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第七章晶体结构
7-1分子晶体和分子间作用力
7-2离子晶体和离子键
7-3离子极化
7-4金属晶体和金属键(自学)
7-5原子晶体和混合晶体(自学)
7-4金属晶体和金属键
金属晶体:金属离子或原子之间以金属键结合成的晶
体称为金属晶体。
在金属晶体中,金属离子或原子以紧密堆积形式
存在。紧密堆积结构使得金属的原子轨道具有最大程
度的重叠,形成金属键,故紧密堆积是稳定的结构。
金属和许多合金显示出离子化合物和共价化合物所不
具备的某些特征,如具有金属关泽、优良的导电性等。
金属的特性是由金属内部结合力的特殊性决定的。
一、金属键的改性共价键理论
金属原子的半径比较大,核对价层电子的吸引力比
较弱,这些价电子很容易从金属原子上脱离,脱离下
来的这些电子能在整个金属晶体中自由流动,被称为
自由电子或离域电子。
1.金属键的实质
在金属晶体中,自由电子汇集形成“电子的海洋”,
失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中。金属离
子通过吸引自由电子联系在一起,形成金属晶体。
2.金属键的特点
无方向性和饱和性,也无固定的键能。
3.金属晶体的物理性质
(1)金属光泽:
金属晶体对辐射能有良好的反射性能,金属中自
由电子可以吸收波长范围极广的光,并重新反射出来,
所以金属晶体不透明,且有金属光泽。
(2)具有导电性和良好导热性:
在外加电场的作用下,自由电子可以定向移动,
形成电流,所以可以导电。受热时通过自由电子的
碰撞及其金属离子之间的碰撞,传递能量。
(3)具有良好的延展性:
金属晶格紧堆结构,允许原子在外力作用下,
使一层原子在相邻一层上滑动,而不破坏金属键。
(4)熔点高、沸点高、密度大:
由于自由电子使金属晶格中的原子采用紧密堆积
的结构,因此具有熔沸点高、密度大的特性。
一般说金属单电子多时,金属键强,熔点高,硬
度大。如W和Re,m.p.达3500K;K和Na单
电子少,金属键弱,熔点低,硬度小。
二、金属键的能带理论
金属键的量子力学模型称为能带理论,它是在分
子轨道理论的基础上发展起来的现代金属键理论。
1.电子是离域的所有电子属于金属晶体。
2.组成金属能带(EnergyBand)
在金属晶体锂中如果有n个Li原子,各自的1s原子
轨道将组成n个σ分子轨道,因其能量差别
小,能级连成一片而
……..
成为一个能带。
3.满带导带和空带
2p能带中无电子,称为空带。
3n个2p
2s轨道电子半充满,组成的能
带电子也半满,称为导带。
n个2s
从满带顶到导带底(或空带底)的
能量间隔很大,电子跃迁困难。禁带
这个能量间隔称为禁带。
1s轨道充满电子,故组成的能n个1s
带充满电子,称为满带。
图金属Li的能带
210
Li,1s2s2p
3n个2p
n个
2s
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