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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
黃金
銅電纜
鈦合金用于耐壓球殼體
金屬銅是由什么構成的？
→
干冰是由二氧化碳分子構成的。
→
→
金剛石是有C原子構成
一、金屬的結構——電子氣理論
1.電子氣理論
金屬原子
金屬離子
失去價電子
自由電子幾乎均勻分布于晶體
金屬鍵
“有陽離子而無陰離子”是金屬獨有的特性。
金屬脫落下來的價電子幾乎均勻分布在整個晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，從而把所有金屬原子維系在一起。
二、金屬晶體
金屬（除汞外）在常溫下都是晶體，稱之為金屬晶體。
概念：
構成微粒：
金屬陽離子和自由電子
相互作用力：
Hg在常溫下是液態。
金屬鍵
金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用。
金屬鍵
金屬的物理性質
決定
延展性
導電性
導熱性
金屬光澤
......
熔沸點
原子半徑
價電子數
原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強。
金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大
金屬單質 熔點/℃
Li 180.5
Na 97.81
K 63.65
Rb 38.89
Cs 28.40
請同學們運用“電子氣理論”解釋金屬的熔點和硬度差大的原因以及與什么因素有關？
原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強。
金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大
試用金屬鍵解釋Na、Mg、Al的熔點逐漸升高的原因。
原子半徑逐漸減小，價電子數逐漸增多，金屬鍵逐漸增強，熔點逐漸升高。
Na 鈉的熔點：97.8 ℃
Mg 鎂的熔點：650 ℃
Al 鋁的熔點：660.4 ℃
三、金屬的物理性質
容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等
當金屬受到外力作用時，晶體中的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。
(1)延展性
自由電子
+
金屬離子
金屬原子
錯位
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子會如何呢？
外加電場
不同的金屬導電能力不同，導電性最強的三中金屬是：Ag、Cu、Al。 金屬的導電率隨溫度升高而降低。
在金屬晶體中，存在許多自由電子，這些電子移動是沒有方向的，但是在外加電場的作用下，自由電子就會發生定向移動，形成電流，使金屬表現出導電性。
(2)導電性
(3)導熱性
自由電子在運動時與金屬陽離子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，那個區域里的自由電子能量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳遞給金屬陽離子。自由電子與金屬陽離子頻繁碰撞，把能量從溫度高的部分傳遞到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。
Cs
由于金屬內部原子以最緊密堆積狀態排列，且存在自由電子，所以當光線照射到金屬表面時，自由電子可以吸收所有頻率的光并很快放出，使金屬不透明且具有金屬光澤。
金屬在粉末狀態時，金屬晶體的晶面取向雜亂，晶格排列不規則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
【歸納總結1】 三種晶體類型與性質的比較
晶體類型 共價晶體 分子晶體 金屬晶體
概念
作用力
構成微粒
物 理 性 質 熔沸點
硬度
導電性
實例 金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu、鋼鐵等
相鄰原子之間以共價鍵相結合而成具有空間網狀結構的晶體
共價鍵
原子
很大
很高
無（硅為半導體）
分子
分子間以范德華力相結合而成的晶體
范德華力
很低
很小
無
通過金屬鍵形成的晶體
金屬鍵
金屬陽離子和自由電子
差別較大
差別較大
導體
1.下列敘述正確的是（ ）
A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子
B．共價晶體中只含有共價鍵
C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵
D．分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵
B
練習：課本P94 1 2
2．判斷下列晶體類型。
(1)SiI4：熔點120.5 ℃，沸點271.5 ℃，易水解_______________________。
(2)硼：熔點2 300 ℃，沸點2 550 ℃，硬度大_________________________。
(3)硒：熔點217 ℃，沸點685 ℃，溶于氯仿___________________________。
(4)銻：熔點630.74 ℃，沸點1 750 ℃，導電__________________________。
分子晶體
共價晶體
分子晶體
金屬晶體
3. 金屬鍵越強，金屬的硬度越大，熔、沸點越高，且據研究表明，一般說來金屬原子半徑越小，價電子數越多，則金屬鍵越強，由此判斷下列說法錯誤的是(　　)
A．鎂的硬度小于鋁
B．鎂的熔、沸點低于鈣
C．鎂的硬度大于鉀
D．鈣的熔、沸點高于鉀
B
由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體，叫做離子晶體
概念：
構成微粒：
微粒間的作用力：
陰、陽離子(有的存在中性分子H2O,NH3)
離子鍵為主
二、離子晶體
一般說來，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，離子鍵越強, 晶體的熔沸點就高
陰、陽離子之間的作用力
請思考：同為鋁的鹵化物，AlF3的熔點為1563℃，但AlCl3的只有193 ℃為什么差距如此之大呢？
比較不同晶體熔、沸點的基本思路
（1）首先看物質的狀態，一般情況下是固體>液體>氣體；再看物質所屬類型，一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體
（2）結構類型相同時再根據相應規律進行判斷。同類晶體熔、沸點比較思路：
分子晶體→分子間作用力→相對分子質量；
共價晶體→共價鍵鍵能→鍵長→原子半徑；
離子晶體→離子鍵強弱→離子所帶電荷數、離子半徑；
金屬晶體→金屬鍵強弱→金屬陽離子所帶電荷、金屬陽離子半徑。
物理性質：1、熔沸點，硬度相差較大
2、晶體不導電，熔融狀態能導電
金版P76 例1 2 3
NaCl的晶胞示意圖
CsCl的晶胞示意圖
CaF2的晶胞示意圖
三、離子晶體的晶胞
思考：氯化鈉晶體中鈉離子和氯離子分別處于晶胞的什么位置？
頂點和面心是氯離子
棱上和體心是鈉離子
每個晶胞含鈉離子和氯離子的個數：
鈉離子和氯離子的個數比為
4、4
1:1
NaCl的晶胞
化學式：NaCl
每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個，Na＋有___個。
每個Cl－周圍與之等距且距離最近的Na＋有____個，Cl－有____個。
Cl－
Na＋
6
12
6
12
配位數：一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷的離子數目
Na+的配位數為： ；
Cl-的配位數為： 。
6
6
NaCl晶體
Na+
Cl-
3
1
5
6
2
4
1
5
4
2
3
6
這幾個Na+在空間構成的幾何構型為__________
正八面體
NaCl晶體
（1）銫離子和氯離子的位置？
銫離子：
氯離子：
（2）每個晶胞含銫離子、氯離子的個數？
銫離子：
氯離子：
或者反之
1個；
1個。
體心
頂點
Cl-
Cs+
（3）配位數
它們所圍成的空間幾何構型是 。
8
正六面體
Cs+的配位數為： ；Cl-的配位數為： 。
8
CsCl晶體
每個Ca2＋周圍與之等距且距離最近的F－有___個，Ca2＋有___個。
每個F－周圍與之等距且距離最近的Ca2＋有____個，F－有____個。
Ca2＋的配位數為： 8 ；
F－的配位數為： 4 。
8
12
4
6
CaF2的晶胞示意圖
三、過渡晶體與混合晶體
1.過渡晶體
離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。
偏向離子晶體的過渡晶體 的Na2O通常當作離子晶體來處理;
偏向共價晶體的過渡晶體Al2O3、SiO2則通常當作共價晶體來處理。
2、混合型晶體(石墨晶體)
1.下列有關晶體的敘述中，錯誤的是( )。
A.干冰晶體中，每個CO 周圍緊鄰12個CO
B.氯化鈉晶體中，每個Na+周圍緊鄰且距離相等的Na+共有6個
C.氯化銫晶體中，每個Cs周圍緊鄰8個CI-
D.金剛石為三維骨架結構，由共價鍵形成的碳原子環中，最小的環上有6個碳原子
B
課時作業P34 9
金版P77 例2 P78 4 5 6

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