人教版选修三金属晶体教学课件

一一.已学过的金属知识已学过的金属知识1.金属的分类金属的分类(1)黑色金属和有色金属黑色金属和有色金属(2)重金属和轻金属重金属和轻金属 4.5g/cm3(3)稀有金属和常见金属稀有金属和常见金属不透明、有金属光泽、容易导电、不透明、有金属光泽、容易导电、导热、有延展性等。导热、有延展性等。2、金属共同的物理性质、金属共同的物理性质二二.金属键金属键 描述金属键的最简单的理论是描述金属键的最简单的理论是“电子气电子气”理论理论.该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的形成遍布整块晶体的“电子气电子气”.这些电子不是专属这些电子不是专属于某几个特定的金属离子于某几个特定的金属离子,而是均匀分布于整个晶体而是均匀分布于整个晶体中中,被所有原子共用被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在从而把所有的金属原子维系在一起一起.金属原子则金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”中中.金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 金属单质和合金中金属单质和合金中无方向性和饱和性无方向性和饱和性二二.金属键金属键1.定义：定义：2.成键微粒成键微粒:3.存在存在:4.特征特征:2.2.组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子1.1.定义：通过金属键结合形成的晶体。定义：通过金属键结合形成的晶体。3.3.微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键三、金属晶体：三、金属晶体：常温下，绝大多数金属单质和合金都常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。下呈液态。“有阳离子而无阴离子有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。是金属独有的特性。4 4、电子气理论对金属的物理性质的解释、电子气理论对金属的物理性质的解释 在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的“电子气电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有（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。电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。金属导电性的解释金属导电性的解释不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金属是：金属是：Ag、Cu、Al晶体类型晶体类型电解质电解质金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子导电时发生的变化导电时发生的变化导电能力随温度的导电能力随温度的变化变化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思考：思考：电解质在熔化状态或溶于水能导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？电，这与金属导电的本质是否相同？化学变化化学变化物理变化物理变化增强增强减弱减弱 “电子气电子气”（自由电子）在运动时经常（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，那个区域里的金属某部分受热时，那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能量增加，运动速度加快，（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。通过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用下与金属原子频（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。低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。金属导热性的解释金属导热性的解释 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。因此，金属都有力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。良好的延展性。金属延展性的解释金属延展性的解释自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+（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v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，然后很，然后很快释快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数金属，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色的光而呈现较为特殊的颜色。v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晶面取向杂乱、晶格排列不规则乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。出去，所以成黑色。金属晶体的熔沸点和硬度差别较大。金属晶体的熔沸点和硬度差别较大。5 5、熔沸点和硬度、熔沸点和硬度影响金属键强弱的因素：影响金属键强弱的因素：金属阳离子所带电荷越多、金属阳离子所带电荷越多、离子半径越小，金属键越强。离子半径越小，金属键越强。金属键越强，熔点越高，硬度越大。金属键越强，熔点越高，硬度越大。金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低金属键的强度差别较大。如：钠的熔点较低（98.81)98.81)，硬度较小；而钨是熔点最高，硬度较小；而钨是熔点最高(3410)3410)硬度最大的金属。硬度最大的金属。三、金属晶体的原子堆积模型三、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，所原子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以可以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。圆球的三维空间堆积而成的。1、理论基础：、理论基础：(1)堆积原理：堆积原理：组成晶体的金属原子在没有其他因素组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性，因此原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。的能量，使晶体变得比较稳定。人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)(2)(2)、几个概念、几个概念 紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间的空间 配位数：配位数：在晶体中与每个微粒紧密相在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数邻的微粒个数 空间利用率：空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体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积百分数，用它来表示紧密堆积的程度人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)2 2、二维堆积（在平面上）、二维堆积（在平面上）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1234123456金属晶体中的原子可看成直径相等的小球，将等径圆球在金属晶体中的原子可看成直径相等的小球，将等径圆球在金属晶体中的原子可看成直径相等的小球，将等径圆球在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：一平面上排列。有两种排布方式：一平面上排列。有两种排布方式：一平面上排列。有两种排布方式：人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)（1 1）.简单立方堆积：简单立方堆积：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63.3.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这种堆积晶胞是一个简单立方，每个晶胞每这种堆积晶胞是一个简单立方，每个晶胞每个晶胞含个晶胞含 个原子，空间利用率不高个原子，空间利用率不高（52%52%），属于非密置层堆积，配位数为），属于非密置层堆积，配位数为 ，1 1人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)（2 2）钾型）钾型-体心立方堆积体心立方堆积：这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含每个晶胞每个晶胞含 个原子，个原子，空间利用率不高（空间利用率不高（68%68%），属于非），属于非密置层堆积，配位数为密置层堆积，配位数为 ，许许多金属（如多金属（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这采取这种堆积方式。种堆积方式。28人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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 1，3 3，5 5 位。位。(或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456 关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。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？人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)123456123456(3)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，是将球对准第一层是将球对准第一层每一个每一个球，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 AB 堆积堆积方式方式。人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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ABABA123456人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)1200平行六面体平行六面体六方最密堆积六方最密堆积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%）属于密置层堆集，每个晶胞中含属于密置层堆集，每个晶胞中含2 2 个原子，配位数为个原子，配位数为 ，许多金属，许多金属（如（如MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取这种堆积采取这种堆积方式。方式。12人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)123456123456(4)铜型铜型 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。412356人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。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)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ACBACBA人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)123456BCA配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：铜型铜型 面心立方面心立方 1274%4（Cu Ag AU）人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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配位数数晶胞形状晶胞形状实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结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、TiK、Na、FePo人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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）铜铜铜铜型型型型（面面面面心心心心立立立立方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)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：a 2+a 2 =(4r)2 a=2.83 r每个面心立方晶胞含原子数目：8 1/8+6 =4=(4 4/3 r 3)/a 3 =(4 4/3 r 3)/(2.83 r)3 100%=74%空间利用率计算4raa人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)人教版选修三 3.3 金属晶体 课件(共26张PPT)