单位格子.PPT

* * * * * * * * * * * * * * * * * * 選修化學(上) 2-1 金屬鍵與離子鍵 * 金屬鍵與離子鍵 2-1 化學鍵是存在於原子間的作用力，可分為金屬鍵、離子鍵及共價鍵。一般而言，離子鍵及共價鍵的鍵能約在 150 ～ 400 kJ mol－1 之間，金屬鍵的鍵能則較小，約為其三分之一。藉著這三種化學鍵，可分別形成金屬晶體、離子晶體、分子物質及共價網狀固體，本節將介紹金屬晶體及離子晶體。 金屬鍵與離子鍵 2-1 2-1.1 金屬鍵與金屬晶體 2-1.2 離子鍵與離子晶體 學習目標： 了解金屬晶體的堆積方式，及金屬鍵與金屬的熔、沸點之關係。 了解離子晶體氯化鈉的堆積方式，及離子鍵與離子晶體的熔、沸點之關係。 金屬鍵與離子鍵 2-1 金屬晶體是金屬原子藉由金屬鍵結合而形成的晶體。 金屬原子具有以下特性： 及 。 空價軌域 低游離能 金屬晶體之價電子易被游離而可以在彼此重疊的價軌域中自由移動。 金屬鍵就是自由電子與金屬陽離子間的引力， 所以金屬鍵 (有或沒有)方向性。 沒有 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 閱讀焦點：金屬的立方晶系堆積 晶體可看成是由一最小的單元重複堆積而成， 此最小重複單元稱為單位格子。 單位格子為正立方體者，稱為立方晶系。 立方晶系共有三種： 、 、 。 簡單立方 體心立方 面心立方 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 晶格種類 (A)簡單立方的單位格子 (B)體心立方的單位格子 (C)面心立方的單位格子 堆積 方式 單位 格子 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 晶格種類 (A)簡單立方的單位格子 (B)體心立方的單位格子 (C)面心立方的單位格子 單位 格子 配位數 單位格子中的原子數 填充率 6 8 12 52％ 68％ 74％ 實例：Po 實例： Na、Fe、Cr、Ba 實例： Ca、Sr、Al、Ni、Cu 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 週期表中，部分金屬元素的晶體結構： 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 動畫：金屬晶體 金屬晶體的熔點及沸點與金屬鍵的強弱有關， 金屬鍵的強弱則受到以下因素的影響： 、 及 。 第 1 族金屬元素：(單位：半徑/pm、熔沸點/℃) 原子半徑 價電子數 晶體的堆積方式 晶體構造 體心立方 體心立方 體心立方 體心立方 體心立方 熔點 186 97.5 63.5 39.0 28.4 沸點 1326 889 774 688 690 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 金屬晶體的熔點及沸點與金屬鍵的強弱有關， 金屬鍵的強弱則受到以下因素的影響： 、 及 。 第 2 族金屬元素：(單位：半徑/pm、熔沸點/℃) 原子半徑 價電子數 晶體的堆積方式 晶體構造 六方最密 六方最密 面心立方 面心立方 體心立方 熔點 1283 650 845 770 725 沸點 2970 1120 1420 1380 1640 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 第 1 族金屬元素的堆積方式皆為體心立方，故其熔點及沸點皆隨原子序的增大而減低， ?因原子序愈大，則半徑愈大，金屬鍵愈弱。 同週期中第 2 族金屬元素之熔點及沸點皆較第 1 族金屬元素高，如 Be＞Li、Mg＞Na 等， ?因為第 2 族金屬元素之價電子數較多，故金屬鍵較強。 金屬鍵與金屬晶體 2-1.1 在常溫時，離子化合物大多呈現固態的結晶，故又稱為離子晶體（ionic crystal）。 離子晶體係藉由離子鍵結合而形成，離子鍵的本質為陰、陽離子間的 。 一對離子對形成時，其能量可利用庫侖定律估算，如式2-1： 庫侖靜電力 Q1、Q2 為陰、陽離子所帶的電荷量， r 為陰、陽離子間的距離。 離子鍵與離子晶體 2-1.2 以氯化鈉為例： Q1、Q2 分別為＋1.6×10－19 庫侖與－1.6×10－19 庫侖， r 為 2.83×10－10 公尺， 帶入庫侖定律，可得每一對氯化鈉離子對之能量為 U＝－8.23×10－19 J， 換算為每 1 莫耳的氯化鈉離子對，其能量為 離子鍵與離子晶體 2-1.2 5 實際上，當 1 莫耳的離子晶體形成時，每一個離子會受到周圍許多相