資源簡介

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第3章 不同聚集狀態的物質與性質
第2節 幾種簡單的晶體結構模型
第1課時 金屬晶體
思考：
金屬銅、鐵、汞、金等都是我們日常生活和生產中常見的金屬，如何從微觀結構認識它們吶？
1.能借助金屬晶體的結構模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
2.能利于金屬鍵解釋金屬晶體-些物理性質。
1.了解金屬晶體構成微粒及相互作用力。(宏觀辨識與微觀探析)
2.理解金屬晶體的結構模型。(證據推理與模型認知)
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
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課
堂
聯想 質疑
盡管晶體世界豐富多彩、復雜多樣，但人們在研究之初總是從簡單的晶體入手，金屬晶體、離子晶體、共價晶體和分子晶體等。各類晶體具有不同的結構特點，決定著它們具有不同的性質和用途。那么，不同類型的晶體中，微粒在空間如何排列 它們的排列受哪些因素影響 各類晶體的晶胞又有什么特點呢
一、金屬晶體
1.概念：
金屬原子通過金屬鍵形成的晶體。
2.特點：
金屬鍵可看作金屬陽離子和“自由電子”之間的相互作用，而且“自由電子”為整個金屬所共有，導致金屬鍵沒有飽和性和方向性，因此金屬晶體可以看做等徑圓球的堆積。
3.常見金屬晶體的結構：
Ca、Al、Cu、Ag、Au等金屬晶體的晶胞具有相似性，都為立方體;除其頂點各處有一個微粒外，在立方體的每個面的中心還各有一個微粒。Li、Na、 K、Ba、W等金屬晶體的晶胞也是立方體，但這種晶胞除了其頂點處各有一個微粒外，在晶胞中心還有一個微粒。Mg、Zn等金屬晶體則不同，其晶胞井非立方體或者長方體，底面中棱的夾角不是直角。
拓展 視野
金屬晶體的堆積模型
在日常生活中，我們常常能發現密堆積的例子，圖 3-2-1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。
因為金屬鍵沒有方向性，所以金屬晶體可以看成由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成。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。
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。
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
A
A
C
B
（1）晶胞特點：
①立方體
②微粒分布：8個頂點和6個面心
（2）晶胞中微粒個數：
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
1.第一種：ABCABC疊放：面心立方堆積方式
2.第二種：ABAB疊放：六方堆積方式
A
A
B
（1）晶胞特點：
①非立方體或者長方體，底面為菱形
②微粒分布：8個頂點和1個體心
（2）晶胞中微粒個數：
Mg、Zn、Ti
等徑圓球的一種非密置層的互相疊放得到的非最密堆積排列方式：體心立方堆積方式。
（1）晶胞特點：
①立方體
②微粒分布：8個頂點和1個體心
（2）晶胞中微粒個數：
Li、Na、K、Ba、W、Fe
簡單立方晶胞
（1）簡單立方堆積
三維空間里非密置層的金屬原子的堆積方式
知識拓展
①簡單立方堆積配位數：
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
6
同層4，上下層各1
②簡單立方堆積金屬原子半徑 r 與正方體邊長 a 的關系：
a
a
a
a
a = 2 r
體心立方晶胞
（2）體心立方堆積
三維空間里非密置層的金屬原子的堆積方式
①體心立方堆積配位數：
8
1
2
3
4
5
6
7
8
上下層各4
②體心立方堆積金屬原子半徑 r 與正方體邊長 a 的關系：
a
a
a
a
b = 4 r
b =

注：b為晶胞體對角線

三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
（1）
ABAB…
堆積方式
（2）
ABCABC…
堆積方式
前視圖
A
B
A
B
A
（1）ABAB…堆積方式
1
2
3
4
5
6
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
第三層小球的球心對準第一層的小球的球心。
每兩層形成一個周期地緊密堆積。
（1）ABAB…堆積方式
—— 六方最密堆積
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①六方最密堆積配位數：
1
2
3
4
5
6
同層 6，上下層各 3
②六方最密堆積金屬原子的半徑 r 與六棱柱的邊長 a、高h 的關系：
a = 2r
a
h
h =
a
3
=
r
3

（2）ABCABC…堆積方式
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
第三層小球對準第一層小球空穴的2、4、6位。
第四層同第一層。
每三層形成一個周期地緊密堆積。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前視圖
C
俯視圖
（2）ABCABC…堆積方式
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前視圖
C
A B C
（2）ABCABC…堆積方式
—— 面心立方最密堆積
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①面心立方最密堆積配位數：
同層 6，上下層各 3
A B C
②面心立方最密堆積金屬原子的半徑 r 與正方體的邊長 a 的關系：

a
a
a
a
a
堆積模型 典型代表 晶胞 配位數 a與原子半徑r的關系
簡單立方堆積 Po 6 a = 2 r
體心立方堆積 K、Na、Fe 8
六方最密堆積 Mg 、Zn 、 Ti 12 a = 2r
面心立方最密堆積 Cu 、Ag 、Au 12
h=
r
3

【小結】


金屬鍵在整個晶體的范圍內起作用。在鍛壓或錘打時，密堆積層的金屬原子之間比較容易產生滑動，這種滑動不會破壞密堆積的排列方式，而且在滑動過程中"自由電子"能夠維系整個金屬鍵的存在，即各層之間始終保持著金屬鍵的作用，因此金屬晶體雖然發生了形變但不致斷裂。
你已經知道，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。
追根尋源
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，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
追根尋源
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。
金屬晶體
概念
特點
結構
金屬原子通過金屬鍵形成的晶體
金屬晶體可以看作等徑圓球的堆積
密堆積
非密堆積
晶胞特點
晶胞中微粒個數計算
1.金屬的下列性質中和金屬晶體的結構無關的是(　　)
A．良好的導電性　 B．反應中易失電子
C．良好的延展性 D．良好的導熱性
B
2.下列敘述錯誤的是(　　)
A．構成金屬的微粒是金屬陽離子和自由電子
B．金屬晶體內部都有自由電子
C．金屬晶體內自由電子分布不均勻，專屬于某個特定的金屬離子
D．同一類晶體間熔點(或沸點)相差最大的是金屬晶體
C
D
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
4.已知某金屬晶體的晶胞結構如圖所示,則與該晶胞中任意一個頂點的原子距離相等且最近的原子數為(　　)
A.6 B.4 C.8 D.12
A
5.氫是重要而潔凈的能源。要利用氫氣作能源,必須解決好安全有效地儲存氫氣的問題。化學家研究出利用合金儲存氫氣的方法,其中鑭(La)鎳(Ni)合金是一種儲氫材料,這種合金的晶體結構已經測定,其基本結構單元如圖所示,則該合金的化學式可表示為(　　)
A.LaNi5 B.LaNi
C.La14Ni24 D.La7Ni12
C
6.下列金屬的晶體結構類型都屬于面心立方最密堆積A1型的是（ ）
A. Li、Na、Mg、Ca B. Li、Na、K、Rb
C. Ca、Pt、Cu、Au D. Be、Mg、Ca、Zn

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