2017人教版選修3金屬晶體共67張

會計學12017人教版選修3金屬晶體課件共67張Ti金屬樣品第1頁/共39頁一、金屬共同的物理性質(zhì)：

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?二、金屬晶體：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。第2頁/共39頁2.金屬晶體：通過金屬鍵結(jié)合形成的晶體。（金屬單質(zhì)和合金都屬于金屬晶體）①構(gòu)成粒子：金屬陽離子和自由電子。②微粒間作用力：金屬鍵?！坝嘘栯x子而無陰離子”是金屬獨有的特性。金屬單質(zhì)中不存在單個分子或原子。3.金屬鍵：金屬離子和自由電子之間的強烈的相互作用叫做金屬鍵。①特征：無方向性和飽和性，成鍵電子可以在金屬中自由流動。第3頁/共39頁②金屬鍵的強弱比較：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，金屬鍵越強。金屬鍵越強，晶體熔、沸點越高，硬度越大。③金屬鍵對晶體性質(zhì)的影響：第4頁/共39頁4.用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)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。(1)金屬為什么具有較好的延展性？自由電子+金屬離子錯位++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++第5頁/共39頁

(2)金屬為什么易導(dǎo)電？在金屬晶體中，充滿著帶負電的“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。

導(dǎo)電性隨溫度升高而降低。

不同的金屬導(dǎo)電能力不同，導(dǎo)電性最強的三種金屬是：Ag、Cu、Al。第6頁/共39頁晶體類型電解質(zhì)金屬晶體導(dǎo)電時的狀態(tài)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電時發(fā)生的變化導(dǎo)電能力隨溫度的變化水溶液或

熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動的離子自由電子思考：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？化學變化物理變化增強減弱第7頁/共39頁

(3)金屬為什么易導(dǎo)熱？“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?！半娮託狻保ㄗ杂呻娮樱┰跓岬淖饔孟屡c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。第8頁/共39頁小結(jié)1：金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬離子和自由電子自由電子在外加電場的作用下發(fā)生定向移動自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對滑動仍保持相互作用第9頁/共39頁【思考1】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2】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。11第10頁/共39頁小結(jié)2：三種晶體類型與性質(zhì)的比較晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體概念作用力構(gòu)成微粒物理性質(zhì)熔沸點硬度導(dǎo)電性實例金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅Ar、S等Au、Fe、Cu、鋼鐵等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)的晶體共價鍵原子很大很高無（硅為半導(dǎo)體）分子分子間以范德華力相結(jié)合而成的晶體范德華力很低很小無通過金屬鍵形成的晶體金屬鍵金屬陽離子和自由電子差別較大差別較大導(dǎo)體第11頁/共39頁

一種結(jié)晶形碳，有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感，可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/cm3，化學性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性，在空氣或氧氣中強熱可以燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑，并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。知識拓展——石墨第12頁/共39頁1.石墨為什么很軟？

2.石墨的熔沸點為什么很高（高于金剛石）？

思考：石墨各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強的共價（大π鍵），故熔沸點很高。石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動，所以石墨很軟。第13頁/共39頁3.石墨為什么能導(dǎo)電？

4.石墨中微粒間存在哪些相互作用？

碳原子間存在共價鍵和金屬鍵，層與層之間存在范德華力。

這是因為石墨晶體中存在自由電子，可以在整個碳原子的平面上運動，但是電子不能從一個平面跳躍到另一個平面，所以石墨能導(dǎo)電，并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?。這也是晶體各向異性的表現(xiàn)。第14頁/共39頁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--------金[金箔厚：mm]第15頁/共39頁三、金屬晶體的原子堆積模型

由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。理論基礎(chǔ)：組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時，在空間的排列大都遵循緊密堆積原理。這是因為金屬鍵沒有方向性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍，并以緊密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。堆積原理：17第16頁/共39頁緊密堆積：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。空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分數(shù)，用來表示緊密堆積的程度。配位數(shù)：在晶體中，一個粒子周圍等距且最近的微粒數(shù)目。三、金屬晶體的原子堆積模型1.幾個概念第17頁/共39頁I型II型配位數(shù)為4配位數(shù)為6密置層非密置層12341234562.金屬晶體的原子在二維平面堆積模型

金屬晶體中的原子可看成直徑相等的小球。將等徑圓球在一平面上排列，有兩種排布方式，按(Ⅰ)型方式排列，剩余的空隙較大，稱為非密置層；按(Ⅱ)型方式排列，圓球周圍剩余空隙最小，稱為密置層。第18頁/共39頁為清晰起見，我們使金屬原子不相接觸，以便更好地考察這種堆積的晶胞。3.金屬晶體的原子在三維空間堆積模型相鄰非密置層原子的原子核在同一直線上的堆積。（1）簡單立方堆積（Po型）:只有金屬（Po）采取這種堆積方式。第19頁/共39頁相鄰非密置層原子的原子核在同一直線上的堆積為清晰起見，我們使金屬原子不相接觸，以便更好地考察這種堆積的晶胞簡單立方堆積，屬于非密置層堆積，每個晶胞含____個原子，配位數(shù)為

，空間利用率___________。1652%第20頁/共39頁簡單立方堆積raa=2r第21頁/共39頁（2）體心立方堆積:(K型)體心立方堆積，屬于非密置層堆積，每個晶胞含____個原子，配位數(shù)為

，空間利用率_______，許多金屬采取這種堆積方式。2868%（如堿金屬、Fe、Cr）第22頁/共39頁體心立方堆積racb第23頁/共39頁123456第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?，3，5位(或?qū)?，4，6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密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？第24頁/共39頁金屬晶體的兩種最密堆積方式鎂型銅型第25頁/共39頁123456123456（鎂型）123456

第三層的其中一種排列方式，是將球?qū)实谝粚用恳粋€球，于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式。(3)六方最密堆積第26頁/共39頁

下圖是鎂型緊密堆積的前視圖ABABA123456配位數(shù)12。(同層6，上下層各3

)，空間利用率為74%

這種堆積屬于最密置層堆集許多金屬（如Mg、Zn、Ti等）采取這種堆積方式。第27頁/共39頁六方最密堆積，屬于密置層堆積，每個晶胞含____個原子，配位數(shù)為

，空間利用率_______，許多金屬采取這種堆積方式。21274%（如Mg、Zn、Co、Ti、）第28頁/共39頁123456123456（銅型）

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)实谝粚拥?，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。412356(4)面心立方最密堆積第29頁/共39頁123456ABC

第四層再排A，于是形成ABC、ABC三層一個周期。得到面心立方堆積。

配位數(shù)12

。(同層6，上下層各3

)

下圖是銅型型緊密堆積的前視圖ACBACBA第30頁/共39頁BAACCB1

ABC銅型面心立方晶胞的抽取BBAC第31頁/共39頁(4)面心立方最密堆積（銅型）面心立方最密堆積，屬于密置層堆積，每個晶胞含____個原子，配位數(shù)為

，空間利用率_______，許多金屬采取這種堆積方式。41274%（如Cu、Ag、Au、Ni、Pb、Ca）第32頁/共39頁例題：求面心立方晶胞的空間利用率.解：晶胞邊長為a，原子半徑為r.由勾股定理：a2+a2=(4r)2a=2.83r每個面心立方晶胞含原子數(shù)目：81/8+6?=4=(44/3r3)/a3=(44/3r3)/(2.83r)

3100%=74%第33頁/共39頁堆積方式晶胞類型空間利用率配位數(shù)實例簡單立方堆積體心立方密堆積六方最密堆積面心立方最密堆積堆積方式及性質(zhì)小結(jié)面心立方六方體心立方簡單立方74%74%68%52％121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo35第34頁/共39頁簡單立方鉀型（體心立方密堆積）鎂型（六方最密堆積）銅型（面心立方最密堆積）第35頁/共39頁1．大多數(shù)金屬晶體的堆積密度較大，原子配位數(shù)較高，你認為金屬晶體能充分利用空間的原因是(

)A．金屬原子的價電子數(shù)少B．金屬晶體中的自由電子