金屬晶體 高二下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第三章

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié)金屬晶體與離子晶體3.3.1金屬晶體1.認(rèn)識金屬鍵的本質(zhì)，掌握金屬鍵的特點與金屬某些性質(zhì)的關(guān)系。2.能用“電子氣理論”解釋金屬具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性的原因。3.借助金屬晶體等模型認(rèn)識金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、金屬有哪些物理通性呢?金屬為什么具有這些物理通性呢?為什么金屬能夠?qū)щ?？思考一、金屬鍵和金屬晶體1、金屬鍵(1)概念在金屬單質(zhì)晶體中原子之間以金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用叫做金屬鍵(2)成鍵微粒金屬陽離子和自由電子(3)成鍵條件金屬單質(zhì)或合金(4)成鍵本質(zhì)——電子氣理論金屬原子對外圍電子的束縛力不強，從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，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”(5)金屬鍵的特征金屬鍵沒有方向性和飽和性。晶體中的電子不專屬于某一個或幾個特定的金屬陽離子，而幾乎是均勻地分布在整塊晶體中，因此晶體中存在所有金屬陽離子與所有自由電子之間“彌漫”的電性作用，這就是金屬鍵，因此金屬鍵沒有方向性和飽和性2、金屬晶體(1)概念通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體，叫做金屬晶體(2)成鍵微粒金屬陽離子和自由電子(3)微粒間的作用力金屬鍵(4)氣化或熔化時破壞的作用力金屬鍵(5)常見的金屬晶體金屬單質(zhì)(汞除外)和合金3、用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)(1)延展性金屬材料有良好的延展性，由于金屬鍵沒有方向性，當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且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，所以金屬有良好的延展性。(2)導(dǎo)熱性金屬的導(dǎo)熱性是自由電子在運動時與金屬離子碰撞而引起能量的交換，從而使能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，使整塊金屬達到相同的溫度。(4)金屬光澤和顏色由于金屬內(nèi)部原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，且存在自由電子，所以當(dāng)光線照射到金屬表面時，自由電子可以吸收所有頻率的光并很快放出，使金屬不透明且具有金屬光澤。(3)導(dǎo)電性金屬材料有良好的導(dǎo)電性是由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場作用下發(fā)生定向移動而形成電流，呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性高溫下熱運動劇烈，電子的定向移動程度減弱，金屬的導(dǎo)電性減弱。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。①金屬晶體具有導(dǎo)電性，但能導(dǎo)電的物質(zhì)不一定是金屬。如石墨具有導(dǎo)電性，屬于非金屬。還有一大類能導(dǎo)電的有機高分子化合物(如聚乙炔)，也不屬于金屬。②金屬導(dǎo)電的微粒是自由電子，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的微粒是自由移動的陽離子和陰離子；前者導(dǎo)電過程中不生成新物質(zhì)，為物理變化，后者導(dǎo)電過程中有新物質(zhì)生成，為化學(xué)變化。因而，二者導(dǎo)電的本質(zhì)不同。【幾點強調(diào)】4、金屬晶體熔、沸點比較(1)金屬的熔點高低與金屬鍵的強弱直接相關(guān)：金屬鍵越強，金屬的熔點(沸點)越高，硬度一般也越大(2)金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數(shù)。原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強①同周期金屬單質(zhì)，從左到右熔、沸點升高，如：Na、Mg、Al的熔、沸點逐漸升高②同主族金屬單質(zhì)，從上到下熔、沸點降低，如：堿金屬從上到下熔、沸點逐漸降低(3)金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫為液體，熔點很低(－38.9℃)，而鐵等金屬熔點很高(1535℃)5、金屬晶體熔、沸點比較答題模板答題策略看金屬鍵的強弱，取決于金屬原子的半徑和價電子數(shù)答題模板金屬原子價電子數(shù)相等，則看金屬原子的半徑：同主族金屬元素同為金屬晶體，M原子半徑小于N原子，故M晶體的金屬鍵強，熔、沸點高金屬原子價電子數(shù)不相等，金屬原子的半徑也不相等：同周期金屬元素同為金屬晶體，M原子半徑小于N原子，M原子價電子數(shù)大于N原子價電子數(shù)，故M晶體的金屬鍵強，熔、沸點高1K的熔沸點小于Na，原因是：同為金屬晶體，K原子的半徑大于Na原子，故金屬鍵Na的強，熔、沸點也高2Mg的熔沸點小于Al，原因是：同為金屬晶體，Mg原子的半徑大于Al原子，Mg原子的價電子數(shù)小于Al原子的價電子數(shù)，故金屬鍵Al的強，熔、沸點也高1、下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是()A．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強烈相互作用，其實質(zhì)與離子鍵類似，也是一種電性作用B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性C．金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽離子和自由電子間的相互作用，故金屬鍵無飽和性和方向性D．構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運動3、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出，金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的強烈相互作用，叫金屬鍵。金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔、沸點越高。根據(jù)研究表明，一般來說，金屬原子半徑越小，價電子越多，則金屬鍵越強。由此判斷下列說法錯誤的是()A．鎂的硬度大于鋁B．鎂的熔、沸點高于鈣C．鎂的硬度大于鉀D．鈣的熔、沸點高于鉀B【練一練】A二、金屬晶體的堆積方式1、堆積原理組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時，在空間的排列大多服從緊密堆積原理。這是因為在金屬晶體中，金屬鍵沒有方向性和飽和性，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，并以密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定

2、金屬原子在二維平面中的堆積模型金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即：二維空間里)，可有兩種方式——非密置層和密置層非密置層密置層特點每個圓球與其他四個球相切每個圓球與其他六個球相切二維平面堆積圖示是否是最密堆積不是是配位數(shù)46正方形空隙面積>三角形空隙面積配位數(shù)在密堆積中，一個原子周圍所鄰接的原子的數(shù)目稱為配位數(shù)。如果把金屬原子視為一個球體，則一個圓球周圍靠的最近的圓球為配位數(shù)3、金屬晶體在三維空間里的4種堆積模型(1)簡單立方堆積將非密置層球心對球心地垂直向上排列，這樣一層一層地在三維空間里堆積，就得到簡單立方堆積。這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體，每個晶胞含一個原子，這種堆積方式的空間利用率為52%，配位數(shù)為6。這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)采取這種堆積方式(2)體心立方堆積——鉀型非密置層的另一種堆積方式是將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成