化学选修3第三章-第三节金属晶体课件

第三节金属晶体高2013级化学课题组制一、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。金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构组成粒子：金属阳离子和自由电子作用力：金属离子和自由电子之间的较强作用——金属键（电子气理论）金属晶体：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。金属晶体熔点变化规律1、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）熔点很高的金属：钨（3410℃）铁的熔点：1535℃2、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，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱如：KNaMgAlLiNaKRbCs﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤资料金属之最熔点最低的金属是--------汞熔点最高的金属是--------钨密度最小的金属是--------锂密度最大的金属是--------锇硬度最小的金属是--------铯硬度最大的金属是--------铬最活泼的金属是----------铯最稳定的金属是----------金延性最好的金属是--------铂展性最好的金属是--------金【讨论1】金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。晶体类型离子晶体金属晶体导电时的状态导电粒子水溶液或熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：金属晶体的结构与金属性质的内在联系(用电子气理论解释金属的物理性质)1、金属晶体结构与金属导电性的关系【讨论2】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，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，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。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度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论3】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，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。3、金属晶体结构与金属延展性的关系4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色•由于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，因此绝大多数金属具有银白色或银灰色光泽。而某些金属（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。•当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。I.有自由电子存在,是良好的导体;II.自由电子与金属离子碰撞传递热量，具有良好的传热性能;III.自由电子能够吸收可见光并能随时放出,使金属不透明,且有光泽;IV.等径圆球的堆积使原子间容易滑动,所以金属具有良好的延展性和可塑性;V.金属间能“互溶”,易形成合金。金属晶体的一般性质及其结构根源金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型（1）几个概念紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，按（b）图方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（a）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。（a）非密置层（b）密置层金属晶体的原子平面堆积模型（a）非密置层（b）密置层哪种排列方式圆球周围剩余空隙最小？配位数：4配位数：6•简单立方堆积（Po）金属晶体的原子空间堆积模型1金属晶体的堆积方式──简单立方堆积晶胞的形状是什么？含几个原子？金属晶体的原子堆积模型简单立方堆积配位数？晶胞？简单立方晶胞的抽取1、简单立方晶胞a=2rV晶胞=a3V球=4πr3/3空间利用率=4πr3/3a3×100%≈52%边长为a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──钾型2、钾型（体心立方堆积）配位数？晶胞？钾型晶胞的抽取边长为a面对角线边长为a体对角线边长为a=4r2、体心立方晶胞23arra4343ar43=晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%=%68%100a)a43(342ar3423333123456第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。(或对准2，4，6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密的堆积方式。思考：密置层的堆积方式有哪些？下图是此种六方紧密堆积的前视图ABABA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，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积。配位数12。(同层6，上下层各3)第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC第四层再排A，于是形成ABCABC三层一个周期。得到面心立方堆积。配位数12。(同层6，上下层各3)镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式AAABCBA3、镁型（AB型六方最密堆积）BABABA镁型晶胞的抽取BAB3、（六方）最密堆积•解：A3堆积的一个六方晶胞a120ocaa120oca在A3型堆积中取出六方晶胞，平行六面体的底是平行四边形，各边长a=2r，则平行四边形的面积平行六面体的高：22360sinaaaSaaah3623622的四面体高边长为33228236223raaaV晶胞)2(3423个球晶胞中有球rV%05.74%100晶胞球VV4、铜型（面心立方最密堆积)BAACCB1ABC铜型面心立方晶胞的抽取BBAC面心立方BCA边长为a面对角线边长为a＝4r3、面心立方晶胞2arra4242•a=2.83r•每个面心立方晶胞含原子数目：81/8+6½=4%=(44/3r3)/a3=(44/3r3)/(2.83r)3100%=74%arra4242三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方钾型(bcp)镁型(hcp)铜型(ccp)阅读课文Ｐ76《资料卡片》，并填写下表金属晶体的四中堆积模型对比四、空间利用率的计算空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。球体积空间利用率=100%晶胞体积1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．金属元素在化合物中一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同D．金属单质的熔点总是高于分子晶体能力训练