化學(xué)選修3金屬晶體計算詳實PPT教案

1、會計學(xué)1化學(xué)選修化學(xué)選修3金屬晶體計算詳實金屬晶體計算詳實 一一、金屬共同的物理性質(zhì)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。容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢? ?二、金屬的結(jié)構(gòu)二、金屬的結(jié)構(gòu)第1頁/共39頁組成粒子：組成粒子：金屬陽離子和自由電子金屬陽離子和自由電子作用力：作用力：金屬離子和自由電子之間的較強(qiáng)作金屬離子和自由電子之間的較強(qiáng)作用用 金屬鍵（電子氣理論）金屬鍵（電子氣理論）金屬晶體：金屬晶體：通過金屬鍵作用形成的單質(zhì)晶體通過金屬鍵作用形成的單質(zhì)晶體金屬鍵強(qiáng)弱判斷金屬鍵強(qiáng)弱判斷: :陽離子所帶電荷多陽離

2、子所帶電荷多、半徑小金屬鍵、半徑小金屬鍵強(qiáng)，熔沸點高。強(qiáng)，熔沸點高。第2頁/共39頁金屬晶體熔點變化規(guī)律金屬晶體熔點變化規(guī)律1、金屬晶體熔點變化較大，、金屬晶體熔點變化較大，與金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子之間的金與金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子之間的金屬鍵的強(qiáng)弱有密切關(guān)系屬鍵的強(qiáng)弱有密切關(guān)系熔點最低的金屬：汞（常溫時成液態(tài)）熔點最低的金屬：汞（常溫時成液態(tài)）熔點很高的金屬：鎢（熔點很高的金屬：鎢（3410）鐵的熔點：鐵的熔點：1535 2、一般情況下，金屬晶體熔點由金屬鍵強(qiáng)弱決定：、一般情況下，金屬晶體熔點由金屬鍵強(qiáng)弱決定： 金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子

3、越多，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多， 金屬鍵越強(qiáng)，熔點就相應(yīng)越高，硬度也越大。金屬鍵越強(qiáng)，熔點就相應(yīng)越高，硬度也越大。但金屬性越弱但金屬性越弱如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs第3頁/共39頁資資料料金屬之最金屬之最熔點最低的金屬是熔點最低的金屬是-汞汞熔點最高的金屬是熔點最高的金屬是-鎢鎢密度最小的金屬是密度最小的金屬是-鋰鋰密度最大的金屬是密度最大的金屬是-鋨鋨硬度最小的金屬是硬度最小的金屬是-銫銫硬度最大的金屬是硬度最大的金屬是-鉻鉻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- 鉑鉑展性最好

4、的金屬是展性最好的金屬是- 金金第4頁/共39頁【討論討論1 1】 金屬為什么易導(dǎo)電？金屬為什么易導(dǎo)電？ 在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動是沒有一定方向的，但在外加電場的由電子的運(yùn)動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下條件下自由電子自由電子就會就會發(fā)生定向運(yùn)動發(fā)生定向運(yùn)動，因而形成電流，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。，所以金屬容易導(dǎo)電。晶體類型晶體類型離子晶體離子晶體金屬晶體金屬晶體 導(dǎo)電時的狀態(tài)導(dǎo)電時的狀態(tài)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電粒子晶體狀態(tài)晶體狀態(tài)自由移動的離子自由移動的離子自由電自由電子子比較離子晶體、金屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：比較離子晶體、

5、金屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系(用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì))1、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系系第5頁/共39頁【討論討論2 2】金屬為什么易導(dǎo)熱？金屬為什么易導(dǎo)熱？ 自由電子在運(yùn)動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，自由電子在運(yùn)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)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動速，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。 金屬容易

6、導(dǎo)熱，是由于金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動時與自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。度。2、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系系第6頁/共39頁【討論討論3 3】金屬為什么具有較好的延展性？金屬為什么具有較好的延展性？ 原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導(dǎo)致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層

7、之間發(fā)生相對滑動以后，仍可保持這種相互之間發(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)生形變也作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。不易斷裂。3、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系第7頁/共39頁第8頁/共39頁 I. 有自由電子存在, 是良好的導(dǎo)體; II.自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量，具有良好的傳熱性能; III.自由電子能夠吸收可見光并能隨時放出, 使金屬不透明, 且有光澤; IV. 等徑圓球的堆積使原子間容易滑動, 所以金屬具有良好的延展性和可塑性; V. 金屬間能“互溶”, 易形成合金。 第9頁/共39頁第10頁/共39頁金

8、屬晶體的原子堆積模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：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積百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度第11頁/共39頁（2）金屬晶體的原子在二維平面堆積模型）金屬晶體的原子在二維平面堆積模型（a a）非密置層）非密置層 （b b）密置層）密置層第12頁

9、/共39頁（a）非密置層（b）密置層哪種排列方式圓球哪種排列方式圓球周圍剩余空隙最小周圍剩余空隙最?。颗湮粩?shù)：4配位數(shù)：6第13頁/共39頁金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式簡單立方堆積簡單立方堆積 晶胞的形狀是什晶胞的形狀是什么？含幾個原子么？含幾個原子？第14頁/共39頁金屬晶體的原子堆積模型金屬晶體的原子堆積模型簡單立方堆積簡單立方堆積簡單立方晶胞的抽取第15頁/共39頁1、簡單立方晶胞、簡單立方晶胞a=2rV晶胞晶胞=a3V球球=4r3/3空間利用率空間利用率=4r3/3a3100%52%邊長為邊長為a a第16頁/共39頁金屬晶體的堆積方式金屬晶體的堆積方式鉀型鉀型第17頁/共39

10、頁 2、鉀型鉀型（體心立方堆積）鉀型晶胞的抽取第18頁/共39頁邊長為邊長為 a面對角線邊長為面對角線邊長為 a體對角線邊長為體對角線邊長為 a = 4r2、體心立方晶胞、體心立方晶胞23arra4343第19頁/共39頁ar43 = 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%100a) a43(342ar3423333第20頁/共39頁123456 第二層第二層 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 )123456AB， 關(guān)鍵

11、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。第21頁/共39頁 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 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是于是每兩層形成一個周期每兩層形成一個周期，即，即 AB AB 堆積方式，形成堆積方式，形成六方緊密堆積。六方緊密堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 )第22頁/共39頁 第三層的另一種排列第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2，4，6

12、位位，不同于，不同于 AB 兩層的位置，這是兩層的位置，這是 C 層。層。123456123456123456第23頁/共39頁123456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。得到面心立方堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) 第24頁/共39頁鎂型鎂型銅型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式金屬晶體的兩種最密堆積方式第25頁/共39頁AAABCBA第26頁/共39頁 3、鎂型鎂型（AB型六方最密堆積）BABABA鎂型晶胞的抽取

13、BAB第27頁/共39頁A3堆積的一個六方晶胞a120ocaa120oca第28頁/共39頁在在A3型堆積中取出六方晶胞，平行六面體的底是型堆積中取出六方晶胞，平行六面體的底是平行四邊形，各邊長平行四邊形，各邊長a=2r，則平行四邊形的面積，則平行四邊形的面積 平行六面體的高：平行六面體的高：22360sinaaaSaaah3623622的四面體高邊長為第29頁/共39頁33228236223raaaV晶胞)2(3423個球晶胞中有球rV%05.74%100晶胞球VV第30頁/共39頁4 4、銅型（、銅型（面心立方最密堆積) )BAACCB1ABC銅型面心立方晶胞的抽取BBAC第31頁/共39

14、頁面心立方面心立方 BCA第32頁/共39頁邊長為邊長為 a面對角線邊長為面對角線邊長為 a4r2arra4242第33頁/共39頁 a = 2.83 r 每個每個面心立方晶胞含原子數(shù)目面心立方晶胞含原子數(shù)目： 8 1/8 + 6 = 4 % = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100% = 74%arra4242第34頁/共39頁三、金屬晶體的四種堆積模型對比三、金屬晶體的四種堆積模型對比堆積模型堆積模型典型代表典型代表空間利空間利用率用率配位數(shù)配位數(shù)晶胞晶胞簡單立方簡單立方鉀型鉀型( bcp )鎂型鎂型(hcp)銅型銅型(ccp)閱讀課文閱讀課文7676資料卡片資料卡片，并填寫下表，并填寫下表第35頁/共39頁第36頁/共39頁四、空間利用率的計算四、空間利用率的計算空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在空間利用率：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。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% 晶胞體積晶胞體積第37頁