金属晶体+课件ppt.ppt

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1、金属原子金属原子自由电子自由电子一一.金属晶体：金属晶体：2.组成粒子：组成粒子：金属阳离子金属阳离子和和自由电子自由电子金属键（金属离子和自由电子金属键（金属离子和自由电子之间的较强作用）之间的较强作用）1.定义：定义：通过通过金属键金属键作用形成的单质晶体作用形成的单质晶体3.作用力：作用力：阳离子所带电荷越多、半径越小阳离子所带电荷越多、半径越小,金金属键越强强，熔沸点高。属键越强强，熔沸点高。金属晶体的熔沸点差别较大金属晶体的熔沸点差别较大5.影响：影响：自由电子可以在整块金属中自由移动自由电子可以在整块金属中自由移动，因此因此金属键没有方向性和饱和性，金属金属键没有方向性和饱和性，金

2、属件存在于金属单质和合金中件存在于金属单质和合金中金属键的本质金属键的本质电子气理论电子气理论 金属原子脱落来的价电子金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的形成遍布整个晶体的“电电子气子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。在一起。4.金属键特征：金属键特征：。二二.金属晶体性质的解释金属晶体性质的解释：电子气理论电子气理论1、金属易导电性：、金属易导电性：在外加电场的条件下自由电子就会发生定向在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动而形成电流，运动而形成电流，所以金属容易导电。所以金属容易导电。2、金属易导热：、金属易导热：自由电子运动

3、时与金属离子碰撞把能量从温度高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，的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到从而使整块金属达到相同的温度。相同的温度。含有含有自由移动自由移动自由移动自由移动的带电粒子的带电粒子金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互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，受到撞击时作用没有方向性，受到撞击时各原子层之间发各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。3.金属延展性好：金属延展性好：自由电子

4、自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+4.金属晶体结构具有金属光泽和颜色金属晶体结构具有金属光泽和颜色自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放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。色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色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，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶面取向杂乱、晶格排列不规则，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去

5、，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。所以成黑色。5、影响金属键强弱的因素：、影响金属键强弱的因素：金属金属阳离子半径阳离子半径越小，所带越小，所带电荷电荷越多，越多，自自由电子由电子越多，金属键越强，熔点就相应越越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大高，硬度也越大化学键的强弱判断化学键的强弱判断金属键金属键共价键共价键离子键离子键键长越短,键能越大，共价键越强离子半径越小,所带电荷越多,离子键越强金属离子半径越小，价电子数越多，金属键越强请填空并解释：请填空并解释：钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度由小钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度由小到大的顺序是：到大的顺序是：钠镁铝钠镁铝 碱金属元素的

6、熔沸点随原子序数的碱金属元素的熔沸点随原子序数的 增大而：增大而：递减递减金属金属KNaMgAl原子外原子外围电围电子子排布排布4s13s13s23s23p1原子半径原子半径(pm)255186160143.1熔点熔点()90.097.5650660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 -38.87-38.87熔点最高的金属是：熔点最高的金属是：钨 34103410密度最小的金属是：密度最小的金属是：锂 0.53g/cm0.53g/cm3 3 最最稳定的金属是：定的金属是：金金石墨是层状结构的混合型晶体 石石墨墨为为层层状状结结构构，各各层层之之间间是是范范德德华华力力结结

7、合合，容容易滑动，所以石墨很软。易滑动，所以石墨很软。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子之石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大间存在很强的共价键（大键）键），故熔沸点，故熔沸点很高。很高。石墨能导电的原因：石墨能导电的原因：这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以在整个碳原子的平面上运动，但是电子不在整个碳原子的平面上运动，但是电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电性强。墨能导电，并且沿层的平行方向导电性强。这也是晶体各向异性的表现。这

8、也是晶体各向异性的表现。石墨中微粒间的作用：石墨中微粒间的作用：碳原子间存在共价键和金属键，层与层碳原子间存在共价键和金属键，层与层之间存在范德华力之间存在范德华力晶体晶体类类型型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电导电性性实实例例金金刚刚石、二氧化硅、晶石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅体硅、碳化硅 Ar、

9、S等等Au、Fe、Cu、钢钢铁铁等等共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子金属阳离子金属阳离子和自由电子和自由电子很高很高很低很低差别较大差别较大很大很大很小很小差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体三三.金属晶体的原子堆积模型：金属晶体的原子堆积模型：由于金属键没有方向性，每个金属原子由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的维空间堆积而成的。1.1.理论基础：理论基础：堆积原理堆积原理:遵循遵循紧密堆

10、积紧密堆积原理。因为原理。因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于围，并以原子吸引更多的其他原子分布于围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。得比较稳定。紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽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。可能的相互接近，使它们占有最小的空间。空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百分空间被晶格质点占据的百分数。数。用来表示紧密堆积的程度用来表示紧密堆积的程度。配位数：配位数：在密堆积中，在密堆积中，一个原子或离子周

11、一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目围距离最近且相等的原子或离子的数目。I I 型型II II 型型配位数为配位数为4 4配位数为配位数为6 6密置层密置层非密置层非密置层12341234562.2.金属晶体的原子的堆积模型金属晶体的原子的堆积模型（1 1）二维平面：）二维平面：非密置层在三维空间堆积非密置层在三维空间堆积非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，空间利用率低（52%52%）配位数是配位数是 个个只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式采取这种堆积方式6a.a.简单立方堆积：简单立方堆积：（2 2）三维空间：）三维空间：金属原子半径金属原子半径r r与正方体

12、边长与正方体边长a a的关系：的关系：a aa aa aa aa=2 r如何计算空间利用率呢？如何计算空间利用率呢？球体积球体积空间利用率空间利用率=100%100%晶胞体积晶胞体积b b.体心立方堆积：钾型体心立方堆积：钾型每个晶胞含每个晶胞含 个原子，配位数个原子，配位数为为 ，如碱金属、如碱金属、FeFe等等采取这采取这种堆积方式。种堆积方式。28如何计算空间利用率呢？如何计算空间利用率呢？金属原子半径金属原子半径r r与正方体边长与正方体边长a a的关系：的关系：a aa aa aa a2 2ab=4 rb=3aa=4 r3b b2 2a123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式

13、是将球对第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准准 1 1，3 3，5 5 位位 (或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的 )123456AB，思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？密置层在三维空间堆积：密置层在三维空间堆积：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镁型和铜型镁型和铜型镁型和铜型镁型和铜型镁型镁型铜型铜型123456123456a.a.镁型镁型123456第三层的第三层的一种一种排列方式，排列方式，是将球对

14、准第一层是将球对准第一层每一个球，每一个球，于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即AB,ABAB,AB堆积方式堆积方式。密置层在三维空间堆积密置层在三维空间堆积-六方最密堆积六方最密堆积 下图是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA123456123456789101112 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于最密置层堆积，配位数为最密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如，许多金属（如MgMg、ZnZn、TiTi等）采取这种堆积方式。等）采取这种堆积方式。1212六方最密堆积六方最密堆积金属原子的半径金属原子的半径r r

15、与六棱柱的边长与六棱柱的边长a a、高、高h h的关系：的关系：a=2 ra ah hh=a632123456123456b.b.铜型铜型 第三层的第三层的另一种另一种排排列方式，列方式，是将球对准第是将球对准第一层的一层的 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。412356-面心立方最密堆积面心立方最密堆积123456铜型：铜型：BCA铜型：铜型：边长为边长为 a面对角线边长为面对角线边长为 a4r金属原子半径金属原子半径 r r与正方体边长与正方体边长a a 的关系：的关系：配位数是多少？配位数是多少？如何计算空间利用率呢？如何计算空间利用率呢？

16、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空间利用率也为空间利用率也为74，配位数配位数 12(同层同层 6，上上下层各下层各 3)下图是铜型型紧密堆积的前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图A AC CB BA AC CB BA A一维空间二维空间三维空间BCA堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结堆积方式堆积方式晶胞类型晶胞类型空间利空间利用率用率配位数配位数实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积简单立简单立方堆积方堆积体心立方体心立方密堆积密堆积六方最六方最密堆积密堆积面心立方面心立方六方六方体心立方体心立方简单立方简单立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePoEg:Eg:已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜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的相对原子质量为63.5463.54，密度为，密度为8.936g/cm8.936g/cm3 3，试求：试求：（1 1）图中正方形边长）图中正方形边长a a，（2 2）铜的金属半径）铜的金属半径r raarrorr