1、金属晶体金属键堆积方式市级公开课金属晶体金属键堆积方式市级公开课110928 共价键第1页/共47页金刚石中每个金刚石中每个C C原子以原子以spsp3 3杂化，分别与杂化，分别与4 4个个相邻的相邻的C C 原子形成原子形成4 4个个键，故键角为键，故键角为1091092828，每个，每个C C原子的配位数为原子的配位数为4 4；每个每个C C原子均可与相邻的原子均可与相邻的4 4个个C C构成实心的构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41+41/4=21/4=2
2、个碳原子；个碳原子；在金刚石中最小的环是六元环，在金刚石中最小的环是六元环，1 1个环中个环中平均含有平均含有6 61/12=1/21/12=1/2个个C C原子，含原子，含C-CC-C键数为键数为6 61/6=11/6=1；金刚石的晶胞中含有金刚石的晶胞中含有C C原子为原子为8 8个，内含个，内含4 4个小正四面体，含有个小正四面体，含有C-CC-C键数为键数为1616。第2页/共47页18010928SiO共价键第3页/共47页二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp3 3杂化，分别杂化，分别与与4 4个个O O原子成键，每个原子成键，每个O O原子与原子与2 2个个SiSi
3、原子原子成键；成键；晶体中的最小环为十二元环，其中有晶体中的最小环为十二元环，其中有6 6个个SiSi原子和原子和6 6个个O O原子，含有原子，含有1212个个Si-OSi-O键；键；每个每个SiSi原子被原子被1212个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个O O原原子被子被6 6个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个Si-OSi-O键被键被6 6个个十二元环共有；每个十二元环所拥有的十二元环共有；每个十二元环所拥有的SiSi原子数为原子数为6 61/12=1/21/12=1/2，拥有的，拥有的O O原子数为原子数为6 61/6=11/6=1，拥有的，拥有的Si-OSi-O键数为键数为1
4、2121/6=21/6=2，则则SiSi原子数与原子数与O O原子数之比为原子数之比为1 1：2 2。第4页/共47页【总结总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。（2）记忆常见的、典型的原子晶体。）记忆常见的、典型的原子晶体。（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点）依据晶体的熔点
5、判断：原子晶体熔、沸点高，常在高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。数百度以下至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。大，分子晶体硬度小且较脆。第5页/共47页高二化学（选高二化学（选修修3）第三章）第三章第6页/共47页金属
6、样品金属样品第7页/共47页 1 1、金属共同的物理性质、金属共同的物理性质容易导电、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。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢?2、金属的结构、金属的结构第8页/共47页强，熔沸点高强，熔沸点高、金属键、金属键第9页/共47页组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子作用力：作用力：金属离子和自由电子之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键（电子气理论）金属键（电子气理论）、金属晶体：、金属晶体：概念：概念：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子通过金属键作通过金属键作用形成
7、的晶体用形成的晶体第10页/共47页【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，这些自在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下条件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，因而形成电流，所以金属容易导电。所以金属容易导电。3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系、金属晶体的结构与金属性质的内在联系、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系第11页/共47页导电物质导电物质离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体导电时的状态
8、导电时的状态导电粒子导电粒子升温时升温时导电能力导电能力溶液或熔融液溶液或熔融液固态或液固态或液态态阴离子和阳离子阴离子和阳离子自由电自由电子子增强增强减弱减弱比较离子体导电与金属晶体导电的区别：比较离子体导电与金属晶体导电的区别：第12页/共47页【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。加快，通过碰撞，把能量传给金属离
9、子。金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属容易导热，是由于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金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。度。、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系第13页/共47页【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？原子晶体受外力作用时，原子间的位移必原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自无延展性。而金属晶体中
10、由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。不易断裂。、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系第14页/共47页自由电子自由电子金属离金属离子子外力外力第15页/共47页去，所以成黑色。去，所以成黑色。第16页/共47页4.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化较大金属晶体熔点变化较大与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间与金属晶体紧密
11、堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系的金属键的强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。如：如：KNaMgAlLiNaKRbCs第17页/共47页资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属
12、是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬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-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金第18页/共47页C C金属晶体中的金属阳离子在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外加电场作用下可发生定向移动动D D金属晶体在外加电场作用下金属晶体在外加电场作用下可失去电子可失去电子CB第19页/共47页3.3.下列叙述正确的是（下列叙述
13、正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子子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.离子化合物中只含有离子键，不含有共价键离子化合物中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键他化学键BB B4.4.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ()()A.A.金属键没有方向性金属键没有方向性B.B.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用烈的静电吸引作用C.C.金属键中的电
14、子属于整块金属金属键中的电子属于整块金属D.D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关第20页/共47页5.下列有关金属元素特性的叙述正确的是下列有关金属元素特性的叙述正确的是 A.金属原子只有还原性金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性金属离子只有氧化性B.金属元素在化合物中一定显正化合价金属元素在化合物中一定显正化合价C.金属元素在不同化合物中化合价均不相同金属元素在不同化合物中化合价均不相同D.金属元素的单质在常温下均为晶体金属元素的单质在常温下均为晶体B6.金属的下列性质与金属键无关的是金属的下列性质与金属键无关的是()A.金属不透明并具有金属
15、光泽金属不透明并具有金属光泽 B.金属易导电、传热金属易导电、传热 C.金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性 D.金属具有延展性金属具有延展性C第21页/共47页7.能正确描述金属通性的是能正确描述金属通性的是 ()A.易导电、导热易导电、导热 B.具有高的熔点具有高的熔点 C.有延展性有延展性 D.具有强还原性具有强还原性AC8.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是的是 （）A.用铁制品做炊具用铁制品做炊具 B.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.铁易生锈铁易生锈D第22页/共47页9.金属键的强弱与金属金属键的
16、强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半半径大小径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 A.Li Na K B.Na Mg Al C.Li Be Mg D.Li Na MgB第23页/共47页二二.金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型第24页/共47页（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型金属晶体的原子在二维平面堆积模型 第25页/共47页二维平面堆积方式二维平面堆积方式行列对齐行列对
17、齐,四球一四球一空空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错行列相错,三球一空三球一空 最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层配位数：4配位数：6第26页/共47页三维空间堆积方式三维空间堆积方式.简单立方堆积简单立方堆积非密置层的三维堆积方式非密置层的三维堆积方式第27页/共47页晶胞内原子数：晶胞内原子数：配位数：配位数：空间利用率：空间利用率：典型金属：典型金属：立方晶胞立方晶胞（钋）（钋）Po5261第28页/共47页NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等属于体心立方堆积属于体心立方堆积。.体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型）第29页/共47页这是非密置层另一种堆积方
18、这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中属原子形成的凹穴中,得到的得到的是是体心立方堆积体心立方堆积。.体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型）晶胞内原子数：晶胞内原子数：2配位数：配位数：8空间利用率：空间利用率：68典型金属：典型金属：K、Na、Fe体心立方晶胞体心立方晶胞第30页/共47页第一层第一层 ：三维空间堆积方式三维空间堆积方式密置层的三维堆积方式密置层的三维堆积方式第31页/共47页123456 第二层第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，
19、6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。第32页/共47页六方堆积六方堆积面心立方面心立方堆积堆积第33页/共47页 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种：第一种：将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 AB AB 堆积方堆积方式，形成六方堆积式，形成六方堆积。配位数配位数 12 (同层同层 6，上下层各上下层各 3).六方堆积（镁型）
20、六方堆积（镁型）镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 第34页/共47页BABABA镁型晶胞的抽取BAB六方晶胞晶胞内原子数：晶胞内原子数：2配位数：配位数：12空间利用率：空间利用率：74典型金属：典型金属：MgZnTi第35页/共47页 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 1 1，3 3，5 5 位位，不同不同于于 AB AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C C 层。层。123456123456123456第36页/共47页123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，
21、于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。这种堆积方式可划分出这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。面心立方晶胞。配位数配位数 12 12 (同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 ).面心立方面心立方堆积（铜型）堆积（铜型）金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 第37页/共47页铜型（铜型（面心立方最密堆积)BAACCB1 ABC铜型面心立方晶胞的抽取BBAC第38页/共47页 ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。来加以说明。空间利用率高为空间利用率高为74。第39页/共47页
22、简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数=6空间利用率空间利用率=52.36%体心立方堆积体心立方堆积体心立方晶胞体心立方晶胞配位数配位数=8空间利用率空间利用率=68.02%六方堆积六方堆积六方晶胞六方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%第40页/共47页 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状
23、、鳞片状和致密块状。密度片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。芯等。知识拓展石墨知识拓展石墨第41页/共47页知识拓展石墨知识拓展石墨第42页/共47页石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很石墨各层均为平面网状结构，碳原子之
24、间存在很强的共价键，故熔沸点很高。强的共价键，故熔沸点很高。金刚石的熔点是3550,石墨的熔点是36523697(升华)。石墨熔点高于金刚石。石墨应该是混合型晶体石墨应该是混合型晶体而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,似乎不可思议,但石墨晶体片层内共价键的键长是1.421010m,金刚石晶体内共价键的键长是1.551010m。同为共价键共价键,键长越小键长越小,键能越大，键越牢固键能越大，键越牢固,破坏它也就越难破坏它也就越难,也就需要提供更多的能量也就需要提供更多的能量,故而熔点应该更高。故而熔点应该更高。第43页/共47页石墨的晶体结构石墨的晶体结构请阅读请阅读并开展辩论并开
25、展辩论：石墨是原子晶体吗？：石墨是原子晶体吗？正方：是原子晶体正方：是原子晶体 同一层内，碳原子同一层内，碳原子以共价键结合。以共价键结合。形成网状结构形成网状结构 反方：不是原子晶体反方：不是原子晶体 层与层之间通过范德层与层之间通过范德华力结合。华力结合。不是空间的网状结构不是空间的网状结构 熔点很高熔点很高石墨很软石墨很软第44页/共47页第45页/共47页分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比。分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比。故正六边形中的碳碳键数为故正六边形中的碳碳键数为6 61/2=31/2=3，解析：解析：我们可以先选取一个正六边形我们可以先选取一个正六边形此结构中的碳原子数为此结构中的碳原子数为6 6一个碳原子被三个六元碳环共用，一个碳原子被三个六元碳环共用，正六边形中的碳原子数为正六边形中的碳原子数为6 61/3=21/3=2。六边形中的任一条边（即碳碳键）六边形中的任一条边（即碳碳键）均被均被2 2个正六边形共用，个正六边形共用，所以碳原子数与碳碳键数目比为所以碳原子数与碳碳键数目比为2:32:3。第46页/共47页感谢您的观看。感谢您的观看。第47页/共47页
