu)成的？粒子間是什么樣的作用力？什么樣的作用力？3、如圖是、如圖是NaCl晶體晶晶體晶胞模型，試著就此總結(jié)胞模型，試著就此總結(jié)出離子晶體是由什么粒出離子晶體是由什么粒子構(gòu)成的？粒子間是什子構(gòu)成的？粒子間是什么樣的作用力？么樣的作用力？一、離子晶體一、離子晶體1、定義：、定義：由陽離子和陰離子通過由陽離子和陰離子通過離離 子鍵子鍵結(jié)合而成的晶體。結(jié)合而成的晶體。2、構(gòu)成粒子：、構(gòu)成粒子：陰、陽離子陰、陽離子3、相互作用力：、相互作用力：

15、離子鍵（靜電作用）離子鍵（靜電作用）4、離子晶體的結(jié)構(gòu)特征：、離子晶體的結(jié)構(gòu)特征：（1）離子鍵沒有飽和性和方向性離子鍵沒有飽和性和方向性，在晶體中，在晶體中陰陽離子盡可能采取最密堆積陰陽離子盡可能采取最密堆積（2）離子晶體中不存在單獨(dú)的分子，）離子晶體中不存在單獨(dú)的分子，化學(xué)式化學(xué)式代表陰陽離子最簡個數(shù)比代表陰陽離子最簡個數(shù)比5、常見的離子晶體、常見的離子晶體：強(qiáng)堿強(qiáng)堿 NaOH Ba(OH)2等等大多數(shù)的鹽大多數(shù)的鹽 BeCl2 AlCl3除外除外活潑金屬氧化物活潑金屬氧化物 Na2O CaO MgO等等-Cl- Na+NaClNaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型的晶體結(jié)構(gòu)模型與與Na+等距等距離且最近離

16、且最近Cl- 有有 個，個，即即Na+的配位的配位 數(shù)數(shù) 。與與Cl-等距離且等距離且最近最近Na+ 有有 個，個，即即Cl-的配位數(shù)的配位數(shù)為為 。6666與與Cl-等距離且最近等距離且最近Cl-有有 個個與與Na+ 等距離且最近等距離且最近Na+ 有有 個個1212幾種典型的離子晶體晶胞類型幾種典型的離子晶體晶胞類型-Cs+-Cl-CsClCsCl的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意圖的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意圖Cs+周圍距離最近的周圍距離最近的Cl-有有 個，個， Cl-周圍最近的周圍最近的Cs+有有 個個Cs+周圍距離最近的周圍距離最近的Cs+有有 個，個， Cl-周圍最近的周圍最近的Cl- 有有 個個

17、8866思考：思考：NaClNaCl、 CsClCsCl兩種離子晶體中陽離子和陰離子的配位數(shù)不相等兩種離子晶體中陽離子和陰離子的配位數(shù)不相等, ,所以晶體結(jié)構(gòu)是不同的所以晶體結(jié)構(gòu)是不同的離子晶體離子晶體陰離子的配位數(shù)陰離子的配位數(shù)陽離子的配位數(shù)陽離子的配位數(shù)NaClNaClCsClCsCl6688 你認(rèn)為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數(shù)？你認(rèn)為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數(shù)？晶體晶體NaClNaClCsClCsCl半徑比半徑比r+/r-r+/r-0.5250.525（0.40.4 0.70.7）0.9340.934（0.70.7 1.01.0）配位數(shù)配位數(shù)6 68 86、決定離子

18、晶體結(jié)構(gòu)的因素、決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素幾何因素幾何因素晶體中正負(fù)離子的半徑比晶體中正負(fù)離子的半徑比電荷因素電荷因素晶體中正負(fù)離子的電荷比晶體中正負(fù)離子的電荷比鍵性因素鍵性因素離子鍵的純粹程度離子鍵的純粹程度(3)CaF(3)CaF2 2型晶胞型晶胞Ca2+的配位數(shù)：的配位數(shù)：F- -的配位數(shù)：的配位數(shù)：一個一個CaFCaF2 2晶胞中平晶胞中平均含：均含： 4 4個個CaCa2+2+和和8 8個個F F- -84CaF晶胞上面心晶胞上面心圖示為圖示為CaF2晶胞的晶胞的1/8,觀察點(diǎn)為上左前方觀察點(diǎn)為上左前方晶格晶格能能 定義：氣態(tài)離子形成定義：氣態(tài)離子形成1 1摩離子晶體時釋放的能量。摩離子晶體時釋放的能量。 晶格能的大小與陰、陽離子所帶電荷的乘積成正比，晶格能的大小與陰、陽離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽離子間的距離成反比。與陰、陽離子間的距離成反比。簡言之簡言之,晶格能的大小與離子帶電量成正比晶格能的大小與離子帶電量成正比,與離子半與離子半徑成反比徑成反比. 晶格能越大：晶格能越大： 形成的離子晶體越