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第3节 金属晶体本讲稿第一页，共三十一页金属晶体金属晶体物质结构与性质第三章第三节物质结构与性质第三章第三节本讲稿第二页，共三十一页TiTi金属样品金属样品本讲稿第三页，共三十一页 一一、金属共同的物理性质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。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、金属的结构本讲稿第四页，共三十一页组成粒子：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。本讲稿第五页，共三十一页【讨论【讨论1 1】金属为什么易导电？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的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电自由电子子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导，因而形成电流，所以金属容易导电。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：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1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系本讲稿第六页，共三十一页【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？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，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。把能量传给金属离子。金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属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离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分分，从而使整块金属达到相同的温度。，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、金属晶体结构与金属导热性的关系本讲稿第七页，共三十一页【讨论【讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？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。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、金属晶体结构与金属延展性的关系本讲稿第八页，共三十一页4、金属晶体结构具有金属光泽、金属晶体结构具有金属光泽和颜色和颜色由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色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晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。本讲稿第九页，共三十一页四四.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、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强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：15352、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：、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。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱但金属性越弱如：如：KNaMgAlLiNaKRbCs本讲稿第十页，共三十一页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-金金本讲稿第十一页，共三十一页小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较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相邻邻原子之原子之间间以共价以共价键键相相结结合而成具有空合而成具有空间间网网状状结结构的晶体构的晶体分子分子间间以范德以范德华华力相力相结结合而合而成的晶体成的晶体通通过过金属金属键键形成的形成的晶体晶体作用力作用力共价共价键键范德范德华华力力金属金属键键构成微粒构成微粒原子原子分子分子金属阳离子和自由金属阳离子和自由电电子子物物理理性性质质熔沸点熔沸点很高很高很低很低差差别较别较大大硬度硬度很大很大很小很小差差别较别较大大导电导电性性无（硅无（硅为为半半导导体）体）无无导导体体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、S等等Au、Fe、Cu、钢钢铁铁等等本讲稿第十二页，共三十一页1.1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用2.2.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用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下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作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用下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习练习CB本讲稿第十三页，共三十一页3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，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？而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？B练习练习本讲稿第十四页，共三十一页石墨是层状结构的混合型晶体 本讲稿第十五页，共三十一页金属原子在平面上有几种排列方式？金属原子在平面上有几种排列方式？金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型 （a a）非密置层）非密置层（b b）密置层）密置层两种排列方式的配位数分别两种排列方式的配位数分别是多少？哪种排列方式使一是多少？哪种排列方式使一定体积内含有的原子数目最定体积内含有的原子数目最多？多？u思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？u活动活动探究：探究：将桌上的乒乓球在三维空间堆积起来，有几种不同的堆积方式将桌上的乒乓球在三维空间堆积起来，有几种不同的堆积方式？比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、？比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别。晶胞的区别。本讲稿第十六页，共三十一页简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型1 1晶胞的形状是什么晶胞的形状是什么？含几个原子？含几个原子？本讲稿第十七页，共三十一页简单立方堆积简单立方堆积本讲稿第十八页，共三十一页体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型2 2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型本讲稿第十九页，共三十一页体心立方堆积体心立方堆积配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%本讲稿第二十页，共三十一页123456第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准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。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密的堆积方关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。式。思考：密置层的堆积方式有哪些？思考：密置层的堆积方式有哪些？本讲稿第二十一页，共三十一页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于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积方式，形成六方紧密堆积。堆积。配位数配位数12。(同层同层6，上下层各，上下层各3)本讲稿第二十二页，共三十一页六方密堆积（六方密堆积（镁型）镁型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型3 3本讲稿第二十三页，共三十一页六方密堆积六方密堆积本讲稿第二十四页，共三十一页第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，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，这是两层的位置，这是C层。层。123456123456123456本讲稿第二十五页，共三十一页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第四层再排第四层再排A，于是形，于是形成成ABCABC三层一个周期。三层一个周期。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)本讲稿第二十六页，共三十一页面心立方面心立方 （铜型）（铜型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型4 4本讲稿第二十七页，共三十一页面心立方面心立方 BCA本讲稿第二十八页，共三十一页三、金属晶体的四种堆积模型对比三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型堆积模型典型代表典型代表空间利用率空间利用率配位数配位数晶胞晶胞简单立方简单立方钾型钾型(bcp)镁型镁型(hcp)铜型铜型(ccp)阅读课文阅读课文7979资料卡片，并填写下表资料卡片，并填写下表本讲稿第二十九页，共三十一页简简简简单单单单立立立立方方方方钾钾钾钾型型型型（体体体体心心心心立立立立方方方方密密密密堆堆堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）本讲稿第三十页，共三十一页金属晶体的四中堆积模型对比本讲稿第三十一页，共三十一页