3.3金属晶体-课件(选修3)--李玉萍

第三章晶体结构与性质123456123456金属样品教学目标知识与能力1、了解金属的性质和形成原因2、掌握金属键的本质——“电子气理论”3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型教学重点：金属具有共同物理性质的解释。金属晶体内原子的空间排列方式。金属晶体内原子的空间排列方式。教学难点：金属键和电子气理论。金属晶体内原子的空间排列方式晶体什么叫晶体?构成晶体的微粒经过结晶过程而形成的具有规则几何外形的固体。离子、分子、原子离子晶体分子晶体原子晶体晶体类型金属晶体一、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：作用力：金属阳离子和自由电子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。【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。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系物质类型电解质金属晶体导电时的状态导电粒子导电时发生的变化导电能力随温度的变化水溶液或熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？化学变化物理变化增强减弱【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钢灰色光泽。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。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3、金属晶体的基本堆积模型（1）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。（3）配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数。（2）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。金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小的空间。——紧密堆积活动与探究1：平面上金属原子紧密排列的方式从蓝色盒子里取出：4组乒乓球（3个排成一条直线的）将乒乓球放置在平面上，排成4排，使球面紧密接触，有哪些排列方式？平面上金属原子紧密排列的两种方式配位数为4配位数为611223344564个小球形成一个四边形空隙，一种空隙。见“”。3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。一种：△见“”另一种：▽见“”平面上金属原子紧密排列的两种方式非密置层放置密置层放置配位数为4配位数为61122334456活动与探究2三维空间里非密置层金属原子的堆积方式先将两组小球以非密置层的排列方式排列在一个平面上：在其上方再堆积一层非密置层排列的小球，使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？三维空间里非密置层的金属原子的堆积方式（1）第二层小球的球心正对着第一层小球的球心（2）第二层小球的球心正对着第一层小球形成的空穴简单立方晶胞（1）简单立方堆积Po4、金属晶体的原子堆积模型①配位数：12341234566同层4，上下层各1（2）金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaaa=2r1、简单立方堆积[Po]配位数：空间占有率：每个晶胞含原子数：6152%简单立方堆积（3）简单立方晶胞平均占有的原子数目：81×8=1体心立方晶胞（2）体心立方堆积（IA，VB，VIB）2、体心立方堆积-----钾型金属晶体的堆积方式──体心立方堆积非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中（IA，VB，VIB）①配位数：8上下层各412345678（2）金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaab2a2ab=3ab=4ra=4r3（3）体心立方晶胞平均占有的原子数目：81×8=2+1活动与探究3三维空间里密置层金属原子的堆积方式将密置层的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来（至少堆4层），使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？注意：堆积方式的周期性、稳定性AABB三维空间里密置层的金属原子的堆积方式（1）ABAB…堆积方式（2）ABCABC…堆积方式123456123456AB第二层小球的球心对准第一层的1、3、5位（▽）或对准2、4、6位（△）。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。俯视图前视图ABABA（3）ABAB…堆积方式第三层小球对准第一层的小球。每两层形成一个周期地紧密堆积。123456（4）ABCABC…堆积方式第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。第四层同第一层。每三层形成一个周期地紧密堆积。123456123456ABABCA123456前视图C俯视图：ABAB…堆积方式ABCABC…堆积方式（3）ABAB…堆积方式——六方最密堆积（镁）12345678910111212①配位数：123456同层6，上下层各3金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h的关系：a=2rahh=a632；六方最密堆积的晶胞六方最密堆积的空间占有率=74%上下面为菱形边长为半径的2倍2r高为2倍正四面体的高r2362（4）ABCABC…堆积方式——面心立方最密堆积（铜）ABC12345678910111212①配位数：同层6，上下层各3123456123456②面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：81×8=4+21×6ABC立方面心最密堆积的配位数=12金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：a=4r2aaaaa立方面心最密堆积的空间占有率=74%空间利用率计算设原子半径为r、晶胞边长为a，根据勾股定理，得：2a2+a2=(4r)2a43rr16a322空间利用率=晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%=%68%100a)a43(342ar3423333金属晶体的四中堆积模型对比②密置层三维堆积①非密置层三维堆积（2）金属晶体的原子堆积方式a、简单立方堆积配位数6；空间利用率52%b、体心立方堆积（钾型）代表物：Be、Mg、Zn、Ti;配位数:12；空间利用率74%；方式ABAB…C、六方最密堆积（镁型）代表物：Li、Na、K、Rb、Cs、Fe;配位数8；空间利用率68%d、面心立方最密堆积（铜型）代表物：Cu、Au、Ag;配位数:12；空间利用率74%;方式：ABCABC……