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- 2021-07-05 发布
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§3.3
金 属 晶 体
学
.
科
.
网
教学目标
1
、了解金属的性质和形成原因
2
、掌握金属键的本质
——“
电子气理论
”
3
、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质
4
、掌握金属晶体的四种原子堆积模型
学
.
科
.
网
I.
有自由电子存在
,
是良好的导体
;
II.
自由电子与金属离子碰撞传递热量,
具有良好的传热性能
;
III.
自由电子能够吸收可见光并能随时放出
,
使
金属不透明
,
且有光泽
;
IV.
等径圆球的堆积使原子间容易滑动
,
所以金
属具有良好的延展性和可塑性
;
V.
金属间能“互溶”
,
易形成合金。
复习、金属晶体的一般性质及其结构根源
影响金属键强弱的因素
(
1
)金属元素的原子半径
(
2
)单位体积内自由电子的数目
如:同一周期金属原子半径越来越小,单位体积内自由电子数增加,故熔点越来越高,硬度越来越大;同一主族金属原子半径越来越大,单位体积内自由电子数减少,故熔点越来越低,硬度越来越小。
学
.
科
.
网
2
、金属的特点
①
常温下,单质都是固体,汞
(Hg)
除外;
②大多数金属呈银白色,有金属光泽,但
金
(Au)
——
色,铜
(Cu)
——
色,
铋
(Bi)
——
色,铅
(Pb)
——
色。
黄 红
微红
蓝白
③
不同金属熔沸点,硬度差别较大;
④
良好的导电性,分析原因:
金属中存在着大量的可自由移动的电子。
⑤
良好的导热性,分析原因:
通过自由电子和金属阳离子的相互碰撞传递热量。
⑥
良好的延展性。
金
铂
⑦
金属单质在化学反应中只作还原剂,在化合物中金属元素只显正价。
3
、金属的分类:
按颜色:
黑色金属:
Fe Cr Mn
有色金属:除以上三种金属以外
按密度:
轻金属:
ρ<4.5g/cm
3
Na Mg
重金属:
ρ>4.5g/cm
3
Zn Cu
按含量
常见金属:
Fe Mg Al
稀有金属: 锆、钒、钼
根据以上分类:金属镁、铝属于
————
、
———
、
——————
金属
有色
轻 常见
金属的共性
4
、金属元素在周期表中的位置
金属元素分布在周期表中的
——
、
——
方和
——
部,分别分布在除
——
族、
——
族以外的各主、副族中。
金属原子最外层电子数大部分小于
——
,但是等于
4
的有
—————
5
的有
————
,
6
的有
——————
。
三
.
金属晶体
1.
晶体
(1)
定义
:
通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。
(2)
其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的
周期性
,
即隔一定距离重复出现。
2.
晶胞:能够反映晶体结构特征的基本重复单元
3.
原子的密堆积方式
密堆积的定义
:
密堆积:由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中,原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高,能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。
密堆积方式因充分利用了空间,而使体系的势能尽可能降低,而结构稳定。
二 金属晶体的密堆积结构
思考:
1
、金属原子在形成晶体时有几种堆积方式?
金属晶体的原子平面堆积模型
(
a
)非密置层
(
b
)密置层
哪种排列方式圆球周围剩余空隙最小?
简单立方堆积(
Po
)
金属晶体的原子空间堆积模型
1
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积
晶胞的形状是什么?含几个原子?
体心立方堆积(
IA
,
VB
,
VIB
)
金属晶体的原子空间堆积模型
2
金属晶体的堆积方式──钾型
三维堆积-
四种方式
简单立方堆积
钾型
体心立方
由非密置层
一层一层堆积而成
1
2
3
4
5
6
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。
(
或对准
2
,
4
,
6
位,其情形是一样的
)
1
2
3
4
5
6
A
B
,
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。
下图是此种六方
紧密堆积的前视图
A
B
A
B
A
第一种是将球对准第一层的球。
1
2
3
4
5
6
于是
每两层形成一个周期
,即
AB AB
堆积方式,形成六方紧密堆积
。
配位数 12
。
( 同层 6
,
上下层各 3
)
六方密堆积
第三层的
另一种
排列方式,
是将球对准第一层的
2
,
4
,
6 位
,
不同于
AB
两层的位置
,
这是
C
层。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
此种立方紧密堆积的前视图
A
B
C
A
A
B
C
第四层再排
A
,
于是形成
ABC ABC
三层一个周期。 得到面心立方堆积
。
配位数 12
。
( 同层 6
,
上下层各 3
)
A
B
A
C
B
A
镁型
铜型
金属晶体的两种最密堆积方式
镁型,六方堆积
铜型,面心立方堆积
B
C
A
ABC ABC
形式的堆积,为什么是面心立方堆积?
我们来加以说明。
面心立方最密堆积分解图
金属晶体的四中堆积模型对比
三、金属晶体的四种堆积模型对比
堆积模型
典型代表
空间利
用率
配位数
晶胞
简单立方
钾型
( bcp )
镁型
(hcp)
铜型
(ccp)
阅读课文P
76《
资料卡片
》
,并填写下表
三种典型立方晶体结构
简单立方
体心立方
面心立方
(
三
)
晶格的致密度
晶格的致密度定义是:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。是用来表示晶体中原子排列的紧密程度
经过计算可知:体心立方体的致密度为
0.68
;面心立方体和密排六方晶格的致密度都是
0.74
。
石墨是层状结构的
混合型
晶体