师：同学们，今天我们一起来学习高二化学选择性必修2第三章第三节第一课时——金属键与金属晶体。希望通过本节课的学习，大家能够：第一，知道金属晶体的结构特点，能借助金属晶体模型说明金属晶体中粒子及粒子间的相互作用；第二，能从金属原子结构的视角认识金属键的本质；第三，能从电子气理论解析金属具有导电性、导热性和延展性的原因。
通过本章第一、二节的学习，我们知道晶体的基本结构单元是晶胞，无空隙且取向相同的平行排列就形成了晶体，还认识了分子晶体、共价晶体的特点。那么金属晶体的结构有什么特点？晶体的结构与金属的通性又有什么联系呢？今天我们就以钍为例来进行研究。
我们在生活中经常接触使用金属，例如灯泡中的钨丝、门窗中的铝、食品包装中的铝箔、电缆中的铜、首饰中的金银等。不难发现，它们都有共同的物理性质：具有金属光泽、导电性、导热性以及延展性等。它们的固体能自发地呈现多面体的规则外形，在电子显微镜下可以观察到金属固体中的粒子呈现周期性的有序排列，属于晶体，称其为金属晶体。下面我们通过视频来看看金属在生成过程中所呈现的规则外形。
（播放视频）
这是铜的晶体模型，我们可以看到它的结构就像很多硬球一样，一层一层紧密地堆积。每一个原子的周围有较多相同的原子围绕着。从晶体中取出晶胞，我们可以看到铜的晶胞是面心立方型，原子位于晶胞的顶角和面上，利用均摊法可以计算出每个晶胞中含有的原子个数为(8×\frac{1}{8} + 6×\frac{1}{2} = 4)个。
那么请同学们思考一下，构成金属晶体的除了金属原子以外还有什么微粒呢？微粒间的作用力又是什么呢？这与金属原子的结构有关，因为金属原子普遍具有半径大、价电子少的特点，使得这些价电子很容易从金属原子上脱落下来，形成遍布整个晶体的电子气，被所有原子所共用，成为把所有金属原子维系在一起的作用力，这种作用力就称为金属键，而这种描述金属键本质的简单理论就称为电子气理论。这是电子气的模拟动画，请看视频。
（播放视频）
根据电子气理论可以得出金属键的定义：在金属晶体中，金属阳离子与电子气之间强烈的相互作用，就叫做金属键。由此可以总结出金属键具有以下特征：第一，电子气不是专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块固态金属中自由移动；第二，金属键既没有方向性，也没有饱和性；第三，金属键的成键粒子是金属阳离子和电子气。
根据电子气理论可总结出金属晶体的概念：金属除汞外，在常温下都是晶体，称其为金属晶体。金属晶体是由金属原子、金属阳离子以及电子气通过金属键构成的，晶胞具有层状紧密堆积特征的晶体。在金属晶体中不存在独立的单个分子或原子，跟共价晶体一样，金属晶体是一种巨分子。
下面我们来讨论几个问题。
第一，请根据表格给出的信息归纳出碱金属熔沸点递变规律，并结合原子结构特点分析递变的原因。
（展示表格，学生观察思考）
对比表格中锂、钠、钾、铷、铯金属的熔沸点数据，得到碱金属熔沸点递变规律：从锂到铯，随着原子序数递增，碱金属的熔沸点逐渐降低。这是因为碱金属的价电子数都是1，随着原子序数递增，原子半径增大，金属键作用减弱，它们由固态变成液态或变成气态需要的能量就会减少，所以熔沸点降低。
由此可总结出影响金属键的因素：金属的价电子数多少、原子半径的大小都能影响金属键的强弱。具体为原子半径越大，价电子数越少，金属键就会越弱，反之则金属键越强。而金属键的强弱能影响金属的熔沸点等物理性质。由此可知，不同的金属晶体熔沸点差异较大，这与晶体中金属键的强弱以及晶胞的类型有关系。
第二，根据电子气理论解析金属的以下通性，包括金属的导电性、导热性、延展性。
首先是关于金属的导电性。在金属晶体中，金属原子以及金属阳离子是构成晶胞的质点，脱落的价电子即电子气在整个晶体中做无序运动。我们再来看看电子气的模拟动画。
（播放视频）
在金属晶体中充满着带负电的电子气，这些电子气的运动是无序的，但是在外加电场的作用下，自由电子定向运动形成电流，这就是金属导电的本质。我们知道除了金属能导电，电解质也能导电，它们能导电的原因有什么区别呢？请同学们根据表格给出的问题做出比较。
电解质是指在水溶液或熔融状态下能够导电的化合物。电解质能导电的原因是其在水溶液或熔融状态下可以电离产生自由移动的阴阳离子，在电场的作用下，通过阴阳离子定向迁移来实现导电，所以电解质溶液导电过程通常都是氧化还原过程，是化学变化。而金属无论是固态、液态还是气态都存在电子气，无序运动的电子气在电场的作用下定向移动就是导电，这个过程是物理变化。
从理化手册中能查到有关金属的电导率数据，我们可以看到导电性最好的金属是银，然后依次是铜、金、铝。在家庭中使用的导线材料通常是铜，远程输电的电缆通常是铝导线。
第二，关于金属的导热性。电子气在金属晶体中做无序运动时，与金属原子以及金属阳离子相互碰撞，在碰撞过程中会发生能量交换。当金属的某一部分受热时，该区域获得能量，通过这种相互碰撞，将能量从温度高的区域传递到温度低的区域，最后使整块金属的温度趋于一致，这就是金属具有导热性的原因。
举个生活中的例子，比如在冬天，我们往往会感觉到金属制品比木制品更凉，原因就是当人们接触到金属制品时，金属很快就会将人体的热量传递出去，而木制品不易导热，所以当人们接触到木制品时，身体的热量不易散失。这就是冬天我们接触到金属比接触到木头感觉更凉的原因。
第三，关于金属的延展性。因为金属晶胞具有层状紧密堆积的特征，所以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，但这种相对滑动不会改变原来的排列方式，电子气也不会被破坏。而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，使得弥散在整个晶体中的电子气能把所有金属原子维系在一起，所以金属能拉伸但不易断裂，从而具有良好的延展性。
在现实生活中，很多金属制品都用到了金属的延展性。金属有延性，是指金属可以抽成细丝，例如金属钨制成钨丝就利用了金属的延性，最细的白金丝直径不过(2×10^{-7})米。金属有展性，是指金属可以压成薄片，例如金属铝制成铝箔就利用了金属的展性。延展性最好的金属是金，一两黄金压成金箔可以覆盖两个篮球场。
金属晶体的结构特点决定了金属的通性，金属的这些优良性能已经被广泛应用于生产和生活。随着科技发展，人们在研究如何更充分地利用金属通性，创造更为丰富的材料。以下就是这种研究中的一个例子。