化学选修3第三章第三节-金属晶体

第三章晶体的结构与性质第三节金属晶体思考1:金属有哪些共同的物理性质呢?一、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等思考2:金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构1、电子气理论：由于金属原子的最外层电子数较少,容易失去电子成为金属离子,金属原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子,而为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由运动,这些电子又称为自由电子。金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。组成粒子：金属阳离子和自由电子2、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键（电子气理论）3、金属晶体：通过金属键结合形成的单质晶体。金属单质和合金都属于金属晶体微粒间作用力：金属键特征：没有方向性，也没有饱和性，成键电子可以在金属中自由流动，4、电子气理论对金属的物理性质的解释在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”（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，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al⑴金属导电性的解释晶体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“电子气”（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“电子气”（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。“电子气”（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部分，从而使整块金属达到相同的温度。⑵金属导热性的解释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，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，发生形变金属键不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。⑶金属延展性的解释自由电子+金属离子金属原子错位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++(4)、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。【总结】金属晶体的结构与性质的关系导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用影响金属键强弱的因素：金属阳离子所带电荷越多、离子半径越小，金属键越强。一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。5、熔点和沸点【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减，试用金属键理论加以解释。【思考5】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠＜镁＜铝。同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A.金属离子间的相互作用B．金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用D.金属原子与自由电子间的相互作用2.金属能导电的原因是（）A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B．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C．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D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子练习CB3.下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键4.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？B知识小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体概念作用力构成微粒物理性质熔沸点硬度导电性实例共价键范德华力金属键原子分子金属阳离子和自由电子很高很低差别较大很大很小差别较大无（硅为半导体）无导体相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体分子间以范德华力相结合而成的晶体通过金属键形成的晶体金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅Ar、S等Au、Fe、Cu、钢铁等三、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a:配位数4b:配位数63、金属晶体的原子在三维空间堆积模型①简单立方堆积（Po）简单立方堆积②体心立方堆积—钾型（碱金属）体心立方堆积配位数：8镁型铜型3、六方最密堆积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。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)，空间利用率为74%(3)、镁型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)④面心立方:铜型BCA镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式空间利用率计算例1：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例2：求面心立方晶胞的空间利用率.解：晶胞边长为a，原子半径为r.由勾股定理：a2+a2=(4r)2a=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%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．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2、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Mr，密度为dg/cm3，试求（1）图中正方形边长a，（2）铜的金属半径raarrorr提示：数出面心立方中的铜的个数：