TiTi第三节第三节 金属晶体金属晶体学学.科科.网网从上述金属的应用来看，金属有哪些共同从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢的物理性质呢?一、金属共同的物理性质一、金属共同的物理性质学学.科科.网网容易导电、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? ?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？问题：构成金属晶体的粒子有哪些？组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子学学.科科.网网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：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体金属 键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高。金属键：金属晶体中原子之间的化学作用金属键：金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。力叫做金属键。学学.科科.网网金属原子的电离能低，容易失去电子而形成金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有键既没有方向性方向性也没有也没有饱和性饱和性，金属键的特征是成，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。键。强调：强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。电子气理论：电子气理论：经典的金属键理论叫做经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱脱落落”下来的大量自由电子形成可与气体相比下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的拟的带负电的“电子气电子气”，金属原子则，金属原子则“浸浸泡泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系金属导电性的解释金属导电性的解释学学.科科.网网在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。移动，因而形成电流，所以金属容易导电。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：导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中动的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气电子气”（自由电子）担当什么角色（自由电子）担当什么角色?金属导热性的解释金属导热性的解释“电子气电子气”（自由电子）在运动时经常与金属离子（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，碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能量增加，（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。运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用下与金属原子（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的频繁碰撞从而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。部分，从而使整块金属达到相同的温度。金属延展性的解释金属延展性的解释当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，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起到类似轴承中滚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，所以在各原子层之间发生相珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层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，发生形变也不易断裂。因此，金属都外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。有良好的延展性。 不同的金属在某些性质方面，如密度、硬不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+ + + + + + +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- 金金课后阅读材料1超导体一类急待开发的材料一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。1911年荷兰物理学家H昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4K(即269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。2合金：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强；导电性比成分金属差。金属晶体的原子平面堆积模型金属晶体中的原子可堪称直径相等的小球。将等径园球在一平面上排列，有两种排布方式，按（a）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（b）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。 （a）非密置层（b）密置层简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型1金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型体体心心立立方方堆堆积积配位数：配位数：8金属晶体的原子空间堆积模型3镁型镁型铜型铜型123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 )六方密堆积六方密堆积 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 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。123456123456123456123456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，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 面心立方面心立方 BCA镁型镁型铜型铜型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堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方52%6钾型(bcp)K、Na、Fe68%8镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12铜型(ccp)Cu, Ag, Au74%12Po (钋)1 1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金金属属元元素素的的原原子子只只有有还原原性性，离离子子只只有有氧氧化化性性B B金属元素在化合物中一定金属元素在化合物中一定显正价正价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金属金属单质的熔点总是高于分子晶体单质的熔点总是高于分子晶体能力训练能力训练2 2关关于于AA族族和和AA族族元元素素的的下下列列说法法中中正正确确的的是是A A同一周期中，同一周期中，AA族族单质的熔点比的熔点比AA族的高族的高B B浓度度都都是是0.01mol0.01molL L1 1时，氢氧氧化化钾溶溶液液的的pHpH比比氢氧化氧化钡的小的小C C氧化氧化钠的熔点比氧化的熔点比氧化镁的高的高D D加加热时碳酸碳酸钠比碳酸比碳酸镁易分解易分解3 3有有A A、B B、C C三三种种元元素素。已已知知4gA4gA元元素素的的单质与与 水水 作作 用用 ， 标 况况 下下 放放 出出 H H2 22.24L2.24L， 反反 应 中中 有有1.2041.20410102323个个电子子发生生转移移。B B元元素素可可与与A A形形成成ABAB2 2型型的的离离子子化化合合物物，且且知知A A、B B的的离离子子具具有有相相同同的的核核外外电子子排排布布。元元素素C C的的气气态氢化化物物可可与与其其最最高高价价氧氧化化物物的的水水化化物物发生生非非氧氧化化还原原反反应生生成成盐，1mol1mol该盐含含4242个个电子。据此填写下列空白：子。据此填写下列空白：（1 1）元元素素符符号号：A_A_，B_B_，C_C_。 （2 2）用用电子子式式表表示示C C的的气气态氢化化物物的的形形成成过程程_；它它与与B B的的气气态氢化化物物反反应时有有_现 象象 发 生生 ， 生生 成成 物物 的的 电 子子 式式_，它属于，它属于_晶体。晶体。4 4、某些金属晶体、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结按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，构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金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侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。间利用率。 8、已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，、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铜的相对原子质量为63.54，密度为，密度为8.936g/cm3，试求，试求（1）图中正方形边长）图中正方形边长 a，（2）铜的金属半径）铜的金属半径 raarrorr提示：提示：数出面心立方中的铜的个数：数出面心立方中的铜的个数：