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1、金屬晶體金屬晶體 要想解釋金屬的各種物理性質(zhì)，讓我們先要想解釋金屬的各種物理性質(zhì)，讓我們先來認(rèn)識來認(rèn)識“金屬鍵與電子氣理論金屬鍵與電子氣理論”。 金屬共同的物理性質(zhì)金屬共同的物理性質(zhì): 容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等 電子氣理論：電子氣理論：描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論是描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論是“電子氣理論電子氣理論”。該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的子形成遍布整塊晶體的“電子氣電子氣”，被所有原子，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。由所共用，從而把所有的金屬
2、原子維系在一起。由此可見，金屬晶體跟原子晶體一樣，是一種此可見，金屬晶體跟原子晶體一樣，是一種“巨巨分子分子”。金屬鍵的強度差別很大。例如，金屬鈉。金屬鍵的強度差別很大。例如，金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高、硬度的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高、硬度最大的金屬，這是由于形成的金屬鍵強弱不同的最大的金屬，這是由于形成的金屬鍵強弱不同的緣故。緣故。自由電子自由電子 金屬原子釋出電子后形成的金屬離子按一定金屬原子釋出電子后形成的金屬離子按一定規(guī)律堆積，釋出的電子則在整個晶體里自由移規(guī)律堆積，釋出的電子則在整個晶體里自由移動。動。 自由電子不專屬于某一個或特定的金屬離自由電子不專屬于某
3、一個或特定的金屬離子，它們幾乎均勻地分布在整個晶體中，被許子，它們幾乎均勻地分布在整個晶體中，被許多金屬離子所共有。多金屬離子所共有。怎樣用電子氣理論解釋的各種物理性質(zhì)呢？怎樣用電子氣理論解釋的各種物理性質(zhì)呢？電子氣理論還可以用來解釋金屬材料良好的延展性。當(dāng)金電子氣理論還可以用來解釋金屬材料良好的延展性。當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑
4、的作用，所以金屬都有良好的延展性。當(dāng)向金屬晶體中摻人不同的金屬或?qū)俣加辛己玫难诱剐浴．?dāng)向金屬晶體中摻人不同的金屬或非金屬原子時，就像在滾珠之間摻人了細小而堅硬的砂土非金屬原子時，就像在滾珠之間摻人了細小而堅硬的砂土或碎石一樣，會使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，或碎石一樣，會使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較這也是對金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較粗淺的解釋。粗淺的解釋。電子氣理論還十分形象地用電子氣在電場中定向移動解釋電子氣理論還十分形象地用電子氣在電場中定向移動解釋金屬良好的導(dǎo)電性，用電子氣中的自由電子在熱的作用下金屬良好的導(dǎo)
5、電性，用電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞解釋金屬的熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低與金屬原子頻繁碰撞解釋金屬的熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。二、金屬晶體的原子堆積模型二、金屬晶體的原子堆積模型金屬原子在平面上的的兩種放置方式：金屬原子在平面上的的兩種放置方式： 金屬原子在二維平面里放置得到的兩種方式，金屬原子在二維平面里放置得到的兩種方式，配位數(shù)分別為配位數(shù)分別為4 4和和6 6，可分別稱為非密置層和，可分別稱為非密置層和密置層。密置層。簡單立方堆積：簡單立方堆積：這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體，每個晶這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體，每個晶胞含胞含1 1個原子，被稱為簡單
6、立方堆積。這種堆積方個原子，被稱為簡單立方堆積。這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)(Po)采取這種采取這種堆積方式。堆積方式。2、鉀型 非密置層的另一種堆積方式是將上層金屬原子非密置層的另一種堆積方式是將上層金屬原子填人下層的金屬原子形成的凹穴中，每層均照此填人下層的金屬原子形成的凹穴中，每層均照此堆積堆積. . 交流探究交流探究: :動手把非密置層的小球黏合在一起，再一層一動手把非密置層的小球黏合在一起，再一層一層地堆積起來，使相鄰層的球緊密接觸。試一試，除了上層地堆積起來，使相鄰層的球緊密接觸。試一試，除了上述兩種堆積方式外，是否可能有第三種方式
7、述兩種堆積方式外，是否可能有第三種方式? ?3 3、鎂型和銅型、鎂型和銅型 密置層的原子按上述鉀型堆積方式堆積，會得到兩密置層的原子按上述鉀型堆積方式堆積，會得到兩種基本堆積方式種基本堆積方式鎂型和銅型。鎂型如圖鎂型和銅型。鎂型如圖3 32525左所左所示，按示，按ABABABABABABABAB的方式堆積；銅型如圖的方式堆積；銅型如圖3 32525右所右所示，按示，按ABCADCABCABCADCABC的方式堆積。分別用代表性金屬的方式堆積。分別用代表性金屬命名為鎂型和銅型命名為鎂型和銅型，這兩種堆積方式都是金屬晶體的，這兩種堆積方式都是金屬晶體的最密堆積，配位數(shù)均為最密堆積，配位數(shù)均為12
8、12，空間利用率均為，空間利用率均為7474，但所，但所得晶胞的形式不同。得晶胞的形式不同。小結(jié)：金屬晶體的四種模型對比：小結(jié)：金屬晶體的四種模型對比：堆積模型堆積模型 采納這種堆積的典采納這種堆積的典型代表型代表空間利用率空間利用率 配位數(shù)配位數(shù) 簡單立簡單立方方 PoPo 52 52 6 6 鉀型鉀型(bcp(bcp) ) NaNa、K K、FeFe 68 68 8 8 鎂型鎂型(hcp(hcp) ) MgMg、ZnZn、TiTi 74 74 1212 銅型銅型(ccp(ccp) ) CuCu、AgAg、AuAu 74 74 1212 I. 有自由電子存在, 是良好的導(dǎo)體; II.自由電子
9、與金屬離子碰撞傳遞熱量，具有良好的傳熱性能; III.自由電子能夠吸收可見光并能隨時放出, 使金屬不透明, 且有光澤; IV. 等徑圓球的堆積使原子間容易滑動, 所以金屬具有良好的延展性和可塑性; V. 金屬間能“互溶”, 易形成合金。 三、金屬晶體的一般性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)根源三、金屬晶體的一般性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)根源1.不僅與金屬的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與金屬原子本身 的性質(zhì)有關(guān)的是金屬的 A.導(dǎo)電性 B.導(dǎo)熱性 C.密度 D.熔點 練習(xí)一練習(xí)一3.下列敘述中，一定是金屬元素的是 A.最外層只有一個電子 B.核外最外電子層有1-2個電子 C.在反應(yīng)中很容易失去電子 D.具有金屬光澤的單質(zhì) 2.某晶體不導(dǎo)電，在
10、熔融狀態(tài)下能被電解，則該晶 體是 A.分子晶體 B.原子晶體 C.離子晶體 D.金屬晶體 4.下列敘述的各項性質(zhì)中，不屬于金屬的通性的是 A.導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 B.延展性 C.光亮而透明 D.熔點都很高 5.與金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性有關(guān)的是 A.原子半徑大小 B.最外層電子數(shù)的多少 C.金屬的活潑性 D.自由電子 有一黃銅合金Cu和Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為75%,25%, 晶胞的密度為8.9gcm-3, 晶體屬于立方面心結(jié)構(gòu), 晶胞中含4個原子。Cu和Zn的相對原子質(zhì)量分別為63.5和65.4, 求:(1)Cu和Zn所占的原子百分?jǐn)?shù); (2)每個晶胞含合金的質(zhì)量是多少克; (3)晶胞的體積多大。練習(xí)二練習(xí)二再再 見見
高中化學(xué)金屬晶體 課件人教版選修三
