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第三章 晶體結構與性質
第三節 金屬晶體與離子晶體
第1課時 金屬晶體
金屬晶體中的微粒是通過什么作用結合在一起的？
根據金屬在周期表中的位置，分析金屬元素原子結構特點。
想
想
一
金屬原子最外層電子數較少，容易失去電子成為金屬離子。
“電子氣理論”
金屬原子最外層電子數較少，容易失去電子成為金屬離子。金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共有，從而把所有的金屬原子維系在一起。
自由電子不是專屬于某個特定的金屬陽離子，而是在整塊固態金屬中自由移動。
一、金屬鍵
1、定義：
金屬陽離子與自由電子之間的強烈的靜電作用。
自由電子不是專屬于某個特定的金屬陽離子，而是在整塊固態金屬中自由移動。
2、特征：
金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。
生活中的金屬
知識回顧
金屬有哪些物理通性？
延展性
導電性
導熱性
銀白色金屬光澤(銅紫紅色，金是金黃色)
常溫下是固體(汞是液體)
如何應用電子氣理論，解釋金屬的物理通性？
3、電子氣理論對金屬的物理性質的解釋
(1)金屬光澤和顏色
自由電子可吸收所有頻率的光，并很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數金屬具有銀白色光澤。
當金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規則，吸收可見光后輻射不出去，所以呈黑色。
某些金屬(如銅、金等)由于較易吸收某些頻率的光而呈現較為特殊的顏色。
銀白色的純鐵塊
黑色的鐵粉
3、電子氣理論對金屬的物理性質的解釋
(2)金屬的導電性
通常情況下，金屬晶體中的自由電子的運動是沒有一定方向的。但在外加電場的作用下，自由電子定向運動形成電流，所以金屬容易導電。
外加電場
3、電子氣理論對金屬的物理性質的解釋
(3)金屬的導熱性
金屬的某一端在受熱時，自由電子在熱的作用下與金屬陽離子頻繁碰撞而引起能量的交換，使能量從溫度高的區域傳到溫度低的區域，從而使整塊金屬達到同樣的溫度。
3、電子氣理論對金屬的物理性質的解釋
(4)金屬的延展性
當金屬受到外力作用時，各原子層就會發生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。
金屬材料形成合金以后性能會發生改變，如常見
的一些合金的硬度比其成分金屬的大，這是為什么？
想
想
一
二、金屬晶體
1、定義：
金屬陽離子與自由電子通過金屬鍵形成的晶體。
金屬晶體
金屬
合金
(除鍺、灰錫外)
共價晶體
汞在常溫下不是晶體！
碳鋼、錳鋼、不銹鋼
黃銅、青銅、白銅
想
想
一
為什么金屬晶體熔點、硬度差距如此巨大？
熔點較低，硬度較小
鎢是熔點最高的金屬
鉻是硬度最大的金屬
提示：金屬晶體熔化和斷裂需要克服的微粒間作用力為_______
金屬鍵
形成的金屬鍵強弱不同！
問題：影響金屬鍵的強弱的因素是什么呢？
金屬 Na Mg Al Cr
價電子排布 3s1 3s2 3s23p1 3d54s1
原子半徑/pm 186 160 143.1 124.9
熔點/℃ 97.5 650 660 1900
金屬原子價電子數越多，半徑越小，金屬鍵越強。
金屬晶體的熔、沸點越高，硬度越大。
(2)金屬原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，硬度越大。
2、金屬晶體的物理性質：
(1)金屬晶體的熔點跨度非常大。
(3)一般合金的熔點比各組分的熔點低。
下列各組金屬熔點高低順序正確的是(　　)
A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li
C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
C
1. 正誤判斷
(1) 金屬在常溫下都是晶體( )
(2) 金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用( )
(3) 金屬晶體在外力作用下，各層之間發生相對滑動，金屬鍵被破壞( )
(4) 共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低( )
(5)同主族金屬元素自上而下，金屬單質的熔點逐漸降低，體現金屬鍵逐漸減弱( )
(6) 金屬的電導率隨溫度的升高而降低( )
√
×
×
×
×
√
2.下列有關金屬晶體的說法不正確的有( )
①金屬晶體是一種“巨分子”
②“電子氣”為所有原子所共有
③金屬鍵無方向性和飽和性
④金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電作用
⑤晶體盡量采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩定
⑥含有陽離子的晶體中一定含有陰離子
⑦固態和熔融時易導電，熔點在1 000 ℃左右的晶體可能是金屬晶體
A.1項 B.2項 C.3項 D.4項
A
√
√
×
√
√
√
√
拓展：常見的金屬晶體結構
由于金屬鍵沒有飽和性和方向性，因此金屬原子盡可能采取最緊密的堆積方式，使得金屬晶體結構最穩定，能量最低。
Po(釙)
簡單立方非密堆積
晶胞中原子周圍距離最近的其他原子數(即配位數)是____個。
晶胞內原子數：
6
1
1
2
3
4
5
6
體心立方密堆積
Li、Na、K、
Ba、W、Fe
晶胞中原子周圍距離最近的其他原子數(即配位數)是____個。
晶胞內原子數：
8
2
面心立方最密堆積
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
晶胞中原子周圍距離最近的其他原子數(即配位數)是____個。
晶胞內原子數：
4
x
y
z
12
六方最密堆積
配位數：
晶胞內原子數：
12
2
Mg、Zn、Ti
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
鈉鉀合金常溫下為液態，可用作冷卻劑、催化劑、干燥劑。其晶胞結構如圖所示，觀察晶體結構請回答：
(1)合金的化學式是_______________；
(2)晶胞中K原子周圍距離最近的Na原子數是____個。
KNa3或Na3K
6
鐵的晶體有多種結構，其中兩種晶體的晶胞結構如下圖甲、乙所示(a cm、b cm分別為晶胞邊長)，下列說法正確的是( )
A.兩種鐵晶體中均存在金屬陽
離子和陰離子
B.乙晶體晶胞中所含有的鐵原
子數為14
C.甲、乙兩種晶胞中鐵原子的配位數之比為1∶2
D.甲、乙兩種鐵晶體的密度比為 b3 : 2a3
D
4
8∶12＝2∶3
已知銅原子在晶胞中所處的位置如圖(a)所示，若銅原子的半徑為1.29 ×10－10 m，請回答下列問題：
(1)每個晶胞中包含的銅原子的個數為___。
4
(2)銅晶體中晶胞的棱長為_____________[圖(b)中AB的長度]。
3.65×10－10 m

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