1、第三节 金属晶体,1.能记住金属键的含义“电子气”理论。 2.会运用金属键理论解释金属的物理性质。 3.能记住金属晶体的原子堆积模型。,一,二,三,四,一、金属键 1.概念 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子共用,从而把所有金属原子维系在一起。 2.理论 描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 3.成键粒子 成键粒子是金属离子和自由电子。,一,二,三,四,二、金属晶体 1.结合方式 在金属晶体中,原子间以金属键相结合。 2.金属晶体的性质 优良的导电性、导热性和延展性。 3.用电子气理论解释金属的性质,一,二,三,四,一,二,三,四,金属导电与电解质溶液导电
2、有什么区别? 提示：金属导电的微粒是电子,电解质溶液导电的微粒是阳离子和阴离子;金属导电过程不生成新物质,属于物理变化,而电解质溶液导电的同时要在阴、阳两极生成新物质,属于化学变化,故二者导电的本质是不同的。,一,二,三,四,三、金属晶体的原子堆积模型 金属原子在二维平面里有两种排列方式,一种是非密置层,其配位数为4;另一种是密置层,其配位数为6。金属晶体可看作是金属原子在三维空间中堆积而成,有如下基本模式: 1.简单立方堆积 是按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成,其空间利用率比较低。晶胞是一个立方体,每个晶胞含1个原子,如金属钋。 2.体心立方堆积 是按非密置层(填“密置层
3、”或“非密置层”)方式堆积而成。晶胞是含2个原子的体心立方,如碱金属。,一,二,三,四,3.六方最密堆积和面心立方最密堆积 六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照密置层(填“密置层”或“非密置层”)的方式堆积而成,配位数均为12,空间利用率均为74%。 六方最密堆积:按ABABABAB的方式堆积;面心立方最密堆积:按ABCABCABC的方式堆积。,一,二,三,四,金属晶体采用密堆积的原因是什么? 提示：由于金属键没有饱和性和方向性,金属原子能从各个方向互相靠近,从而导致金属晶体最常见的结构形式是堆积密度大,原子配位数高,这样能充分利用空间。,一,二,三,四,四、石墨混合晶体 1.结构特点层状结构
4、 (1)同层内,碳原子采用sp2杂化,以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠,p电子可在整个平面中运动。 (2)层与层之间以范德华力相结合。 2.晶体类型 石墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合晶体。,一,二,一、金属物理性质的解释 金属的通性源于其结构上的共同点,我们应该在正确理解金属键的电子气理论的基础上来解释金属的通性。 1.金属晶体具有金属光泽和颜色 绝大多数金属都是银白色、具有金属光泽的晶体,少部分金属晶体有其他颜色。这是由于自由电子对可见光进行选择性吸收和反射,从而使金属晶体具有不同的颜色和光泽。,一,二,2.金属的导电性、导热性
5、 导电性:在金属晶体中,存在着许多自由电子,这些自由电子的运动没有方向性。但是,在外加电场的作用下,自由电子会发生定向移动而形成电流,故金属易导电。不同的金属导电能力不同,导电性最好的三种金属依次是银、铜、铝。 导热性:自由电子在运动时与金属离子相互碰撞,在碰撞过程中发生能量交换。当金属的某一部分受热时,从区域获得能量的电子会向别处运动并与金属离子发生碰撞,从而将能量从温度高的区域传递到温度低的区域,最后使整块金属的温度趋于一致。金属的导热性可以解释生活中常见的一些现象。比如,在冬天我们感觉金属制品比木制品更凉,原因是当人接触到金属时,金属很快将人体的热量传递出去,因为木制品不易导热,所以当人
6、接触到木制品时,身体的热量不易散失。,一,二,3.金属的延展性 延展性实际上是延性和展性的合称。延性指拉成细丝的性质,展性指轧成薄片的性质。 金属之所以具有延展性是因为当金属受到外力时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性,受到外力后,相互作用没有被破坏,故金属只发生形变而不断裂,从而使金属表现出良好的延展性。 不同的金属延展性不同,延展性最好的是金,1 g金能拉成3.2 km的细丝,可压制成0.1 m厚的薄片。,一,二,二、金属晶体 1.金属晶体的性质 (1)良好的导电性、导热性和延展性。 (2)熔、沸点:金属键越强,熔、沸点越高。 同周期金属单质
7、,从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点逐渐升高。 同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔、沸点逐渐降低。 合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 金属晶体熔点差别很大,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9 ),而铁等金属熔点很高。,一,二,2.金属晶体的原子堆积模型,一,二,一,二,特别提醒 (1)金属晶体在外力作用下,各原子层之间发生相对滑动,但金属键并没有被破坏; (2)金属晶体中只有金属阳离子,无阴离子; (3)原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高,如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体; (4)分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低,如汞常温下是液体,熔点很低。,知识点1,知识点2
8、,金属键与金属的物理性质,【例题1】 要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是( ) A.金属镁的熔点高于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C.金属铝的硬度大于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙,知识点1,知识点2,答案：C 解析：镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点低,硬度小;从Li到Cs,离子的半径是逐渐增大的,所带电荷相同,金属键逐渐减弱,熔、沸点逐渐降低,硬度逐渐减小;因铝离子的半径小而所带电
9、荷多,使金属铝比金属钠中的金属键强,所以金属铝比金属钠的熔、沸点高,硬度大;因镁离子的半径小而所带电荷与钙离子相同,使金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点高,硬度大。 点拨 金属离子所带电荷越多,半径越小,金属键越强。金属键越强,晶体熔、沸点越高,硬度越大。,知识点1,知识点2,金属晶体的结构,【例题2】 (1)如图所示为二维平面晶体示意图,所表示的化学式为AX3的是 。 (2)如图是金属铜的一个晶胞,请完成以下各题。,知识点1,知识点2,该晶胞“实际”拥有的铜原子是 个。 该晶胞称为 (填序号)。 A.六方晶胞 B.体心立方晶胞 C.面心立方晶胞 D.简单立方晶胞 此晶胞立方体的边长为a cm,Cu的相对原子质量为64,金属铜的密度为 gcm-3,则阿伏加德罗常数为 (用a、表示)。,知识点1,知识点2,点拨 在晶体中,若A原子周围最近距离的B原子数为m,B原子周围最近距离的A原子数为n,则其化学式可表示为AnBm(有时需要简化),如:在SiO2晶体中,每个硅原子周围最近距离的氧原子为4个,每个氧原子周围最近距离的硅原子为2个,即Si2O4,其化学式可表示为SiO2。 对于晶体结构的计算,要善于运用宏观的立体结构分析晶胞的微观结构,利用立体几何知识,分清各原子、离子、分子在空间的相对位置,把化学概念抽象成数学问题。,
