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第3章 不同聚集状态的物质与性质
第2节 几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体
思考：
金属铜、铁、汞、金等都是我们日常生活和生产中常见的金属，如何从微观结构认识它们呐？
1.能借助金属晶体的结构模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。
2.能利于金属键解释金属晶体-些物理性质。
1.了解金属晶体构成微粒及相互作用力。(宏观辨识与微观探析)
2.理解金属晶体的结构模型。(证据推理与模型认知)
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
联想 质疑
尽管晶体世界丰富多彩、复杂多样，但人们在研究之初总是从简单的晶体入手，金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。各类晶体具有不同的结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。那么，不同类型的晶体中，微粒在空间如何排列 它们的排列受哪些因素影响 各类晶体的晶胞又有什么特点呢
一、金属晶体
1.概念：
金属原子通过金属键形成的晶体。
2.特点：
金属键可看作金属阳离子和“自由电子”之间的相互作用，而且“自由电子”为整个金属所共有，导致金属键没有饱和性和方向性，因此金属晶体可以看做等径圆球的堆积。
3.常见金属晶体的结构：
Ca、Al、Cu、Ag、Au等金属晶体的晶胞具有相似性，都为立方体;除其顶点各处有一个微粒外，在立方体的每个面的中心还各有一个微粒。Li、Na、 K、Ba、W等金属晶体的晶胞也是立方体，但这种晶胞除了其顶点处各有一个微粒外，在晶胞中心还有一个微粒。Mg、Zn等金属晶体则不同，其晶胞井非立方体或者长方体，底面中棱的夹角不是直角。
拓展 视野
金属晶体的堆积模型
在日常生活中，我们常常能发现密堆积的例子，图 3-2-1就是一些近似圆球的水果的密堆积。把这种宏观的现象迁移到对微观物质结构的认识中，把金属晶体看成由其构成微粒堆积而成的，是一种有效的思维模型。
因为金属键没有方向性，所以金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球在平面上的堆积方式很多。图 3-2-2 给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层;层与层之间再相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，图 3-2-3 给出了两种通过密置层叠放而得到的堆积方式。
交流 研讨
请结合表 3-2-1 中辅助线的提示，描述其晶胞的结构特点，并计算晶胞中含有的原子数。
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
A
C
B
（1）晶胞特点：
①立方体
②微粒分布：8个顶点和6个面心
（2）晶胞中微粒个数：
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
1.第一种：ABCABC叠放：面心立方堆积方式
2.第二种：ABAB叠放：六方堆积方式
A
A
B
（1）晶胞特点：
①非立方体或者长方体，底面为菱形
②微粒分布：8个顶点和1个体心
（2）晶胞中微粒个数：
Mg、Zn、Ti
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：体心立方堆积方式。
（1）晶胞特点：
①立方体
②微粒分布：8个顶点和1个体心
（2）晶胞中微粒个数：
Li、Na、K、Ba、W、Fe
简单立方晶胞
（1）简单立方堆积
三维空间里非密置层的金属原子的堆积方式
知识拓展
①简单立方堆积配位数：
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
6
同层4，上下层各1
②简单立方堆积金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
a
a
a
a = 2 r
体心立方晶胞
（2）体心立方堆积
三维空间里非密置层的金属原子的堆积方式
①体心立方堆积配位数：
8
1
2
3
4
5
6
7
8
上下层各4
②体心立方堆积金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
a
a
a
b = 4 r
b =

注：b为晶胞体对角线

三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
（1）
ABAB…
堆积方式
（2）
ABCABC…
堆积方式
前视图
A
B
A
B
A
（1）ABAB…堆积方式
1
2
3
4
5
6
三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
第三层小球的球心对准第一层的小球的球心。
每两层形成一个周期地紧密堆积。
（1）ABAB…堆积方式
—— 六方最密堆积
三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①六方最密堆积配位数：
1
2
3
4
5
6
同层 6，上下层各 3
②六方最密堆积金属原子的半径 r 与六棱柱的边长 a、高h 的关系：
a = 2r
a
h
h =
a
3
=
r
3

（2）ABCABC…堆积方式
三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。
第四层同第一层。
每三层形成一个周期地紧密堆积。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前视图
C
俯视图
（2）ABCABC…堆积方式
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前视图
C
A B C
（2）ABCABC…堆积方式
—— 面心立方最密堆积
三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①面心立方最密堆积配位数：
同层 6，上下层各 3
A B C
②面心立方最密堆积金属原子的半径 r 与正方体的边长 a 的关系：

a
a
a
a
a
堆积模型 典型代表 晶胞 配位数 a与原子半径r的关系
简单立方堆积 Po 6 a = 2 r
体心立方堆积 K、Na、Fe 8
六方最密堆积 Mg 、Zn 、 Ti 12 a = 2r
面心立方最密堆积 Cu 、Ag 、Au 12
h=
r
3

【小结】


金属键在整个晶体的范围内起作用。在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中"自由电子"能够维系整个金属键的存在，即各层之间始终保持着金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
你已经知道，金属铝很软，但如果将铝与铜、镁按一定比例混合，经高温熔融后冷却可以得到硬铝，硬度会大大提高。像这样由一种金属与另一种或几种金属或某些非金属所组成的、具有金属特性的物质叫作合金。合金一般是将各组分按一定比例熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。
追根寻源
当两种金属元素的电负性、化学性质和原子半径相差不大时，形成的合金称为金属固溶体，如铜镍合金、银金合金。这类合金的强度和硬度一般都比组成它的各成分金属的强度和硬度大，这是因为一种金属原子在其他金属原子的晶体结构中占据了一定位置，会造成金属晶体结构的变形，从而使得金属晶体在发生错位时阻力上升、形变困难，导致强度、硬度增大。
合金的性能为什么比纯金属更优越
追根寻源
当两种金属元素的电负性或原子半径相差较大时，形成的合金称为金属化合物，如银铝合金、铜锡合金。这类合金通常具有较高的熔点、较大的强度、较高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较低。
原子半径较小的氢、硼、碳、氮等非金属元素渗入金属晶体的间隙中，称为金属间隙化合物或金属间隙固溶体。这类合金具有很高的熔点和很大的硬度，这主要是由于填隙原子和金属原子之间存在共价键的缘故。
金属晶体
概念
特点
结构
金属原子通过金属键形成的晶体
金属晶体可以看作等径圆球的堆积
密堆积
非密堆积
晶胞特点
晶胞中微粒个数计算
1.金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是(　　)
A．良好的导电性　 B．反应中易失电子
C．良好的延展性 D．良好的导热性
B
2.下列叙述错误的是(　　)
A．构成金属的微粒是金属阳离子和自由电子
B．金属晶体内部都有自由电子
C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子
D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体
C
D
3.金属晶体堆积密度大,能充分利用空间的原因是(　　)
A.金属原子价电子数少
B.金属晶体中有“自由电子”
C.金属原子的半径大
D.金属键没有饱和性和方向性
D
4.已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子数为(　　)
A.6 B.4 C.8 D.12
A
5.氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作能源,必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法,其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料,这种合金的晶体结构已经测定,其基本结构单元如图所示,则该合金的化学式可表示为(　　)
A.LaNi5 B.LaNi
C.La14Ni24 D.La7Ni12
C
6.下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积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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