高中化學(xué)選修3課件第三章-第三節(jié)-金屬晶體

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)§3.3金屬晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)§3.3金屬晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)

1、了解金屬的性質(zhì)和形成原因2、掌握金屬鍵的本質(zhì)——“電子氣理論”3、能用電子氣理論和金屬晶體的有關(guān)知識解釋金屬的性質(zhì)4、掌握金屬晶體的四種原子堆積模型教學(xué)重點:金屬具有共同物理性質(zhì)的解釋。金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式。教學(xué)難點:金屬鍵和電子氣理論。金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式學(xué)習(xí)重難點學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解金屬的性質(zhì)和形成原因教學(xué)重點:金屬具有共同Ti金屬樣品Ti金屬樣品41.金屬的物理性質(zhì)BCDAEF41.金屬的BCDAEF5

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。金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢?二、金屬的結(jié)構(gòu)問題:1、構(gòu)成金屬的粒子有哪些？2、是否存在陰離子？5一、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6組成粒子:金屬陽離子和自由電子、金屬原子“有陽離子而無陰離子”是金屬獨有的特性。金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”,被所有原子所共用，從而把所有的原子維系在一起。金屬鍵不存在單個分子1.“電子氣理論”(自由電子理論)6組成粒子:金屬陽離子和自由電子、金屬原子“有陽離子而無陰離7（1）金屬鍵的成鍵微粒:（2）金屬鍵存在:（3）金屬鍵的特征:（4）金屬鍵的實質(zhì):2、金屬鍵:金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用叫做金屬鍵（電子氣理論）金屬陽離子和自由電子金屬單質(zhì)和合金沒有方向性和飽和性一種電性作用3、金屬晶體:金屬原子通過金屬鍵結(jié)合形成的晶體。在晶體中，不存在單個分子。金屬陽離子被自由電子所包圍。金屬晶體熔化時破壞的作用力？思考7（1）金屬鍵的成鍵微粒:2、金屬鍵:金屬陽離子和自由電子之8一般陽離子所帶電荷越多、半徑越小，金屬鍵___，熔沸點____，硬度____。與金屬性強弱判斷有什么不同?（1）金屬鍵的成鍵微粒:（2）金屬鍵存在:（3）金屬鍵的特征:（4）金屬鍵的實質(zhì):（5）金屬鍵強弱的判斷:2、金屬鍵:金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用叫做金屬鍵（電子氣理論）金屬離子和自由電子金屬單質(zhì)和合金沒有方向性和飽和性一種電性作用金屬陽離子電荷和半徑越強越高越大8一般陽離子所帶電荷越多、半徑越小，金屬鍵___，熔9練習(xí)1、下列說法錯誤的是（）A、鎂的硬度大于鋁B、鎂的熔沸點低于鈣C、鎂的硬度大于鉀D、鈣的熔沸點高于鉀AB

2、下列四中有關(guān)性質(zhì)的描述，可能是金屬晶體的是（）A、有分子間作用力結(jié)合而成，熔點很低B、固體或熔融態(tài)易導(dǎo)電，熔點較高C、由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀晶體，熔點很高D、固體不導(dǎo)電，熔融態(tài)也不導(dǎo)電，但溶于水后能導(dǎo)電B9練習(xí)1、下列說法錯誤的是（）AB2三、電子氣理論對金屬物理性質(zhì)的解釋閱讀:教材P73第三、四自然段，討論以下幾個問題【討論1】

金屬為什么易導(dǎo)電？【討論2】

金屬為什么易導(dǎo)熱？【討論3】

金屬為什么有良好的延展性？【討論4】為什么在純金屬加入其他元素形成合金以后，它的性能與純金屬有很大的差異呢？三、電子氣理論對金屬物理性質(zhì)的解釋閱讀:教材P73第三、四11【討論1】

金屬為什么易導(dǎo)電？在金屬晶體中，存在著帶負(fù)電的“電子氣”，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電子氣就會發(fā)生定向移動，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電?！居懻?】金屬為什么易導(dǎo)熱？金屬容易導(dǎo)熱，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞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(dá)到相同的溫度。思考:溫度升高，金屬的導(dǎo)電性是增強還是減弱？11【討論1】金屬為什么易導(dǎo)電？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(xué)變化物理變化增強減弱晶體類型電解質(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【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？延展性:金屬材料在外力作用下會發(fā)生形變，但不會斷裂。原子晶體:

金屬晶體:

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。

當(dāng)金屬受到外力時，由于金屬鍵無方向性，各原子層發(fā)生相對滑動，但排列方式不變，彌漫在金屬原子間的電子氣可起到類似軸承中滾珠之間的潤滑劑的作用，所以金屬具有良好的延展性。自由電子+金屬離子金屬原子錯位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++外力【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？延展性:金屬材料在外力14【討論4】為什么在純金屬加入其他元素形成合金以后，它的性能與純金屬有很大的差異呢？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)熱性延展性金屬陽離子和自由電子電子氣在外加電場的作用下發(fā)生定向移動自由電子與金屬原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14【討論4】為什么在純金屬加入其他元素形成合金以后，它的性資料金屬之最熔點最低的金屬是----汞熔點最高的金屬是----鎢密度最小的金屬是----鋰密度最大的金屬是----鋨硬度最小的金屬是----銫硬度最大的金屬是----鎢最活潑的金屬是------銫最穩(wěn)定的金屬是------金延性最好的金屬是----鉑展性最好的金屬是----金了解隨練:見課后習(xí)題資料金屬之最熔點最低的金屬是----汞熔點最高的金屬是--【討論5】金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色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，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。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，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色?！居懻?】金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色由于自由電子可吸收所【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，試用電子氣理論加以解釋。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?！舅伎?】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。

【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作用力構(gòu)成微粒物理性質(zhì)熔沸點硬度導(dǎo)電性實例共價鍵范德華力金屬鍵原子分子金屬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191、金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶體的原子堆積模型

（a）非密置層

（b）密置層配位數(shù)=4配位數(shù)=6學(xué)與問配位數(shù):任意一個原子周圍與之相接觸的原子的數(shù)目。191、金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶20

金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成.那么,非密置層在三維空間里堆積有幾種方式？請比較不同方式堆積時金屬晶體的配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別。思考與交流20金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而晶胞的形狀是什么？含幾個原子？2、金屬晶體在三維空間堆積模式非密置層的堆積晶胞的形狀是什么？含幾個原子？2、金屬晶體在三維空間堆積模式22（1）簡單立方堆積:2、金屬晶體在三維空間堆積模式只有金屬（Po）配位數(shù):空間占有率:每個晶胞含原子數(shù):6152%22（1）簡單立方堆積:2、金屬晶體在三維空間堆積模式只有23金屬晶體的堆積方式──體心立方堆積

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23金屬晶體的堆積方式──體心立方堆積非密置24（2）體心立方堆積---鉀型每個晶胞每個晶胞含

個原子空間利用率不高_(dá)_____配位數(shù)為______

2868%(堿金屬/Fe)24（2）體心立方堆積---鉀型每個晶胞每個晶胞含123456

第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)

1，3，5位。(或?qū)?zhǔn)2，4，6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？123456第二層對第一層來講最緊密26金屬晶體的兩種最密堆積方式──鎂型和銅型（3）鎂型和銅型鎂型銅型26金屬晶體的兩種最密堆積方式──鎂型和銅型（3）鎂型和銅型

下圖是此種六方緊密堆積的前視圖ABABA

第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456

于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形成六方緊密堆積。

配位數(shù)

。(同層

，上下層各

。)1263下圖是此種六方ABABA第一種是將第三層的球?qū)?81200平行六面體六方最密堆積空間利用率高_(dá)____，屬于最密置層堆積.配位數(shù)為

，每個晶胞所含原子個數(shù)______許多金屬（如Mg、Zn、Ti等）采取這種堆積方式。12鎂型（ZnTiMgⅢBⅣBⅦB）74%2281200平行六面體六方最密堆積空間利用率高_(dá)____，屬第二種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的

2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456第二種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個周期。得到面心立方堆積。

配位數(shù)

。(同層

，上下層各

)1263123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC31123456銅型面心立方堆積31123456銅型面心立方堆積配位數(shù):空間占有率:每個晶胞含原子數(shù):銅型[面心立方]BCA1274%4（Cu/Ag/Au）配位數(shù):空間占有率:每個晶胞含原子數(shù):銅型[面心立方]BC33ＡＢＡＣＢＡ鎂型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式33ＡＣ鎂型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式34堆積方式晶胞類型空間利用率配位數(shù)實例面心立方最密堆積堆積方式及性質(zhì)小結(jié)簡單立方堆積體心立方密堆積六方最密堆積面心立方六方體心立方簡單立方74%74%68%52％121286Cu、Ag、AuNa、K、FePoZn、Ti、Mg34堆積方式晶胞類型空間利用率配位數(shù)實例面心立方最密堆積堆積35空間利用率的計算空間利用率:指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個晶體空間中所占有的體積百分比。晶胞中含有原子(球)體積空間利用率=100%晶胞體積先計算每個晶胞中所含原子個數(shù)再計算空間利用率35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363637解:先計算每個晶胞中所含原子個數(shù)體心立方晶胞:1+8×1/8=2

例2:體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。37解:先計算每個晶胞中所含原子個數(shù)例2:體心立方晶胞設(shè)原子半徑為r、晶胞邊長為a，根據(jù)勾股定理，得:2a2+a2=(4r)2空間利用率

=晶胞含有原子的體積/晶胞體積100%

=再計算空間利用率設(shè)原子半徑為r、晶胞邊長為a，空間利用率再計算空間例3: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%例3:面心立方晶胞的空間利用率.解:晶胞邊長為a，原子半徑為三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)特征:在金屬晶體里，金屬陽離子有規(guī)則地緊密堆積，自由電子幾乎均勻分布在整個晶體中，不專屬哪幾個特定的金屬離子，而是被許多金屬離子共有。四、金屬晶體的熔點變化規(guī)律:（1）金屬晶體熔點變化差別較大。如汞在常溫下是液體，熔點很低（－38.9。C）。而鐵等金屬熔點很高（1535。C）。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子的靜電作用力不同而造成的差別。（2）一般情況下（同類型的金屬晶體），金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、所帶的電荷數(shù)、自由電子的多少而定。陽離子半徑越小，所帶的電荷越多，自由電子