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第三章第2节
几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体
学习目标
掌握典型的四种金属晶体结构模型
了解金属晶体结构与性质的关系
一.金属晶体
⑴定义：金属原子通过金属键形成的晶体。
⑷金属键的特征：由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性。金属晶体可以看做等径圆球的堆积。
⑶成键微粒：金属阳离子和自由电子。
⑵金属键：金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用。
⑸金属键强弱判断：金属阳离子所带电荷越多、半径越小，金属键越强。金属键越强，金属晶体的熔点越高。
1.金属晶体的概念
金属晶体可以看做等径圆球的堆积，所以我们在这里对金属晶体的堆积方式简单拓展一下。
拓展视野
把乒乓球装入盒中，盒中的乒乓球怎样排列才能使装入的乒乓球数目最多？
【活动探究】
请你比较
最紧密堆积
非紧密堆积
密置层
非密置层
采用密置层排列能够降低体系的能量
1
2
3
4
5
6
对第二层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。----密置双层
1
2
3
4
5
6
A
B
，
若 对准 2，4，6 位，其情形是一样的吗
密置双层只有一种 每个球都与周围9个球相切
取A、B两个密置层，将B层放在A层的上面，有几种堆积方式？
如果将密置层C放在刚才堆成的密置双层的上面，有几种最密堆积方式？如何堆积？
【再思】
A
B
2
1
认真观察两层球形成的空隙种类。
1
C
2
C
下图是六方紧密堆积的前视图
A
B
A
B
A
第一种排列方式:将球对准第一层的球。
1
2
3
4
5
6
于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积
第三层 对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。
第二种排列方式: 是将球对准第一层的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
配位数:在密堆积中，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子数目.
配位数 12
( 同层 6， 上下层各 3 )
配位数 12
( 同层 6， 上下层各 3 )
⑵等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
A
B
A
A
B
六方堆积方式(六方晶胞、)的金属晶体： Mg、Zn、Ti等金属
每个晶胞中的原子数为2个；
原子配位数为12
①第一种：ABAB叠放
⑶等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
②第二种：ABC叠放
A
B
C
A
面心立方堆积方式(面心立方晶胞、)的金属晶体：
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt等金属
每个晶胞中的原子数为4个；原子配位数为12
B
C
A
ABC ABC 形式的堆积，为什么是面心立方堆积？
我们来加以说明。
面心立方晶胞
②面心立方最密堆积(Cu型)
配位数 12
空间利用率
74％
铜型 [面心立方]
B
C
A
体心立方堆积方式(体心立方晶胞)的金属晶体：Li、Na、K、Ba、W、Fe等金属
⑶等径圆球的一种非密置层的互相叠放得到的非最密堆积排列方式。(体心立方堆积)
每个晶胞中的原子数为2个；原子配位数为8
体心立方晶胞的原子空间利用率约为68%
2、常见金属晶体的结构
结构型式 面心立方最密堆积 体心立方密堆积 六方最密堆积
常见金属
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
12
8
12
2
4
Mg、Zn、Ti
Li、Na、K、Ba、W、Fe
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
2
简单立方晶胞的原子空间利用率约为52%
⑴金属在通常状况下都是晶体吗
⑵为什么组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在空间的排列大都服从紧密堆积原理
不都是晶体,如汞常温下是液态。
因为在金属晶体中,金属键没有方向性和饱和性,因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定。
交流 研讨
⑶合金为何比纯金属的性质优越？
合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。
⑷为什么金属具有较好的延性、展性和可塑性？
金属晶体中由于金属阳离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，具有最密堆积结构的金属延展性往往比其他结构的金属的延展性好。
3、金属晶体结构解释物理通性
(1)同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定,阳离子半径越小,所带电荷越多,金属键就越强,晶体熔点就越高。例如熔点:Li>Na>K>Rb>Cs,Na4、金属晶体的熔点规律
(2)金属晶体的熔点差别较大,如Hg熔点很低,碱金属熔点较低,铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。
(3)一般来说,同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高,同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。
(4)合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。
（1）年消耗量、产量最高的金属是 ；
（2）地壳中含量最多的前两种金属是 、 ；
（3）熔点最高的金属是： ；
（4）熔点最低的金属是： ；
（5）展性最好的金属是： ；
（6）最硬的金属是： ；
（7）密度最小的金属： ；
（8）最耐腐蚀的金属： ；
（9）导电性最好的金属： ；
（10）最活泼的金属： 。
汞
铁
铝 铁
钨
金
铬
金属之最
锂
钛
银
铯

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