3.3.1金属晶体与离子晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第二节 金属晶体与离子晶体 第一课时 金属晶体与离子晶体 【问题引入】 金属为什么具有这些物理性质吗? 金属有哪些物理性质呢？ 金属光泽 延展性 导电性 导热性 【资料】1、通过实验测知，将1molCu、1mol Fe、1mol W转变成气态原子，需吸收的能量分别为306.7kJ、340.2k和824.0kJ，因此金属铜、金属铁、金属钨的熔点分别高1083℃、1538℃和3422℃。 2、钠的熔点低、硬度小，钨的熔点高，铬的硬度大。 这说明由金属元素的原子构成的金属单质内存在一种强烈的相互作用。原子之间的相互作用的强弱又影响金属的性质。 【联想质疑】 金属钨熔点高 常用于制造灯泡的灯丝 【问题】构成金属的粒子是什么？微粒间存在的相互作用的本质是什么？ 一、金属晶体 1、定义：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 通常情况下，金属（除汞外）在常温下都是晶体。 2、构成微粒：金属原子 3、微粒间作用力：金属键 那么，金属键的本质是什么呢？ 二、金属键—电子气理论 从金属原子上“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，从而把所有的金属原子维系在一起。金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。 金属元素的电负性、电离能较小，金属原子的价电子易脱离原子核的束缚。 金属键定义:金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用 金属晶体与共价晶体一样是一种“巨分子” 金属键的特征：无方向性和饱和性 金属键的存在范围：金属和合金 金属键越强、金属的熔沸点越高，硬度越大 （2）同周期：离子半径相差不大，价电子数越多，金属键越强。 金属键的影响因素： （1）同主族：离子半径越小，金属键越强。 小结： 金属的物理性质 原子半径 金属键键能 价电子数 决定 决定 你能用电子气理论解释金属材料的物理性质（延展性、导电性等）吗？ 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，而且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，所以金属有良好的延展性。 （1）延展性 外力 三、电子气理论解释金属的通性 9 在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。 （2）导电性 外加电场 注意：金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。 而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变化。 10 自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 （3）导热性 11 由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。 （4）金属光泽 12 二、金属晶体的原子堆积模型 几个概念： 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： 球体积和 空间利用率=  100% 晶胞体积 （一）金属原子在平面堆积方式（二维） （a）非密置层 （b）密置层 球对球 球对空 配位数： 4 6 （二）金属原子在立体堆积方式（三维） 1.非密置层的空间堆积 （1）简单立方堆积 （球对球） （1）简单立方堆积特点 ①边长与半径关系？ ③只有金属（Po）采取这种堆积方式 ②配位数是 个. 6 52% 边长=2r 空间利用率= ④简单立方堆积空间利用率 设球的半径为r 2r 过程： 1个晶胞中平均含有1个原子 V球= V晶胞=（2r）3=8r3 空间利用率= =52% 立方体的棱长为2r， （1）简单立方堆积特点 （2）体心立方堆积 （球对空） ①配位数： 1 2 3 4 5 6 7 8 8 ③采取这种堆积方式的有K、Na、Fe ①配位数是 个. 8 （2）体心立方堆积 ②边长与半径关系？ 体心=4r ④空间利用率 已知，金属原子的半径为r，求体心立方堆积的空间利用率？ 晶胞中含有的原子数= 8 1 ×8 = 2 + 1 球的体积= 体对角线=4r 体对角线= （a为晶胞边长） a = 4 r 3 a= 晶胞体积V= a3 空间利用率= （2）体心立方堆积 ⑤晶胞密度 已知，金属原子的半径为r，摩尔质量为M，求体心立方晶胞的密度？ 晶胞中含有的原子数= 8 1 ×8 = 2 + 1 晶胞的质量m= 一个原子的质量= 体对角线=4r 体对角线= （a为晶胞边长） a = 4 r 3 a= 晶胞体积V= a3 2.密置层的空间堆积 （1）六方最密堆积（ABABAB……） 俯视图 A B A B A 正视图 23 ①配位数 12 同层 6，上下层各 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ②晶胞拥有的原子数 6 1 ×12 = 6 + 3 + 2 1 ×2 ③空间利用率 74% 典型代表：镁、锌、钛 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B A B C A 1 2 3 4 5 6 前视图 C 第三层“心对空” （2）面心立方最密堆积（ABCABCABC……） A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 ①配位数： 同层 6，上下层各 3 1 2 3 4 5 6 ②空间利用率 金属原子的半径为r，求面心立方最密堆积的空间利用率？ 晶胞中含有的原子数= 8 1 ×8 = 4 + 2 1 ×6 球的体积= a a a a a 面对角线=4r 面对角线= （a为晶胞边长） a = 4 r 2 a= 晶胞体积V= a3 空间利用率= 典型代表：铜、锌、银 ③晶胞密度 已知，金属原子的半径为r，摩尔质量为M，求面心立方最密堆积晶胞的密度？ 晶胞中含有的原子数= 晶胞的质量m= 一个原子的质量= 8 1 ×8 = 4 + 2 1 ×6 a a a a a a = 4 r 2 a= 晶胞体积V= a3 堆积模型 典型代表 空间利用率 配位数 原子半径与晶胞边长的关系 非密置层堆积 密置层堆积 Po (钋) 52% 6 K、Na、Fe 68% 8 Mg、Zn、Ti 74% 12 Cu, Ag, Au 74% 12 简单立方 体心立方 六方最密堆积 面心立方最密堆积 2r=a 4r= 略 4r= 巩固练习： 3.3.1金属晶体 $$