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第2節 幾種簡單的晶體結構模型 課時1
1.能用金屬鍵的理論解釋金屬晶體的物理性質；
2.了解金屬晶體的三種原子堆積模型和晶體的晶胞結構。
金屬晶體中微粒在空間如何排列？微粒的排列受哪些因素影響？各類晶體的晶胞又有什么特點呢？
聯想 · 質疑
聯想 · 質疑
構成微粒：
微粒間作用力：
金屬陽離子、“自由電子”
金屬鍵
一、金屬晶體
1.金屬晶體的定義及結構特點
(1)定義：金屬原子通過金屬鍵形成的晶體。
(2)特征：
自由電子為整個金屬所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性。金屬晶體可以看做等徑圓球的堆積。
拓 展 視 野
金屬晶體的堆積模型
水果的密堆積
在日常生活中，我們常常能發現密堆積的例子，右圖 就是一些近似圓球的水果的密堆積。把這種宏觀的現象遷移到對微觀物質結構的認識中，把金屬晶體看成由其構成微粒堆積而成的，是一種有效的思維模型。
拓 展 視 野
金屬晶體的堆積模型
等徑圓球在平面上的堆積方式很多。圖 3-2-2 給出了球堆積層的兩種模式，其中最緊密堆積排列只有一種，稱為密置層;層與層之間再相互疊放在一起，便形成了晶體的堆積模型，圖 3-2-3 給出了兩種通過密置層疊放而得到的堆積方式。
2.常見金屬晶體的結構
面心立方晶胞
體心立方晶胞
六方晶胞
交流 · 研討
交流 · 研討
請結合表 3-2-1 中輔助線的提示，描述其晶胞的結構特點，并計算晶胞中含有的原子數。
面心立方晶胞 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
每個晶胞中的原子數為4個
x
y
z
與每個銅原子等距離且最近的銅原子有多少個？
x
y
z
1
2
3
4
x
y
z
x
y
z
x
y
z
12個
體心立方晶胞 Li、Na、K、Ba、W、Fe
原子配位數為8；
每個晶胞中的原子數為2個。
交流 · 研討
交流 · 研討
請結合表 3-2-1 中輔助線的提示，描述其晶胞的結構特點，并計算晶胞中含有的原子數。
交流 · 研討
交流 · 研討
請結合表 3-2-1 中輔助線的提示，描述其晶胞的結構特點，并計算晶胞中含有的原子數。
六方晶胞 Mg、Zn、Ti
原子配位數為12；
每個晶胞中的原子數為2個。
3.金屬晶體的物理通性
金屬通常有金屬光澤，良好的導電性、導熱性、延展性等。
[思考]為什么金屬具有較好的延性、展性和可塑性？
在外力作用下，各原子層之間發生相對滑動后,仍可保持金屬離子與自由電子間的相互作用,發生形變也不易斷裂,表現為良好的延展性。此外，金屬晶體中原子的堆積方式也會影響金屬的性質，如具有最密堆積結構的金屬的延展性往往比具有其他結構的金屬的延展性好。
合金的性能為什么比純金屬更優越
金屬鋁很軟，但如果將鋁與銅、鎂按一定比例混合，經高溫熔融后冷卻可以得到硬鋁，硬度會大大提高。像這樣由一種金屬與另一種或幾種金屬或某些非金屬所組成的、具有金屬特性的物質叫作合金。合金一般是將各組分按一定比例熔合成均勻的液體，再經冷凝而制得的。
當兩種金屬元素的電負性、化學性質和原子半徑相差不大時，形成的合金稱為金屬固溶體，如銅鎳合金、銀金合金。這類合金的強度和硬度一般都比組成它的各成分金屬的強度和硬度大。
合金的性能為什么比純金屬更優越
這是因為一種金屬原子在其他金屬原子的晶體結構中占據了一定位置，會造成金屬晶體結構的變形，從而使得金屬晶體在發生錯位時阻力上升、形變困難，導致強度、硬度增大。
合金的性能為什么比純金屬更優越
當兩種金屬元素的電負性或原子半徑相差較大時，形成的合金稱為金屬化合物，如銀鋁合金、銅錫合金。這類合金通常具有較高的熔點、較大的強度、較高的硬度和耐磨性，但塑性和韌性較低。
原子半徑較小的氫、硼、碳、氮等非金屬元素滲入金屬晶體的間隙中，稱為金屬間隙化合物或金屬間隙固溶體。這類合金具有很高的熔點和很大的硬度，這主要是由于填隙原子和金屬原子之間存在共價鍵的緣故。
4.金屬熔點和硬度大小的影響因素
(1)金屬的熔點、硬度等取決于金屬晶體內部作用力的強弱。一般來說金屬原子的價電子數越多，原了半徑越小，金屬晶體內部作用力越強，因而晶體熔點越高、硬度越大。金屬晶體的熔點變化差別較大。
(2)同類型金屬晶體，金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽離子半徑越小，所帶電荷越多，相互作用力就越大，熔點就越高。如熔點：Li>Na>K>Rb>Cs，Na汞
【練一練】
1.下列關于金屬晶體的敘述正確的是(　　)
A.常溫下,金屬單質都以金屬晶體形式存在
B.金屬陽離子與自由電子之間的強烈作用,在一定外力作用下,不因形變而消失
C.鈣的熔、沸點低于鉀
D.溫度越高,金屬的導電性越好
B
2.金屬的下列性質中,與自由電子無關的是(　　)
A.密度大小 B.容易導電
C.延展性好 D.易導熱
3.金屬晶體堆積密度大,能充分利用空間的原因是(　　)
A.金屬原子價電子數少
B.金屬晶體中有“自由電子”
C.金屬原子的半徑大
D.金屬鍵沒有飽和性和方向性
D
A
4.金屬晶體的熔點高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱,而金屬鍵的強弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小相關。由此判斷下列說法正確的是(　　)
A.金屬鎂的硬度大于金屬鋁
B.堿金屬單質的熔點從Li到Cs逐漸升高
C.金屬鎂的熔點高于金屬鈉
D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣
C
金
屬
晶
體
具有共同的物理特性
熔沸點及硬度比較
三種晶胞
面心立方晶胞 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
體心立方晶胞 Li、Na、K、Ba、W、Fe
六方晶胞 Mg、Zn、Ti
金
屬
鍵

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