第三节金属晶体(教案)

【教学目标】

1、理解金属键的概念和电子气理论

2、初步学会用电子气理论解释金属的物理性质 3、了解金属晶体内原子的几种常见排列方式 【教学难点】金属键和电子气理论

【教学重点】金属具有共同物理性质的解释。 【教学过程设计】

【引入】人类已发现一百多种元素，其中五分之四是金属元素。金属在日常生活、工农业生产中用途广泛，这与金属的性质有关。金属有哪些通性？ 【板书】一、金属的通性 导电性、导热性、延展性 【问题一】为什么其他晶体没有，而金属晶体有这些性质？ 【看书】P73 学生阅读课本，回答问题 1．电子气理论

【讲解】经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。 2．金属通性的解释

【展示金属实物】展示的金属实物有金属导线(铜或铝)、铁丝、镀铜金属片等，并将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。叙述应用部分包括电工架设金属高压电线，家用铁锅炒菜，锻压机把钢锭压成钢板等。 ⑴金属导电性的解释

在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。

【设问】导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色? ⑵金属导热性的解释

金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 ⑶金属延展性的解释

当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在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。因此，金属都有良好的延展性。 【练习】

1．金属晶体的形成是因为晶体中存在 A、金属离子间的相互作用 B、金属原子间的相互作用

C、金属离子与自由电子间的相互作用 D、金属原子与自由电子间的相互作用 2．金属能导电的原因是

A、金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B、金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动

C、金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D、金属晶体在外加电场作用下可失去电子

【过渡】分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中，原子之间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。今天，我们一起讨论有关金属原子的空间排列问题。 【分组活动1】

利用20个大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二维平面上），要求小球之间紧密接触。可能有几种排列方式。讨论每一种方式的配位数。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数） 【学生活动1】

学生分四组活动，各由一人汇报结果。利用多媒体展示，学生排列结果主要介绍以下两种方式。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数）

非密置层，配位数4 密置层，配位数6 我们继续讨论，原子在三维空间的排列。首先讨论非密置层这种情况。 【学生活动2】

非密置层排列的金属原子，在空间内可能的排列。汇总各类情况逐一讨论。

（一）简单立方体堆积

这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋采取这种堆积方式。 （二）钾型

如果是非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如下图：

这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积方式，如碱金属，简称为钾型。 （二）铜型

密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式，镁型和铜型。镁

型如下图左侧，按ABABABAB……的方式堆积;铜型如图右侧,按

ABCABCABC……的方式堆积.这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74℅,但所得的晶胞的形式不同.

[归纳与整理]

金属晶体的四种堆积模型对比

采用这种堆积的典型代表 Po 晶胞 堆积模型 空间利用率 配位数 简单立方 52℅ 6 钾型 Na K Fe 68℅ 8 镁型 Mg Zn Ti 74℅ 12 铜型 Cu Ag Au 74℅ 12 混合晶体

石墨不同于金刚石,这的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化.而是呈sp2杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；石墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为3，有一个末参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。