一、金属键和金属晶体
1.金属键
(1)金属键的概念及形成条件
①概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。
②成键微粒：金属阳离子和自由电子。
③成键条件：金属单质或合金。
(2)金属键的本质
描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。它把金属键形象地描绘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，形成一种“巨分子”。
(3)金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。晶体里的电子不专属于某几个特定的金属离子，而是几乎均匀地分布在整个晶体里，把所有金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱和性。
2.金属晶体
(1)金属晶体
通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。
(2)金属晶体物理特性分析
①良好的延展性：金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层发生相对滑动而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。
②良好的导电性：由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动。
③金属的导热性：是自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。
3.金属晶体熔点的变化规律
(1)金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，自由电子越多，金属键越强，金属晶体的熔点越高。如K＜Na＜Mg＜Al，Li ＞Na＞ K＞Rb。
(2)一般合金的熔点低于成分金属的熔点。
(3)金属晶体熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁等金属熔点很高(1 535 ℃)。
4.金属晶体的结构与金属性质的关系
（1）导电性：在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子的移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。
（2）导热性：自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属阳离子。自由电子在热的作用下与金属阳离子频繁碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
（3）延展性：大多数金属都有较好的延展性，在加工时可以被压成薄片或拉成细丝，制成各种材料和器具。金属的延展性可以从金属晶体的结构特点加以解释。当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，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，所以金属一般都有良好的延展性。
纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，因此合金比纯金属的延展性要差。
（4）颜色：由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子可以吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。而金属在粉末状态时，金属的取向杂乱，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
归纳总结：
二、金属晶体的堆积方式
1.二维空间的堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式——非密置层和密置层(如下图所示)。
(1)晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。分析上图非密置层的配位数是4，密置层的配位数是6。
(2)密置层放置，平面的利用率比非密置层的要高。
2.三维空间的堆积模型
(1)非密置层在三维空间堆积
①简单立方堆积
将非密置层球心对球心地垂直向上排列，这样一层一层地在三维空间里堆积，就得到简单立方堆积(如下图所示)。
金属晶体的堆积方式——简单立方堆积
这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含一个原子，这种堆积方式的空间利用率为52%，配位数为6，这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。
②体心立方堆积
非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积，如下图所示。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式，这种堆积方式又称钾型堆积。
金属晶体的堆积方式——体心立方堆积
这种堆积方式可以找出立方晶胞，空间利用率比简单立方堆积高得多，达到68%，每个球与上、下两层的各4个球相接触，故配位数为8。
(2)密置层在三维空间堆积
密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式——六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为12，空间利用率均为74%，但所得晶胞的形式不同(如下图所示)。
六方最密堆积 面心立方最密堆积
①六方最密堆积
六方最密堆积如下图所示，重复周期为两层，按ABABABAB……的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密置层六方晶胞，称为六方最密堆积， Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式。
②面心立方最密堆积
面心立方最密堆积如上图所示，按ABCABCABC……的方式堆积。由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采用此类堆积方式。
归纳总结：
(1)堆积原理
组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
(2)常见的堆积模型
堆积模型
采纳这种堆积的典型代表
晶胞
配位数
空间利用率
每个晶胞所含原子数
非
密
置
层
简单
立方
堆积
Po(钋)
6
52%
1
体心立
方堆积
Na、K、Fe
8
68%
2
密
置
层
六方最
密堆积
Mg、Zn、Ti
12
74%
2
面心立
方最密
堆积
Cu、Ag、Au
12
74%
4
三、混合晶体——石墨
1.结构特点——层状结构
(1)同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p电子可在整个平面中运动。
(2)层与层之间以范德华力相结合。
2.晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。
归纳总结：
石墨的性质
(1)导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个碳原子平面上运动，比较自由，相当于金属中的自由电子，类似金属键的性质，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性：石墨层间作用力为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性，因而可以作润滑剂、铅笔芯等。
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