大学化学(无机类)金属晶体(授课讲义).ppt

第七章 固体结构与性质 7.4 金属晶体 晶体 类型 结点粒子 种类 粒子间作用力 一般性质 物质示例 金属 晶体 金属原子 金属阳离子 金属键 熔点、硬度差别大 导电性、导热性、延 展性好,有金属光泽 金属 合金 Cu Cu 原子 Cu 离子 金属键 熔点 Hg -38.87℃、W 3410℃ 硬度 Na 0.4、Cr 9.0 金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧密方式堆积，所以一般金属密度较大 每个原子被较多的相同原子包围，一般配位数较大 7.4.1 金属晶体的内部结构 等径圆球的三种密堆积基本构型 ABCA ABA ABA 配位数=12 配位数=12 配位数=8 面心立方密堆积　 六方密堆积　体心立方密堆积 金属键——自由电子气把金属阳离子“胶 合”成金属晶体的结合力 含义 金属原子的电负性和电离能较小，价电子 容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以 自由运动，形成离域的自由电子气 特征: 无饱和性和方向性 使金属具有良好的导电性、导热性和 延展性 7.4.2 金属键 应用分子轨道理论研究金属晶体中原子间的结合力，逐渐发展成金属键的能带理论 把一块金属看作一个大分子，用分子轨道 理论来描述金属晶体内电子的运动状态。 假定原子核位于金属晶体的晶格结点上， 构成一个联合核势场，电子分布在分子轨 道内，而价电子作为自由电子 ( 即离域电 子 )，可在晶体内金属原子间运动，不属 于任何一个原子 金属晶体块的大分子概念 7.4.1 金属键能带理论 能带概念 假如一块锂金属有n个原子组成，n个2s 原子轨道组成n个分子轨道，这n个分子 轨道的能级非常接近，几乎形成能量连 续的能带。 能带——由n条能级相同的原子轨道组成 　　　　能量几乎连续的n条分子轨道 2s 能带——由2s 原子轨道组成的能带 如　Li 1s22s1 1s分子轨道能带 按能带的能级和电子在能带中的分布不同， 能带有多种：满带，导带和禁带 能带种类 满带：充满电子的低能量能带　　　 导带 禁带 满带 n个2s n个1s 半满 满 能量 原子轨道　能带　电子充填情况 导带 禁带 满带 n个2s n个1s 半满 满 能量 原子轨道　能带　电子充填情况 如　Li 1s22s1 2s分子轨道能带 有空的分子轨道存在，在这种能带的电子， 只要吸收微小的能量，就能跃迁到带内能 量稍高的空轨道上运动，从而使金属具有 导电、导热作用 导带：未充满电子的能带 　　　 导带 禁带 满带 n个2s n个2s 半满 满 能量 原子轨道　能带　电子充填情况 如 Li 1s22s1 1s能带和2s能带之间的间隙 禁带是电子的禁区, 电子是不能在此停留的。 若禁带不太宽, 电子获能量可从满带越过禁 带跃迁到导带; 若禁带太宽, 跃迁难以进行 禁带：相邻的能带间的间隙　　　 能带的重叠 金属的紧密堆积结构 使金属原子核间距一般都很小， 使形成的能带之间的间隙一般也都很小， 甚至会出现重叠现象 能带理论可解释金属的某些物理性质 导电 能量 导带 禁带 满带 导体 绝缘体 半导体 导体:在外电场下，导带中的电子在能带中做定向运动，形成电流而导电 绝缘体:电子都在满带上，且禁带较宽，难以跃迁, 不能导电 半导体: 禁带较窄, 满带中的电子易被激发,越过禁带到导带上，增加导电能力 能带理论可解释金属的某些物理性质 金属光泽 能量 导带 禁带 满带 导体 绝缘体 半导体 光照时，导带中的电子可吸收光能跃迁到能量较高的能带上，当电子返回时把吸收的能量又发射出来，使金属具有金属光泽 能带理论可解释金属的某些物理性质 导热性 能量 导带 禁带 满带 导体 绝缘体 半导体 局部加热时，电子运动和核的振动，可进行传热，使金属具有导热性 能带理论可解释金属的某些物理性质 延展性 能量 导带 禁带 满带 导体 绝缘体 半导体 受力作用时，原子在导带中自由电子的润滑下，可以相互滑动，而能带并不被破坏