金屬晶體和離子晶體

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1、第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié) 金屬晶體金 屬 晶 體 金 屬 離 子 自 由 電 子1、 金 屬 鍵 的 定 義 ： 金 屬 離 子 和 自 由 電 子之 間 的 強(qiáng) 烈 的 相 互 作 用 ， 叫 金 屬 鍵 。（ 1） 金 屬 鍵 的 成 鍵 微 粒 是 金 屬 陽 離 子 和自 由 電 子 。（ 2） 金 屬 鍵 存 在 于 金 屬 單 質(zhì) 和 合 金 中 。（ 3） 金 屬 鍵 沒 有 方 向 性 也 沒 有 飽 和 性 。一 、 金 屬 的 結(jié) 構(gòu)2、 金 屬 晶 體 的 定 義 ： 通 過 金 屬 離 子 與自 由 電 子 之 間 的 較 強(qiáng) 的 相 互 作 用 形 成 的晶 體

2、 。 （ 1） 在 晶 體 中 ， 不 存 在 單 個(gè) 分 子（ 2） 金 屬 陽 離 子 被 自 由 電 子 所 包 圍 。 3、 電 子 氣 理 論 ： 經(jīng) 典 的 金 屬 鍵 理 論 叫做 “ 電 子 氣 理 論 ” 。 它 把 金 屬 鍵 形 象 地描 繪 成 從 金 屬 原 子 上 “ 脫 落 ” 下 來 的 大量 自 由 電 子 形 成 可 與 氣 體 相 比 擬 的 帶 負(fù)電 的 “ 電 子 氣 ” ， 金 屬 原 子 則 “ 浸 泡 ”在 “ 電 子 氣 ” 的 “ 海 洋 ” 之 中 。二 、 金 屬 共 同 的 物 理 性 質(zhì)容 易 導(dǎo) 電 、 導(dǎo) 熱 、 有 延 展 性

3、、 有 金 屬 光澤 等 。三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系 導(dǎo) 電 性 導(dǎo) 熱 性 延 展 性金 屬 離子 和 自由 電 子 自 由 電 子 在外 加 電 場(chǎng) 的作 用 下 發(fā) 生定 向 移 動(dòng) 自 由 電 子 與金 屬 離 子 碰撞 傳 遞 熱 量 晶 體 中 各 原子 層 相 對(duì) 滑動(dòng) 仍 保 持 相互 作 用資 料金屬之最熔 點(diǎn) 最 低 的 金 屬 是 -汞 -38.87 熔 點(diǎn) 最 高 的 金 屬 是 -鎢 3410 密 度 最 小 的 金 屬 是 -鋰 0.53g/cm3密 度 最 大 的 金 屬 是 -鋨 22.57g/cm3硬 度 最 小 的 金 屬 是 -銫 0.2硬

4、度 最 大 的 金 屬 是 -鉻 9.0最 活 潑 的 金 屬 是 -銫最 穩(wěn) 定 的 金 屬 是 -金延 性 最 好 的 金 屬 是 -鉑 鉑 絲 直 徑 ： mm展 性 最 好 的 金 屬 是 -金 金 箔 厚 ： mm500011000011.金 屬 晶 體 的 形 成 是 因 為 晶 體 中 存 在 （ ）A.金 屬 離 子 間 的 相 互 作 用B.金 屬 原 子 間 的 相 互 作 用 C.金 屬 離 子 與 自 由 電 子 間 的 相 互 作 用 D.金 屬 原 子 與 自 由 電 子 間 的 相 互 作 用2.金 屬 能 導(dǎo) 電 的 原 因 是 （ ）A.金 屬 晶 體 中 金

5、 屬 陽 離 子 與 自 由 電 子 間 的 相 互 作用 較 弱 B.金 屬 晶 體 中 的 自 由 電 子 在 外 加 電 場(chǎng) 作 用 下 可 發(fā)生 定 向 移 動(dòng) C.金 屬 晶 體 中 的 金 屬 陽 離 子 在 外 加 電 場(chǎng) 作 用 下 可發(fā) 生 定 向 移 動(dòng) D.金 屬 晶 體 在 外 加 電 場(chǎng) 作 用 下 可 失 去 電 子 練習(xí) CB金 屬 晶 體 的 原 子 堆 積 模 型（ 1） 幾 個(gè) 概 念 緊 密 堆 積 ： 微 粒 之 間 的 作 用 力 使 微 粒 間 盡可 能 的 相 互 接 近 ， 使 它 們 占 有 最 小 的 空 間 配 位 數(shù) ： 在 晶 體 中

6、與 每 個(gè) 微 粒 緊 密 相 鄰 的微 粒 個(gè) 數(shù) 空 間 利 用 率 ： 晶 體 的 空 間 被 微 粒 占 滿 的 體 積百 分 數(shù) ， 用 它 來 表 示 緊 密 堆 積 的 程 度金 屬 晶 體 原 子 平 面 排 列 方 式 有 幾 種 ？非 密 置 層探 究 A1 4 32 1 36 42A5密 置 層配 位 數(shù) 為 4 配 位 數(shù) 為 6（ 2） 金 屬 晶 體 的 原 子 在 三 維 空 間 堆 積 模 型簡(jiǎn)單立方堆積空間利用率的計(jì)算 1、空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個(gè)晶體空間中所占有的體積百分比。 球體積 空間利用率 = 100% 晶胞體積（ 1） 計(jì) 算

7、晶 胞 中 的 微 粒 數(shù)2、 空 間 利 用 率 的 計(jì) 算 步 驟 ：（ 2） 計(jì) 算 晶 胞 的 體 積簡(jiǎn) 單 立 方 堆 積 立 方 體 的 棱 長 為 a， 球 的 半 徑 為 ra 過 程 ：1個(gè) 晶 胞 中 平 均 含 有 1個(gè) 原 子V球 =334 r %100晶 胞球VVV晶 胞 =a3=8r3空 間 利 用 率 =3343 100%8 rr =52%2、體心立方堆積-鉀型金屬晶體的堆積方式體心立方堆積 非 密 置 層 的 另 一 種 堆 積 是 將 上 層 金 屬原 子 填 入 下 層 的 金 屬 原 子 形 成 的 凹 穴 中（ IA， VB， VIB）配 位 數(shù) ：空

8、間 占 有 率 ：每 個(gè) 晶 胞 含 原 子 數(shù) ：8 68%2體 心 立 方 堆 積ab 222 aab 2222 3)4( abar ra 34%1003423 3 a r %10034342 33 ）（ rr%68%10083 空 間 利 用 率 =a1 2 3456 第 二 層 對(duì) 第 一 層 來 講 最 緊 密 的 堆 積 方 式 是 將 球 對(duì) 準(zhǔn) 1， 3， 5 位 。 ( 或 對(duì) 準(zhǔn) 2， 4， 6 位 ， 其 情 形 是 一 樣 的 )1 2 3456 A B， 關(guān) 鍵 是 第 三 層 。 對(duì) 第 一 、 二 層 來 說 ， 第 三 層 可 以 有 兩 種 最 緊密 的 堆

9、積 方 式 。 下 圖 是 此 種 六 方緊 密 堆 積 的 前 視 圖 ABABA 第 一 種 是 將 第 三 層 的 球 對(duì) 準(zhǔn) 第 一層 的 球 。 1 2 3456 于 是 每 兩 層 形 成 一 個(gè) 周 期 ，即 AB AB 堆 積 方 式 ， 形 成 六方 緊 密 堆 積 。 配 位 數(shù) 。 ( 同 層 ， 上 下 層 各 。 )12 6 3 第 二 種 是 將 第 三 層 的球 對(duì) 準(zhǔn) 第 一 層 的 2， 4，6 位 ， 不 同 于 AB 兩 層的 位 置 ， 這 是 C 層 。 1 2 34561 2 3456 1 2 3456此 種 立 方 緊 密 堆 積 的 前 視 圖

10、ABCAABC 第 四 層 再 排 A， 于 是 形成 ABC ABC 三 層 一 個(gè) 周期 。 得 到 面 心 立 方 堆 積 。 配 位 數(shù) 。( 同 層 ， 上 下 層 各 ) 126 31 2 3456鎂型（六方緊密堆積） 1 2 3456 7 8910 1112 這 種 堆 積 晶 胞 屬 于 最 密 置 層 堆 積 ， 配 位 數(shù)為 ， 許 多 金 屬 （ 如 Mg、 Zn、 Ti等 ） 采 取 這種 堆 積 方 式 。121200平 行 六 面 體每 個(gè) 晶 胞 含 個(gè) 原 子212銅型（面心立方緊密堆積）1 2 3456 7 8910 11 這 種 堆 積 晶 胞 屬 于 最

11、密 置 層 堆 集 ， 配 位 數(shù)為 ， 許 多 金 屬 （ 如 Cu、 Ag、 Au等 ） 采 取 這種 堆 積 方 式 。12BCAA AB C（ 3） 面 心 立 方 ： 在 立 方 體 頂 點(diǎn) 的 微 粒 為 8個(gè) 晶 胞 共 有 ， 在 面 心 的 為 2個(gè) 晶 胞 共 有 。微 粒 數(shù) 為 ：8 1/8 + 6 1/2 = 4 空 間 利 用 率 ： = 74.05%100216 344 33 rr堆積方式 晶胞類型 空間利用率 配位數(shù) 實(shí)例面 心 立 方最 密 堆 積 堆 積 方 式 及 性 質(zhì) 小 結(jié)簡(jiǎn) 單 立方 堆 積體 心 立 方堆 積六 方 最密 堆 積 面 心 立 方六

12、 方體 心 立 方簡(jiǎn) 單 立 方 74%74%68%52 121286 Cu、 Ag、 AuMg、 Zn、 TiNa、 K 、 FePo 已 知 金 屬 銅 為 面 心 立 方 晶 體 ， 如 圖 所 示 ， 銅 的相 對(duì) 原 子 質(zhì) 量 為 M， 密 度 為 ， 試 求（ 1） 圖 中 正 方 形 邊 長 a，（ 2） 銅 的 金 屬 半 徑 r a ar ro rr提 示 ：數(shù) 出 面 心 立 方 中 的 銅 的 個(gè) 數(shù) ：晶 胞 的 密 度 等 于 晶 體 的 密 度鞏 固 練 習(xí)第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié) 離子晶體授課人 榆中一中 李翻紅課程標(biāo)準(zhǔn)要求思 考 ：1、 分 子 晶 體

13、是 由 什 么 粒 子 構(gòu) 成 的 ？ 粒 子 間 是什 么 樣 的 作 用 力 ？2、 原 子 晶 體 是 由 什 么 粒 子 構(gòu) 成 的 ？ 粒 子 間 是什 么 樣 的 作 用 力 ？ 3、 如 圖 是 NaCl晶 體 晶胞 模 型 ， 試 著 就 此 總 結(jié)出 離 子 晶 體 是 由 什 么 粒子 構(gòu) 成 的 ？ 粒 子 間 是 什么 樣 的 作 用 力 ？一 、 離 子 晶 體1、 定 義 ： 由 陽 離 子 和 陰 離 子 通 過 離 子 鍵 結(jié) 合 而 成 的 晶 體 。2、 構(gòu) 成 粒 子 ： 陰 、 陽 離 子3、 相 互 作 用 力 ： 離 子 鍵 （ 靜 電 作 用 ）4

14、、 離 子 晶 體 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 ：（ 1） 離 子 鍵 沒 有 飽 和 性 和 方 向 性 ， 在 晶 體 中陰 陽 離 子 盡 可 能 采 取 最 密 堆 積（ 2） 離 子 晶 體 中 不 存 在 單 獨(dú) 的 分 子 ， 化 學(xué) 式代 表 陰 陽 離 子 最 簡(jiǎn) 個(gè) 數(shù) 比5、 常 見 的 離 子 晶 體 ：強(qiáng) 堿 NaOH Ba(OH )2等大 多 數(shù) 的 鹽 BeCl2 AlCl3除 外活 潑 金 屬 氧 化 物 Na2O CaO MgO等-Cl- - Na+NaCl的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 模 型 與 Na+等 距離 且 最 近 Cl- 有 個(gè) ，即 Na+的 配 位 數(shù) 。 與

15、Cl-等 距 離 且最 近 Na+ 有 個(gè) ，即 Cl-的 配 位 數(shù)為 。66 66 與 Cl-等 距 離 且 最 近 Cl-有 個(gè) 與 Na+ 等 距 離 且 最 近 Na+ 有 個(gè)1212幾 種 典 型 的 離 子 晶 體 晶 胞 類 型-Cs+ -Cl-CsCl的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 晶 胞 構(gòu) 示 意 圖Cs+周圍距離最近的Cl-有 個(gè)， Cl-周圍最近的Cs+有 個(gè)Cs+周圍距離最近的Cs+有 個(gè)， Cl-周圍最近的Cl- 有 個(gè)8 86 6思 考 ：NaCl、 CsCl兩 種 離 子 晶 體 中 陽 離 子 和 陰 離 子 的 配 位 數(shù) 不 相 等 ,所 以 晶 體 結(jié) 構(gòu) 是

16、 不 同 的離 子 晶 體 陰 離 子 的 配 位 數(shù) 陽 離 子 的 配 位 數(shù)NaClCsCl 6 68 8 你 認(rèn) 為 是 什 么 因 素 決 定 了 離 子 晶 體 中 離 子 的 配 位 數(shù) ？晶 體 NaCl CsCl半 徑 比r+/r- 0.525（ 0.40.7） 0.934（ 0.71.0）配 位 數(shù) 6 86、 決 定 離 子 晶 體 結(jié) 構(gòu) 的 因 素幾 何 因 素晶 體 中 正 負(fù) 離 子 的 半 徑 比電 荷 因 素晶 體 中 正 負(fù) 離 子 的 電 荷 比鍵 性 因 素離 子 鍵 的 純 粹 程 度(3)CaF2型 晶 胞 Ca2+的 配 位 數(shù) ： F-的 配 位

17、 數(shù) ：一個(gè)CaF2晶 胞 中 平均 含 ： 4個(gè) Ca2+和 8個(gè) F-84Ca F 晶 胞 上 面 心圖 示 為 CaF2晶 胞 的 1/8,觀 察 點(diǎn) 為 上 左 前 方晶 格 能 定 義 ： 氣 態(tài) 離 子 形 成 1摩 離 子 晶 體 時(shí) 釋 放 的 能 量 。 晶 格 能 的 大 小 與 陰 、 陽 離 子 所 帶 電 荷 的 乘 積 成 正 比 ，與 陰 、 陽 離 子 間 的 距 離 成 反 比 。簡(jiǎn)言之,晶格能的大小與離子帶電量成正比,與離子半徑成反比. 晶 格 能 越 大 ： 形 成 的 離 子 晶 體 越 穩(wěn) 定 ； （ 離 子 鍵 越 強(qiáng) ） 熔 點(diǎn) 越 高 ； 硬 度 越 大 。 rqq21 晶 格 能 熔 沸 點(diǎn) 較 高 硬 度 較 大 固 態(tài) 不 導(dǎo) 電 ， 水 溶 液 或 者 熔 化 時(shí) 能 導(dǎo) 電 一 般 易 溶 于 水 ， 而 難 溶 于 非 極 性 溶 劑 離子晶體的物理特性小結(jié)：一般而言，陰陽離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，晶體熔沸點(diǎn)越高，硬度越大 晶體熔沸點(diǎn)的一般規(guī)律： 原子晶體離子晶體分子晶體