1、 金金 属属 晶晶 体体 （第一课时） TiTi 金属样品金属样品 一、金属晶体 1、定义： 2、最小微粒： 3、微粒间的作用关系: 金属键 4、熔化和沸腾时破坏的作用关系 金属键 通过金属阳离子与自由电子之间的较强 作用形成的单质晶体。 金属阳离子与自由电子 1、金属键的成键微粒：、金属键的成键微粒： 金属阳离子和自由电子。金属阳离子和自由电子。存在于金属存在于金属 单质和合金中。单质和合金中。 2、金属键的特征：、金属键的特征： 自由电子可以在整块金属中自由自由电子可以在整块金属中自由移动，移动， 因此因此金属键没有方向性和饱和性。金属键没有方向性和饱和性。 金属键金属键 3、金属键的本质
2、：、金属键的本质： “电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论) 金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电电 子气子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在 一起。一起。 二、金属晶体的共性二、金属晶体的共性 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。 金属金属为什么为什么具有这些共同性质呢具有这些共同性质呢? 【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由 电子的
3、运动是没有一定方向的，但电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件在外加电场的条件 下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以 金属容易导电。导电性随温度升高而降低。金属容易导电。导电性随温度升高而降低。 晶体类型晶体类型 离子晶体离子晶体 金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态 导电粒子导电粒子 水溶液或水溶液或 熔融状态下熔融状态下 晶体状态晶体状态 自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子 比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别： 三、三、电子气理论对金属的物理性质的解释电子气理论对金属的物理性质
4、的解释 1. 1. 对金属导电性的解释对金属导电性的解释 【讨论讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，自由电子在运动时经常与金属离子碰撞， 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时， 那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加 快，通过碰撞，把能量传给金属离子。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与自由电子运动时与 金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度 低低的部分，从而使整块
5、金属达到相同的温度。的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 2.2.对金属导热性的解释对金属导热性的解释 【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性金属为什么具有较好的延展性？ 金属晶体受外力作用时，晶体中的各原金属晶体受外力作用时，晶体中的各原 子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的 排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以 起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所 以在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可以在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可 保持这种相互作用，因而即使在外力作用下
6、，保持这种相互作用，因而即使在外力作用下， 发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延 展性。展性。 3.3.对金属延展性的解释对金属延展性的解释 4.4.对金属光泽和颜色的解释对金属光泽和颜色的解释 由于由于自由电子可吸收所有频率的光，自由电子可吸收所有频率的光， 然后很快释放出各种频率的光然后很快释放出各种频率的光，因此绝大因此绝大 多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某 些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易 吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。
7、当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面晶面 取向杂乱、晶格排列不规则取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光，吸收可见光 后辐射不出去，所以一般呈黑灰色。后辐射不出去，所以一般呈黑灰色。 【总结】金属晶体的结构与性质的关系 导电性导电性 导热性导热性 延展性延展性 金属离金属离 子和自子和自 由电子由电子 自由电子在自由电子在 外加电场的外加电场的 作用下发生作用下发生 定向移动定向移动 自由电子与自由电子与 金属离子碰金属离子碰 撞传递热量撞传递热量 晶体中各原子晶体中各原子 层相对滑动仍层相对滑动仍 保持相互作用保持相互作用 四、金属晶体的判定 金属晶体 最小微粒最小微粒
8、 金属阳离子和自由电子 固态金属单质及其合金固态金属单质及其合金 物质类别物质类别 金属晶体的共性金属晶体的共性 五、决定金属晶体熔沸点高低及硬度大小的因素 金属键的强弱 金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。 金属阳离子半径越小，所带电荷越多， 金属键越强。 硬度： Na Mg Al 熔点： Na Mg Al 沸点： Na Mg Al 知识要点小结 一、金属晶体 1、定义： 2、最小微粒： 3、微粒间的作用关系: 4、熔化和沸腾时破坏的作用关系 二、金属晶体的共性二、金属晶体的共性 三、电子气理论对金属的物理性质的解释三、电子气理论对金属的物理性质的解释 四、金属晶体的判定 五、决定金属晶体熔沸
9、点高低及硬度大小的因素 资料资料 金属之最金属之最 熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞 -38.87 熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨 3410 密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂 0.53g/cm3 密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇 22.57g/cm3 硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯 0.2 硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬 9.0 最活泼的金属是最活泼的金属是- 铯铯 最稳定的金属是最稳定的金属是- 金金 延性最好的金属是延性最好的金属是- 铂铂 铂丝直径：铂丝直径： mm 展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm 5
10、000 1 10000 1 小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较 晶体类型晶体类型 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 金属晶体金属晶体 概念概念 作用力作用力 构成微粒构成微粒 物物 理理 性性 质质 熔沸点熔沸点 硬度硬度 导电性导电性 实例实例 金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等 Au、Fe、Cu、钢、钢 铁等铁等 相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键 相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网 状结构的晶体状结构的晶体 共价键共价键 原子原子 很大很大 很高很高 无（硅为半导体）无（硅为半导体） 分子分子 分子间以
11、范德分子间以范德 华力相结合而华力相结合而 成的晶体成的晶体 范德华力范德华力 很低很低 很小很小 无无 通过金属键形成的通过金属键形成的 晶体晶体 金属键金属键 金属阳离子和自金属阳离子和自 由电子由电子 差别较大差别较大 差别较大 差别较大 导体导体 练习 下列说法错误的是（ ） A、镁的硬度大于铝 B、镁的熔沸点低于钙 C、镁的硬度大于钾 D、钙的熔沸点高于钾 AB 练习 下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体 的是（ ） A、有分子间作用力结合而成，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于 水后能导电 B
12、金金 属属 晶晶 体体 （第二课时） 四、金属晶体的原子堆积模型四、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个金属由于金属键没有方向性，每个金属 原子中的电子分布基本是球对称的，所原子中的电子分布基本是球对称的，所 以可以把金属晶体看成是由直径相等的以可以把金属晶体看成是由直径相等的 圆球的三维空间堆积而成的。圆球的三维空间堆积而成的。 1.1.理论基础：理论基础： 堆积原理：堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他组成晶体的金属原子在没有其他 因素影响时，在空间的排列大都遵循因素影响时，在空间的排列大都遵循 紧密堆积紧密堆积原理。这是因为金属键没有原理。这是因为金属键没有 方向性，因
13、此都趋向于使金属原子吸方向性，因此都趋向于使金属原子吸 引更多的其他原子分布于周围，并以引更多的其他原子分布于周围，并以 紧密堆积方式降低体系的能量，使晶紧密堆积方式降低体系的能量，使晶 体变得比较稳定。体变得比较稳定。 紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒微粒之间的作用力，使微粒 间尽可能的相互接近，使它们占有最小间尽可能的相互接近，使它们占有最小 的空间。的空间。 空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百空间被晶格质点占据的百 分数。用来表示紧密堆积的程度。分数。用来表示紧密堆积的程度。 配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子在密堆积中，一个原子或离子 周围距离最近且相等
14、的原子或离子的数周围距离最近且相等的原子或离子的数 目。目。 I I 型型 II II 型型 配位数为配位数为4 4 配位数为配位数为6 6 密置层密置层 非密置层非密置层 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 2.2.金属晶体的原子在二维平面的堆积模型金属晶体的原子在二维平面的堆积模型 （1 1）非密置层在三维空间堆积）非密置层在三维空间堆积 非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，空间利用率低（52%52%） 配位数是配位数是 个个 只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式 6 3.3.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型金属晶体的原子在三维空间的堆积模型 a.a
15、.简单立方堆积：简单立方堆积： 金属原子半径金属原子半径r r与正方体边长与正方体边长a a的关系：的关系： a a a a a = 2 r b.b.钾型钾型 -体心立方堆积体心立方堆积： ： 这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方， 每个晶胞含每个晶胞含 个原子，空间个原子，空间 利用率也不高（利用率也不高（68%68%），属于非），属于非 密置层堆积，配位数为密置层堆积，配位数为 ， 如碱金属、如碱金属、FeFe等等采取这种堆积方采取这种堆积方 式。式。 2 8 金属原子半径金属原子半径r r与正方体边长与正方体边长a a的关系：的关系： a a a a 2 a b = 4
16、 r b = 3 a a = 4 r 3 b 2 a ar 4 3 1 2 3 4 5 6 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对 准准 1 1，3 3，5 5 位位 ( ( 或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一位，其情形是一 样的样的 ) ) 1 2 3 4 5 6 A B ， 思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？ 金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式镁型和铜型镁型和铜型 镁型和铜型镁型和铜型 镁型镁型 铜型铜型 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 a.a.镁
17、型镁型 1 2 3 4 5 6 第三层的第三层的一种一种排列方式，排列方式，是将球对准第一是将球对准第一 层层每一个球，每一个球，于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即 AB AB AB AB 堆积方式堆积方式。 （2 2）密置层在三维空间堆积）密置层在三维空间堆积 -六方最密堆积六方最密堆积 六方最密堆积六方最密堆积 下图是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图 A B A B A 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于 最密置层堆积，配位数为最密置层
18、堆积，配位数为 ，许多金属（如，许多金属（如 MgMg、ZnZn、TiTi等）采取这种堆积方式。等）采取这种堆积方式。 1212 金属原子的半径金属原子的半径r r与六棱柱的边长与六棱柱的边长a a、高、高h h 的关系：的关系： a = 2 r a h h = a 6 3 2 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 b.b.铜型铜型 第三层的第三层的另一种另一种排排 列方式，列方式，是将球对准第是将球对准第 一层的一层的 2，4，6 位位， 不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置 ，这是这是 C 层。层。 4 1 2 3 5 6 -面心立方最密堆积面心立方最密堆积 1 2 3 4
19、5 6 铜型铜型 B C A 铜型铜型 边长为边长为 a 面对角线边长为面对角线边长为 a4r 2 ar ra 4 2 42 金属原子半径金属原子半径 r r与正方体边长与正方体边长a a 的关系：的关系： 1 2 3 4 5 6 此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 空间利用率也为空间利用率也为74， 配位数配位数 12 ( 同层同层 6， 上上 下层各下层各 3 ) 下图是铜型型紧密堆积的前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图 A A C C B B A A C C B B A A 堆积方式堆积方式 晶胞类型晶胞类型 空间利空间利 用率用率 配位数配位数
20、 实例实例 面心立方面心立方 最密堆积最密堆积 堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结 简单立简单立 方堆积方堆积 体心立方体心立方 密堆积密堆积 六方最六方最 密堆积密堆积 面心立方面心立方 六方六方 体心立方体心立方 简单立方简单立方 74% 74% 68% 52 12 12 8 6 Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti Na、K、Fe Po 1.1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ） A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用 B.B.金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D
21、.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用 2.2.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ） A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B.B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用金属晶体中的自由电子在外加电场作用 下可发生定向移动下可发生定向移动 C.C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作金属晶体中的金属阳离子在外加电场作 用下可发生定向移动用下可发生定向移动 D.D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习练习 C B 3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ） A.
22、A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴 离子离子 B.B.原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含 有其他化学键有其他化学键 4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐 降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高 ？ B 5.5.下列生活中的问题，不能用金属键知识下列生活中的问题，不能用金属键知识 解释的是解释的是 （ ） A
23、.A.用铁制品做炊具用铁制品做炊具 B.B.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.D.铁易生锈铁易生锈 D D 6.6.下列物质中含有金属键的是下列物质中含有金属键的是 ( )( ) A A、金属铝、金属铝 B B、合金、合金 C C、NaOH DNaOH D、NHNH4 4ClCl ABAB 7.7.金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有的多少有 关，价电子数越多金属键越强；与金属阳关，价电子数越多金属键越强；与金属阳 离子的离子的半径大小半径大小也有关，金属阳离子的半也有关，金属阳离子的半 径越大，金属键越弱。据此判断下列金属径越大，
24、金属键越弱。据此判断下列金属 熔点逐渐升高的是熔点逐渐升高的是 （ ） A A、Li Na K BLi Na K B、Na Mg AlNa Mg Al C C、Li Be Mg DLi Be Mg D、Li Na MgLi Na Mg B B 8.8.下列有关金属晶体叙述正确的是（下列有关金属晶体叙述正确的是（ ） A A、常温下金属单质都以金属晶体形式存、常温下金属单质都以金属晶体形式存 在在 B B、金属离子与自由电子之间的强烈作用、金属离子与自由电子之间的强烈作用 ，在一定外力作用下，不因形变而消失，在一定外力作用下，不因形变而消失 C C、钙的熔、沸点低于钾、钙的熔、沸点低于钾 D D
25、、温度越高，金属的导电性越好、温度越高，金属的导电性越好 B B 9 9. .下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 A A. .金属元素的原子只有还原性金属元素的原子只有还原性，离子只有氧离子只有氧 化性化性 B B. .金属元素在化合物中一定显正价金属元素在化合物中一定显正价 C C. .金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D D. .金属单质的熔点总是高于分子晶体金属单质的熔点总是高于分子晶体 10.10.某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按的原子按 面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结
26、构面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构 中可以划出一块正立方体的结构单元，金中可以划出一块正立方体的结构单元，金 属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧 面上，试计算这类金属晶体中原子的空间面上，试计算这类金属晶体中原子的空间 利用率。利用率。 空间利用率计算空间利用率计算 例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。 解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个 原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 1/8 = 2 设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理， 得：2a 2 +
27、 a 2 = (4r) 2 a 4 3 r r16a3 22 空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% = %68%100 a )a 4 3 ( 3 4 2 a r 3 4 2 3 3 3 3 10.10.某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按的原子按 面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构 中可以划出一块正立方体的结构单元，金中可以划出一块正立方体的结构单元，金 属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧 面上，试计算这类金属晶体中原子的空间面上，试计算这类金属晶体中原子的空间 利用率。利用率。 11.11.已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜 的相对原子质量为的相对原子质量为63.5463.54，密度为，密度为8.936g/cm8.936g/cm3 3， 试求：试求： （1 1）图中正方形边长）图中正方形边长a a， （2 2）铜的金属半径）铜的金属半径r r a a r r o r r 提示：提示： 数出面心立方中的铜的数出面心立方中的铜的 个数：个数：
