(优选)结构化学基础金属的结构和性质
九年级化学知识点总结金属
九年级化学知识点总结金属九年级化学知识点总结：金属金属作为我们日常生活中常见的物质之一，拥有优良的导电、导热和延展性等特性。
它们广泛应用于工业制造、电子设备、建筑材料等领域。
本文将从金属的性质、构造和反应等角度，总结九年级化学中与金属相关的知识。
一、金属的性质特点1. 导电性：金属存在自由电子，能够自由移动，因此具有良好的导电性能。
这也是铜、铝等金属常被用于电线、电路等应用的原因。
2. 导热性：金属具有良好的导热性能，能够迅速传导温度。
这也是为什么锅、勺等厨具通常采用金属材料制成，可以迅速传导热量，加快烹饪速度。
3. 可塑性和延展性：金属的这两个特性使得它们能够在受力下发生塑性变形，即能够被锤打、拉伸，成为不同形状的制品。
比如铜管、铝箔等。
4. 光泽度：金属表面常常具有明亮的光泽度，这是因为光线在金属表面受到电子的散射而发生反射。
二、金属的构造和化学键金属的构造特点是离子实与自由电子之间的排列。
在金属中，离子实排列成密堆积的结构，而自由电子则在离子实之间游离。
这种排列方式形成了金属的金属键。
金属键具有以下特点：1. 强度大：金属键的强度很高，这使得金属具有良好的韧性和抗拉性能。
2. 电子活动性：金属结构中的自由电子可以在外界电场的作用下，自由移动和导电。
3. 金属键的性质不均匀：金属键中，离子实的排列比较紧密，但是自由电子的分布并不均匀，因此导致金属在化学反应中表现出不同的性质。
三、金属的氧化反应金属常常与氧气发生氧化反应。
当金属与氧气反应时，金属会失去电子，形成阳离子，并与氧气中的氧离子结合，形成金属氧化物。
金属氧化反应可以分为直接和间接氧化反应两种。
直接氧化反应是指金属直接与氧气反应，如2Na + O2 →2Na2O。
间接氧化反应是指金属首先与酸酸性氧化物反应，生成金属盐，再与强碱反应生成金属氧化物，如以下反应：2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑NaCl + NaOH → Na2O + H2O值得注意的是，金属的活泼性与其氧化性能相关。
金属的结构和性质
晶胞棱长为 a
晶胞面对角线长 4 r 晶胞体积 每个球体积 4个球体积
V球 V晶 胞
2a
3
a 2 2r
3 3
V晶 胞 a ( 2 2 r ) 1 6 2 r
4 3
V球 4
1 6 r / 3
3
r
3
4 3
r
3
16 3
r
3
16 2r
3
7 4 .0 5 %
上一内容
sin
n y y a b c l 2 3/2 n x x n z ( ) sin sin sin z l l l l
2 2
E
h
8ml
上一内容
(nx n y nz )
2 2 2
下一内容
结束放映
金属键的自由电子理论模型 电子由局限某个原子周围运动扩展到整个金 属运动, 能量降低, 这就是金属键的起源. 金属的 很多性质可由此得到解释. 金属键的强弱, 可从原 子化热中得到反映.
上一内容
下一内容
结束放映
等径圆球的堆积
第二种放法, 将第三层球放在第一层未被覆盖的空
隙上, 形成 C 层, 以后堆积按 ABCABC……重复下去。 这种堆积称为立方最密堆积(cubic closest packing,简称 ccp, 或 A1 型)。
上一内容
下一内容
结束放映
等径圆球的堆积
空间群为：
D6h P
4
63 2 2 m m c
分数数坐标为(0, 0, 0), (2/3,1/3,1/2) 或 (0, 0, 0), (1/3,2/3,1/2) 球数与空隙数之比： 球数：八面体空隙数：四面体空隙数=1：1：2
金属的结构和性质
第八章金属的结构和性质§8.1.金属键和金属的一般性质8.1.1.自由电子模型简单金属的自由电子模型很简单，价电子完全公有，构成金属中导电的自由电子，原子实与价电子间的相互作用完全忽略，自由电子之间也是毫无相互作用的理想气体。
为了保持金属电中性，可设想原子实带正电分布于整个体积中，和自由电子的负电荷正好中和。
自由电子波函数可用一平面波表示其中为波矢量，V为金属体积，与边长L关系这样自由电子类似势箱中和自由粒子，自由电子在金属中的零势场中运动相应能量可表示为在绝对零度时，自由电子体系处于基态，N个电子占据个最低能级，最高占据能为费米能级自由电子气模型完全忽略电子间的相互作用，也忽略了原子实形成的周期势场对自由电子的作用，处理结果当然与真实金属有差距，后来发展了“近自由电子模型”（即在自由电子气中引入周期势场微扰），在一定程度上反映了简单金属的实际情况，可作为金属电子结构的一级近似。
近年，有人提出用赝势理论处理简单金属，即采用微弱的赝势代替电子与正离子间的相互作用势，使问题得到简化。
赝势可用正交平面波法解析导出，也可用参数直接构筑模型势。
例如一模型赝势为即原子实半径R 以外和真实库仑势相同，在原子实范围内用一个恒值势来代替在近自由电子模型中的电子真实波函数（实线）和赝势波函数（虚线）R为原子实半径。
8.1.2.能带理论金属晶体中的电子处在带正电的原子实组成的周期性势场中运动，Schrödinger方程为用微扰法等近似方法可解得能带模型。
它将整块金属当作一个巨大的超分子体系，晶体中N个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过线性组合，得到N 个分子轨道。
它是扩展到整块金属的离域轨道，由于N的数值很大（～数量级），得到分子轨道各能级间隔极小，形成一个能带。
每个能带在固定的能量范围，内层原子轨道形成的能带较窄，外层原子轨道形成的能带较宽，各个能带按能级高低排列起来，成为能带结构，图8—4是导体与绝缘体的能带示意图。
金属结构和性质
1：1 简单立方堆积 1：1 立方最密堆积 1：1 六方最密堆积
CaF2型 金红石型
1：2 简单立方堆积 1：2 假六方堆积
8：4 6：3
立方体 八面体
1/2 1/2
分子晶体
定义：单原子分子或以共价键结合的有限分子，由
范德华力凝聚而成的晶体。
范围：全部稀有气体单质、许多非金属单质、一些 非金属氧化物和绝大多数有机化合物都属于分子晶 体。 特点：以分子间作用力结合，相对较弱。除范德华
O2-:
0,0,0;
1 1 1 , , 2 2 2
1 1 1 1 1 1 u, u, ; u, u, 2 2 2 2 2 2
u, u,0; u , u ,0;
所属晶系：四方晶系 空间点阵型式：简单四方
结构基元个数：一个
结构型式 离 化学组成比n+/n子 负离子堆积方式 堆 积 正负离子配位数比 描 正离子所占空隙种类 述 正离子所占空隙分数
Zn2+: 0,0, 5 ; 8
2 1 1 , , 3 3 2 2 1 1 , , 3 3 8
六方ZnS型 1：1 六方最密堆积 4：4
结构型式 离 子 堆 积 描 述 化学组成比n+/n负离子堆积方式 正负离子配位数比
所属晶系：六方晶系 空间点阵型式：简单六方
正离子所占空隙种类 正四面体 正离子所占空隙分数 1/2
结构型式 离 子 堆 积 描 述 化学组成比n+/n负离子堆积方式 正负离子配位数比
立方ZnS型 1：1 立方最密堆积 4：4
所属晶系：立方晶系
空间点阵型式：面心立方
结构基元个数：四个
正离子所占空隙种类 正四面体 正离子所占空隙分数 1/2
《结构化学》第六章 金属的结构和性质
6.2 金属单质的晶体结构
金属单质晶体结构比较简单, 这与金属键密切相关: 由 于金属键没有方向性和饱和性，大多数金属元素按照等径 圆球密堆积的几何方式构成金属单质晶体，主要有立方面 心最密堆积、六方最密堆积和立方体心密堆积三种类型.
6.2.1 等径圆球最密堆积与A1、A3型结构
等径圆球以最密集的方式排成一列（密置列），进 而并置成一层（密置层），再叠成两层（密置双层）， 都只有一种方式：
非最密堆积方式中最重要的是立方体心堆积A2 , 还有A4和少数的A6、A7、A10、A11、A12等.
A2 立方体心密堆积
布鲁塞尔的原子球博物馆 9个直径18米的球形展厅构成一个立方体心模型
A4 金刚石型结构
A4中原子以四面体键相连. 晶胞中虽然都是同种原子， 但所处的环境不同(球棍图中用两色颜色来区分). 一个浅蓝 色球与一个深蓝色球共同构成一个结构基元.
A1最密堆积形成立方面心(cF)晶胞
ABCABC……堆积怎么会形成立方面心晶胞? 请来个逆向思维:
取一个立方面心晶胞：
体对角线垂直方向就是密置层, 将它们设成3种色彩:
从逆向思维你已明白， 立方面心晶胞确实满足 ABCABC……堆积。
那么, 再把思路正过来: ABCABC……堆积形成立 方面心晶胞也容易理解吧?
晶胞 六方P
四、 金刚石型晶体(A4型)
C原子的配位数为4， 2套等同点 结构基元：2个C 空间点阵型式：立方F 每个晶胞中有8个C原子， 其坐标分别为：
(0,0,0), (1/2,1/2,0),
(1/2,0,1/2),(0,1/2,1/2),
(1/4,1/4,1/4),(1/4,3/4,3/4),
(为看得清楚,绿 球和蓝球层各有3 个球未画出)
金属的晶体结构及其性质
金属的晶体结构及其性质金属是一类具有很高的导电性和热导性的物质，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
对于金属的结构和性质进行深入的探究不仅有助于我们更好地理解和应用它们，在材料科学和工程领域也具有重要的意义。
一、金属的晶体结构1.1 单质金属的结构单质金属的晶体结构主要取决于其原子的大小、形态、数量等因素。
最简单的是钨、银、金等元素，它们的晶体结构都是面心立方格子结构，其中每个原子位于晶体的一个顶点或一个面心上。
而对于一些较小的原子，如铁、铝、镁等，则容易出现体心立方格子或六方密堆积等结构。
1.2 合金的结构合金是由两种或更多金属元素混合而成的材料，具有比单质金属更多元化的结构。
由于合金中包含了不同的金属原子，因此其形成的晶体结构也较为复杂。
以黄铜为例，它是铜和锌的合金，具有面心立方格子结构，并且晶体结构中的铜原子和锌原子是交替排列的。
二、金属的性质2.1 导电性金属具有很高的电导率，这是由于其晶体结构中存在许多自由电子，这些电子在外部电场的作用下会漂移，从而使金属的导电性得以表现。
由于金属内部电阻很小，因此电子能够自由地在金属中传导，使得金属具有优良的导电性。
2.2 热传导性金属的热传导性也很好，这是由于其晶体结构是由许多密集排列的原子构成的，因此热量能够迅速地在这些原子之间传递。
在金属中，电子和离子发生碰撞时可以带走一部分热能，从而进一步促进了热传导的发生。
2.3 塑性和可锻性金属具有很好的塑性和可锻性，这是因为其晶体结构中的原子可以向多个方向移动。
金属在受到一定的压力或拉伸力时，其原子能够在晶体中重新排列，从而产生塑性或可锻性。
金属的塑性常被用于制造各种形状的产品，如铝汽车轮毂，而可锻性则用于制造各种形态的金属制品，如铁门等。
2.4 耐腐蚀性金属对于腐蚀的抵抗能力因其化学性质而有所不同。
像铜、铝等金属，由于存在氧化物和其他形式的化学反应产物，因此具有良好的耐腐蚀性。
然而，其他的金属，如铁、钢等，则易于腐蚀，需要经过某些方式的处理以防止腐蚀。
第八章金属的结构和性质
a
(2) 密置层：
沿二维空间伸展的等径圆球的最密堆积形式叫密置层， 沿二维空间伸展的等径圆球的最密堆积形式叫密置层，它只有一种 排列方式。在密置层中每个球都与周围六个球紧密接触，配位数为 ， 排列方式。在密置层中每个球都与周围六个球紧密接触，配位数为6，三 个球形成一个三角形空隙，因此每个球分摊两个三角形空隙。 个球形成一个三角形空隙，因此每个球分摊两个三角形空隙。 两个三角形空隙
1 3/ 2 i 2π ψ = ( ) exp[ ( nx x + n y y + n z z )] l l
h2 n2h2 2 2 2 (nx + n y + nz ) = E= 2 2ml 2ml 2
每一组量子数(n 每一组量子数 x,ny,nz)确定一个允许的量子态 确定一个允许的量子态
当体系处于基态(第一能级 时 可放二个电子: 当体系处于基态 第一能级)时, n2=0,可放二个电子 第一能级 可放二个电子 0,0,0,+1/2; 0,0,0,-1/2 第二能级n 简并度为12),可放 个电子 可放12个电子 第二能级 2=1(简并度为 简并度为 可放 个电子: 1,0,0,+1/2; 1,0,0,-1/2; -1,0,0,+1/2; -1,0,0,-1/2; 0,1,0,+1/2; 0,1,0,-1/2; 0,-1,0,+1/2; 0,-1,0,-1/2;0,0,1,+1/2; 0,0,1,-1/2; 0,0,-0,+1/2; 0,0,-1,-1/2 体系处于0 时 电子从最低能级开始 直至Fermi能级 F, 能量低于 电子从最低能级开始,直至 能级E 体系处于 K时,电子从最低能级开始 直至 能级 EF的能级全部填满电子 能量高于 F的能级都为空。 的能级全部填满电子,能量高于 的能级都为空。 能量高于E
初中金属重要知识点总结
初中金属重要知识点总结1. 金属的性质金属的性质通常包括导电性、导热性、延展性、强度和光泽。
金属通常具有良好的导电性和导热性，这是因为金属中存在着大量的自由电子，它们能够在金属内部自由移动，传导电流和热量。
金属还具有良好的延展性和强度，这意味着金属能够被拉伸成细丝或者压制成薄片，并且具有一定的抗拉力和抗压力。
此外，金属还具有良好的光泽，通常呈现出银白色或者金黄色的外观。
2. 金属的晶体结构金属的晶体结构通常表现为紧密堆积的排列，这种排列方式使得金属具有良好的延展性和强度。
在晶体结构中，金属原子通常排列成紧密的球状结构，具有较大的自由空间，并且具有良好的平衡性能。
3. 金属的熔点和沸点金属的熔点通常比较高，这是因为金属原子之间存在着较强的金属键，需要较高的温度才能够克服金属间的相互作用力而使金属熔化。
金属的沸点也较高，通常需要较高的温度才能使金属发生汽化。
4. 常见金属材料在学习初中金属知识时，通常会接触到一些常见的金属材料，例如铁、铝、铜、锌等。
这些金属材料在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。
例如，铁是最常见的金属材料之一，被广泛应用于建筑、交通工具、机械制造等领域。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、食品包装等领域。
铜具有良好的导电性和导热性，被广泛应用于电子、电气和通信设备制造等领域。
锌具有良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于镀锌、防腐蚀等领域。
5. 金属的提纯和合金在工业生产中，通常需要对金属进行提纯，以去除杂质和提高金属的纯度。
提纯金属的方法包括电解法、冶炼法、萃取法等。
此外，金属还可以通过合金的方式来改善其性能，合金是两种或两种以上金属元素以一定的比例混合而成的材料。
合金通常具有比单一金属更优异的性能，例如更高的强度、硬度、耐腐蚀性等。
6. 金属的加工和铸造金属通常需要经过加工和铸造才能够被制成各种物品。
金属的加工包括锻造、压延、挤压等工艺，通过这些工艺，金属可以得到所需要的形状和尺寸。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
abc a
b
c
a b c l ( 2)3/ 2 sin nx x sin ny y sin nz z
l
l
l
l
E
h2 8ml 2
(nx2
n
2 y
nz2 )
能带理论
• 固体能带理论是关于晶体的量子理论
“近自由电子近似（NFE）” “紧束缚近似（TBA）”
• TBA更具有化学特色，可看成分子中LCAOMO在晶体中的推广。
Eg < 3 eV
费米能级（类似HOMO）
(
x,
y,
z
)
2 l
3/
2
sin
nx
l
x
sin
ny
l
y
sin
nz
l
z
y c1e( i )x c2e( i )x Aex cos x Bex sin x
Cex sin( x )
A (c1 c2 ); B i(c1 c2 ) C A2 B2 ; arctg A
一个晶胞
密置双层的晶胞中含1个正八面体空隙和2个正四面体空隙. 球数: 正八面体空隙数:正四面体空隙数=2:1:2
A1和A3最密堆积中的空隙
A1和A3中也只有正八面体和正四面体空隙. 为求出它们与 球数的比例, 原则上也是取一个晶胞, 对于球和两种空隙计数. 实际作起来却不易搞明白.
为此, 换一种方法来理解: 指定一个球(球数为1), 观察它参 与形成正八面体空隙的次数, 每参与一次, 它就对应着1/6个正 八面体空隙. 对正四面体空隙也依此类推, 只不过每参与一次对 应着1/4个正四面体空隙.
将视线逐步移向体对角线， 沿此线观察:
你看到的正是ABCABC……堆积！
密堆积中的空隙
在一个密置层中, 有上三角形与下三角形两种空隙:
从一个平行四边形正当格子可看出, 球数 : 上三角形空 隙数：下三角形空隙数=1 : 1 : 1, 或者说球数 : 三角形空隙 数=1 : 2
密置双层
密置双层中有两种空隙: 正八面体空隙(由3A+3B构成) 正四面体空隙(由3A+1B或1A+3B构 成)
能带理论
导体的能带结构特征是
具有导带．
Na的能带结构: 1s、2s
3s
、 2p 能 带 都 是 满 带 ， 而 3 s
2p
能带中只填充了其中 N／2
个轨道，是部分填充电子
2s
的能带，即导带．
1s
单价金属Na的能带结构
3s与3p
金属Mg的能带结构
Mg的3s能带虽已填满 ，但与3p空带重叠，总体 看来也是导带．
A1最密堆积形成立方面心(cF)晶胞
ABCABC……堆积怎么会形成立方面心晶胞? 请来个逆向思维:
取一个立方面心晶胞：
体对角线垂直方向就是密置层, 将它们设成3种色彩:
从逆向思维你已明白， 立方面心晶胞确实满足 ABCABC……堆积。
那么, 再把思路正过 来: ABCABC……堆积形 成立方面心晶胞也容易理 解吧?
若注意到六方晶系的特征对称元素——六次对称轴并不 限于六次旋转轴, 也包括六次反轴或六次螺旋轴. 就可以消除 这种困惑:
六次反轴
六次螺旋轴
A1型: ABCABC…
红、绿、蓝球是同一种原子，使用三种色观察(俯视图) 平行于密置层观察(侧视图)
B
(x,
y,
z)
1 3/2 l
exp[i2
l
(nx x
ny
y
nz z)]
E
h2 2ml 2
(nx2
ny2
nz2 )
n2h2 2ml 2
n的物理意义不同 nx ny nz取零和正负整数
费米能级
E
h2 2ml 2
(nx2
ny2
nz2 )
n2h2 2ml 2
单位体积有N个电子 体积l3的金属钠：
n2=0 2个状态 n2=1 12个状态 n2=2 24个状态
（2）ABABAB……, 即 每两层重复一次, 称为A3 (或 A3)型, 从中可取出六方晶胞。
这两种最密堆积是金属单质晶体的典型结构.
A3堆积：ABAB……
A3最密堆积形成的六方晶胞
A3最密堆积形成后, 从中可以划分 出什么晶胞? 六方晶胞.
每个晶胞含2个原子(即81/8+1), 组成一个结构基元. 可抽象成六方简单格子. 六方晶胞的c轴垂直于密置层:
Nl 3
(8 /
3) nF3
nF l
2
3N
8
2
EF
nF2 h2 2ml 2
h2 2m
nF l
2
h2
8 2m
(3
2
N
)2
/
3
3.15eV
h2 2ml 2
l越小，能级差越大。（纳米材料的理论基础）
金属单质的晶体结构
金属单质的晶体结构
（1）ABCABC……, 即 每三层重复一次, 这种结构 称为A1 (或A1)型, 从中可以 取出立方面心晶胞;
为了与金属相对照， 下面看看绝缘体和半导体 的能带结构:
绝缘体
只有满带和空带， 且Eg超过5 eV, 在一般电 场条件下难以将满带电子 激发入空带，因此不能形 成导带.
不能填充电子的区 域称为带隙.
Eg > 5 eV
半导体
只有满带和空带，但 Eg小于3 eV．易受光或热 激发使满带中部分电子跃 迁到空带，形成导带而导 电．
A1中球数:八面体空隙数:四面体空隙数=1:1:2的图解
1. 指定中心一 个球G,即球数=1;
(为看得清楚, 绿球和蓝球层各有 3个球未画出, 下面 动画演示时加上)
2. G参与形成八面体空隙共6次. 其中第1-3次发生在绿球层与红球层之间:
第4-6次发生在红球层与蓝球层之间:
3. G每参与形成八面体1次, 它就对应着1/6个八面体. G共参与6次, 故对应着6 × 1/6 = 1 个八面体空隙.
（优选）结构化学基础金属的 结构和性质
金属键
自由电子模型：
外层价电子在整个金属中运动, 类似于三维势箱 中运动的粒子. 其Schrodinger方程为：
[
2
2m
(
2 x2
2 y 2
2 z 2
)
V
]
E
V 0
（自由电子模型）
2 2
2m ( x2
2
y2
2
z 2
)
E
解此方程求得：
(x, y, z) 8 sin nx x sin ny y sin nz z
4. G参与形成四面体 共8次. 其中, 第1-4次发生 在绿球层与红球层之间:
c
从ABAB……堆积中划分出六方晶胞, 可能使人感到困 惑。因为在一个密置层上, 通过球心处的旋转轴是六重轴, 通 过三角形空隙处的是三重轴:
密置层堆积起来后, 三重旋转轴总可以保留, 六重旋转轴 却不能继续保留:
六重旋转轴消失
三重旋转轴仍然保留
将局部放大看得更清楚： 那么,“六方晶胞”又从何谈起呢?