金属晶体与离子晶体的结构
1.7 常见的晶体结构
晶胞中：2个八面体空隙
4个四面体空隙；
Zn2+离子填充1/2四面体空隙
（2）质点坐标：
211 S : 000 , ; 332 21 1 2 Zn : 00u, (u ) 33 2
2
其中，u＝0.875 （3）配位数与配位多面体：
Zn2＋与 S2－的配位数均为：4
闪锌矿与纤锌矿的结构区别：
反正尖晶石：二价阳离子A填充于八面体空隙，
三价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半填充在
八面体空隙中称为反尖晶石。
例：已知Na+离子半径为0.102nm，Cl-离 子半径为0.181nm，计算NaCl结构的
堆积系数及密度。
1.7 常见的晶体结构
典型金属的晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的晶体结
构。由于金属键的性质，使典型金属的晶体
具有高对称性，高密度的特点。常见的典型
金属晶体是面心立方、体心立方和密排六方 三种晶体。
1、面心立方结构（FCC，A1型） （1）密堆积情况： 原子以ABCABC……的方式堆积， 面心立方紧密堆积 （111）面为密排面。 （2）原子分布：
（5）每个碳原子周围都有
四个碳，碳原子之间形成
共价键，CN＝4
金刚石结构：Si、Ge、灰锡α-Sn、 人工合成的立方氮化硼BN……
2、石墨结构
——六方晶系
石墨结构为碳原子成层状 排列，每一层中碳原子成六方
环状排列。
石墨结构中：层内碳原子以共价 键相连，CN＝3，三角形配位；层 间碳原子则以分子键相连。 石墨型结构：人工合成的六方氮化硼BN……
的原子密度。
A1型结构：-Fe、铝、铜、镍、铅、金、银、铂等
2、体心立方结构（A2型）
晶体结构的分类
晶体结构的分类晶体结构是材料科学中重要的研究对象之一，它描述了材料原子、分子或离子的排列方式和周期性。
根据晶体结构的不同，可以将其分为分子晶体、离子晶体和金属晶体三大类。
1. 分子晶体：分子晶体是由分子构成的晶体。
它的特点是分子内部的化学键比较强，而分子之间的相互作用较弱。
分子晶体通常以共价键或极性键相连，如氢键和范德华力。
这些相互作用力比较弱，所以分子晶体的熔点一般较低。
此外，分子晶体在晶格中的排列方式通常较为规则，呈现出较强的周期性。
分子晶体的典型代表是冰，其晶体结构由水分子通过氢键排列而成。
2. 离子晶体：离子晶体是由阳离子和阴离子组成的晶体。
它的特点是阳离子和阴离子之间以离子键（电荷引力）相互作用，这种相互作用力比较强，所以离子晶体的熔点一般较高。
离子晶体的结构较为紧密，离子之间形成了三维晶格。
离子晶体的典型代表有氯化钠（NaCl）和氧化镁（MgO）。
在离子晶体中，阳离子和阴离子的比例需要满足电中性条件。
3. 金属晶体：金属晶体是由金属原子构成的晶体。
金属晶体的特点是金属原子之间形成了金属键，即金属原子间的价电子自由流动形成了电子云。
金属键的强度较弱，所以金属晶体的熔点一般较低。
金属晶体的结构通常是一个由正离子核组成的细胞，正离子核之间被电子云均匀地包围着。
典型的金属晶体有铁、铜和铝等。
除了以上三类晶体，还存在着复合晶体和非晶体。
复合晶体是由两种或多种物质组成的晶体，这些物质可以是离子、分子或金属。
复合晶体的结构较为复杂，几种物质相互依存形成了一个复杂的三维结构。
非晶体是一种无定形的材料，在结构上没有明确的周期性。
非晶体通常是通过快速冷却或高压制备而成，如玻璃和聚合物材料。
综上所述，晶体结构根据其构成单位和相互作用类型的不同，可以分为分子晶体、离子晶体和金属晶体三大类。
通过深入研究晶体结构与性质之间的关系，可以揭示材料的物理、化学和力学特性，为材料设计和应用提供理论依据。
金属晶体 离子晶体(精讲课件)-高二化学同步学习高效学讲练(人教版2019选择性必修2)
一．金属键与金属晶体
2．金属晶体 (1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。 (2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。 延展性：当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生回相对滑动， 但排列方式不变，而且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，所以金属有良好的延展性。
那么，金属键的本质是什么呢？
一．金属键与金属晶体
1．金属键 (1)概念： “电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶 体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
金属晶体和共价晶体一 样，是一种“巨分子”
一．金属键与金属晶体
1．金属键 (2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。 (3)金属键的强弱和对金属性质的影响 ①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。 原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。 ②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。 如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。 金属键没有方向性和饱和性
【典例5】（2021·云南昭通·高二阶段练习）石墨晶体是层状结构 (如图)。下列有关石墨晶体的说法正确的是
A．石墨的熔点、沸点都比金刚石的低 B．石墨中的C原子均为sp3杂化 C．石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键和范德华力 D．每个六元环完全占有的碳原子数是2 【答案】D
本课结束
硬度
较小
很大
有的很大， 有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高， 有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何 溶剂
常见溶剂难溶
大多易溶于水 等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电， 溶于水后有的
金属晶体与离子晶体课件下学期高二化学人教版选择性必修
三、过渡晶体与混合型晶体 1.过渡晶体 四类典型晶体分别是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等,但纯 粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 如:第三周期元素的氧化物。
氧化物 离子键的 百分数/%
Na2O 62
MgO 50
Al2O3 41
SiO2 33
P2O5
SO2 Cl2O7
2.试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。 提示 Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小,价电子数逐渐增多,金属键逐渐增 强,所以熔点逐渐升高。 3.纯铝硬度不大,形成硬铝合金后,硬度很大,金属形成合金后为什么有些物 理性质会发生很大的变化? 提示 金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,影响了金属的延展性和 硬度。
新知二 离子晶体的结构与性质特点 【问题探究】 1.如图所示是从NaCl和CsCl晶体中分割出来的部分结构图。
试分析哪些图是从NaCl和CsCl晶体中分别提取出来的? 提示 从NaCl晶体中分别提取出来的是(1)和(4);从CsCl晶体中分别提取出 来的是(2)和(3)。
2.已知:CaCO3、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O 等均为离子 晶体。分析这些离子晶体中都含有哪些微观粒子?晶体内部存在哪些类型 的作用力? 提示 构成离子晶体的微粒有阴离子和阳离子,还有电中性分子;晶体内部 的作用力除离子键外还存在共价键、氢键和范德华力等。
2.四类晶体的比较
晶体类型 离子晶体 共价晶体
构成晶体 阴、阳离子 原子
的粒子
粒子间 的作用
离子键
共价键
作用力大小 较强
(一般而言)
很强
分子晶体
金属晶体
分子
金属阳离子 和自由电子
晶体结构(共78张PPT)
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
金属晶体和离子晶体
离子晶体的晶格能 很大，因此离子晶 体具有较高的熔点 和硬度。
04
金属晶体和离子晶体的 性质比较
熔点比较
金属晶体熔点范围较广，受金属键影响较大 离子晶体熔点较高，主要受离子键影响 金属晶体熔点通常低于离子晶体 金属晶体和离子晶体熔点比较需综合考虑多种因素
导电性比较
金属晶体：自由电子导电 离子晶体：正负离子导电 导电性比较：金属晶体导电性好于离子晶体 应用领域：金属晶体用于电线、电缆等，离子晶体用于电池、显示器等
金属晶体和离子晶体 的比较
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
金属晶体和离 子晶体的性质 比较
02
金属晶体和离 子晶体的定义
05
金属晶体和离 子晶体的应用 领域
03
金属晶体和离 子晶体的结构 特点
06
金属晶体和离 子晶体的制备 方法
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
化学法：通过化学反应合成金属晶 体，如还原剂还原金属盐
熔融法：将金属加热至熔融状态， 然后冷却结晶制备金属晶体
离子晶体的制备方法
溶液法：通过蒸发结晶、冷 却结晶或重结晶等方法，从 溶液中析出离子晶体。
熔融法：将纯净的离子化合 物在高温下熔化，然后冷却 结晶形成离子晶体。
硬度比较
金属晶体硬度较高，离子晶体硬度较低 金属晶体硬度与金属原子半径有关，半径越大，硬度越低 离子晶体硬度与离子键强弱有关，离子键越强，硬度越高 金属晶体硬度差异较大，离子晶体硬度较为接近
密度比较
金属晶体密度较高，因为其原子或分子的排列紧密 离子晶体密度较低，因为其分子间存在较大的空隙 金属晶体的密度通常大于离子晶体的密度
《第三章 第三节 金属晶体与离子晶体》教学设计
《金属晶体与离子晶体》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解金属晶体和离子晶体的基本观点。
2. 掌握金属键和离子键的形成原理。
3. 能够区分金属晶体和离子晶体，并能够应用所学知识诠释生活中的实例。
二、教学重难点1. 金属键和离子键的形成。
2. 离子晶体的结构和性质。
3. 金属晶体的电子结构和物理性质。
三、教学准备1. 准备PPT课件，包括图片、图表和相关案例。
2. 准备金属晶体和离子晶体的实物样品，如水晶、金属钠等。
3. 准备实验器械，如试管、烧杯等，用于演示金属晶体的导电性实验。
4. 准备一些习题，用于教室练习和测试。
四、教学过程：（一）导入新课1. 回顾金属钠、镁、铝等金属的物理性质，如颜色、状态、光泽、密度等。
2. 引出金属的分类问题，强调金属晶体与离子晶体在结构上的差别。
（二）讲授新课1. 金属晶体的结构（1）介绍金属键观点，强调金属阳离子与自由电子之间的强烈互相作用。
（2）展示不同金属晶体的结构模型，让学生观察并分析其特点。
（3）通过实验展示金属晶体的导电、导热、延展性等性质。
2. 离子晶体的结构（1）介绍离子键观点，强调阴阳离子之间的强烈互相作用。
（2）展示不同离子晶体的结构模型，让学生观察并分析其特点。
（3）通过实验展示离子晶体的一些性质，如硬度、脆性等。
3. 金属晶体与离子晶体的比较（1）比较金属键与离子键的异同点。
（2）分析金属晶体与离子晶体在物理性质上的差别。
4. 离子晶体性质实验（1）展示钠、镁、铝等金属阳离子的水解过程，说明由此引起的化学性质特点。
（2）演示不同类型离子晶体的熔点、沸点等物理性质的比较实验，帮助学生理解晶体类型对物质性质的影响。
（三）小组讨论组织学生分组讨论以下问题：1. 金属晶体与离子晶体在结构上的主要区别是什么？2. 影响金属晶体与离子晶体物理性质的主要因素是什么？3. 如何根据晶体的结构预计物质的性质？（四）教室小结1. 总结金属晶体与离子晶体的结构特点。
金属晶体分子晶体原子晶体离子晶体
金属晶体、分子晶体、原子晶体和离子晶体金属晶体：由金属键形成的单质晶体。
金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例如镁、铝、铁和铜等。
金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子，金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起，金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键，自由电子在整个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好的延展性和机械强度。
大多数金属具有较高的熔点和硬度，金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的熔、沸点越高。
例如周期系IA族金属由上而下，随着金属离子半径的增大，熔、沸点递减。
第三周期金属按Na、Mg、Al顺序，熔沸点递增。
根据中学阶段所学的知识。
金属晶体都是金属单质，构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子（也就是金属的价电子）。
分子晶体：分子间以范德华力相互结合形成的晶体。
大多数非金属单质及其形成的化合物如干冰(CO2)、I2、大多数有机物，其固态均为分子晶体。
分子晶体是由分子组成，可以是极性分子，也可以是非极性分子。
分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态，例如O2、CO2是气体，乙醇、冰醋酸是液体。
同类型分子的晶体，其熔、沸点随分子量的增加而升高，例如卤素单质的熔、沸点按F2、Cl2、Br2、I2顺序递增；非金属元素的氢化物，按周期系同主族由上而下熔沸点升高；有机物的同系物随碳原子数的增加，熔沸点升高。
但HF、H2O、NH3、CH3CH2OH等分子间，除存在范德华力外，还有氢键的作用力，它们的熔沸点较高。
分子组成的物质，其溶解性遵守“相似相溶[1]”原理，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性的有机溶剂，例如NH3、HCl极易溶于水，难溶于CCl4和苯；而Br2、I2难溶于水，易溶于CCl4、苯等有机溶剂。
根据此性质，可用CCl4、苯等溶剂将Br2和I2从它们的水溶液中萃取、分离出来。
- 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)。
是具有导带．
Na的能带结构: 1s、2s、
3s
2p 能 带 都 是 满 带 ， 而 3 s 能
2p
带中只填充了其中 N／2个
轨道，是部分填充电子的
2s
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．
为了与金属相对照， 下面看看绝缘体和半导体 的能带结构:
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（A1）、六方最密堆积（A3）和立方体心密堆 积（A2）三种类型。
2.2.1 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：
正离子所占空隙分数 CsCl型晶体结构 立方ZnS型晶体结构 六方ZnS型晶体结构 CaF2（荧石）型晶体结构 金红石型晶体结构 Pauling第一规则 硅（铝）氧四面体 Pauling第二规则 Pauling第三规则 Pauling第四规则 Pauling第五规则
关键词超连接
离子极化 分立型硅酸盐 链型硅酸盐 层型硅酸盐 骨架型硅酸盐 α -笼 β-笼 立方体笼 A型分子筛 钙钛矿型结构 白硅石(SiO2) 晶胞
请点击按钮打开晶体模型
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:
c
请点击按钮打开晶体模型
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:
Contents
2.3 离子键与晶格能 2.3.1 离子晶体与离子键 2.3.2 晶格能
2.4 离子晶体的一些典型结构 2.4.1 离子半径 2.4.2 离子半径比与配位数的关系 2.4.3 离子堆积与晶体结构 2.4.4 二元离子晶体的结晶化学规律 2.4.5 多元离子晶体的结晶化学规律: Pauling 规则
2.5 离子极化
关键词超连接
TBA 密置列 密置层 密置双层 A1立方最密堆积 A3六方最密堆积 八面体空隙 四面体空隙 A2立方体心堆积 A4金刚石型堆积 空间利用率 晶格能
Born-Landé方程 Born-Haber热化学循环 离子半径比 正三角形空隙 正四面体空隙 正八面体空隙 正方体空隙 离子堆积 NaCl型晶体结构 负离子堆积方式 正负离子配位数之比 正离子所占空隙种类
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．
Eg < 3 eV
下面讨论金属晶体中原子的堆积方式:
2.2 金属单质的晶体结构
5. 在金属单质中出现的最密堆积方式可能有：ABCABC…型，ABAB… 型；或ABAC…型，ABABCBCAC…型，等等。
6. 最常见的两种最密堆积方式是： ABCABC…型 和 ABAB…型；若以 后各层均按此方式循环, 每三层重复一次，或每两层重复一次，就会产生 两种被称为A1和A3的结构。许多金属单质采用A1和A3最密堆积结构（参 看周公度编《结构化学基础》表9.2.1：金属单质的结构型式）。
CdI2型 CO2分子晶体 Goldschmidt结晶化学定律 键型递变四面体
在元素周期表这个王国里，大约80% 是金属元素的领地.
使金属原子结合成金属的作用是金属 键. 金属键没有饱和性和方向性. 金属晶体 的物理性质和结构特点都与金属键密切相 关.
金属能带理论有助于理解金属的物理 性质.
2.1 金属能带理论
（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;
（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……
请点击按钮打开晶体模型
A3最密堆积形成的六方晶胞
从一个密置层上，可以看出这样几点：
1. 层上有3个特殊位置: 球的顶部A、上三角凹坑B和下三角凹坑 C. 以该 层为参照层，称为A层;
2. 叠加到A层上的第二层各个球只能置于凹坑B或C. 由于上下三角只是 相对而言, 故称第二层为B层;
3. 第三层叠加到第二层B上时，只可能是C或A层;
4. 无论叠加多少层，最多只有A、B、C三种位置可以放置, 最少有A、B 或A、C或B、C两种位置的放置法(因为相邻层不会同名);
第2章 金属晶体与离子晶体的结构
Chapter 7. The Structure of Metallic and Ionic Crystals
Contents
第2章目录
2.1 金属能带理论 2.2 金属单质的晶体结构
2.2.1 等径圆球最密堆积与A1、A3型结构 2.2.2 最密堆积结构中的空隙类型 2.2.3 非最密堆积结构 2.2.4 空间利用率 2.2.5 小结:几种典型的金属单质晶体结构
固体能带理论是关于晶体的量子理论．对于金属中的 能带，常用的是“近自由电子近似（NFE）”模型和“紧 束缚近似（TBA）”模型. 虽然NFE比TBA更适用于简单 金属，但TBA更具有化学特色，它相当于分子中LCAOMO在晶体中的推广：
分 子 轨 道 能 级 演 变 成 能 带 的 示 意 图
导体的能带结构特征
说明： 1. 本章金属单质晶体的球堆积图上，球都是同种原子，色 彩只用来区别不同的密置层或不同环境。 2. A1、A2、A3等符号是“晶体结构汇 编”(Strukturberichi) 中采用的符号。
请 点 击 按 钮 打 开 晶 体 模 型
等径圆球的密堆积
密置层如何叠起来形成密堆积? 先考察一个密置层的结构特点：