金屬鍵與金屬晶體

1、第一單元第一單元 金屬鍵金屬鍵 金屬晶體金屬晶體第一課時第一課時 金屬鍵與金屬特性金屬鍵與金屬特性金屬元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征金屬元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征 大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固定的熔點(diǎn)，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范定的熔點(diǎn)，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華力結(jié)合在一起，金剛石等都是原子晶體，德華力結(jié)合在一起，金剛石等都是原子晶體，靠共價鍵相互結(jié)合，那么我們所熟悉的鐵、鋁靠共價鍵相互結(jié)合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結(jié)等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結(jié)合在一起的呢？合在一起的呢？ 通

2、常情況下，金屬原子的部分或全通常情況下，金屬原子的部分或全部外圍電子受原子核的束縛比較弱，在部外圍電子受原子核的束縛比較弱，在金屬晶體內(nèi)部，它們可以從金屬晶體內(nèi)部，它們可以從金屬原子上金屬原子上“脫落脫落”下來的價電子，形成自由流動下來的價電子，形成自由流動的電子。這些電子不是專屬于某幾個特的電子。這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體中。中。（1）定義：）定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。（2）形成）形成 成鍵微粒成鍵微粒: 金屬陽離子和自由電子金屬陽離子和自由電子 存存 在在: 金屬

3、單質(zhì)和合金中金屬單質(zhì)和合金中（3）方向性）方向性: 無方向性無方向性一、金屬鍵與金屬的物理性質(zhì)一、金屬鍵與金屬的物理性質(zhì)1.1.金屬鍵金屬鍵判斷：有陽離子必須有陰離子嗎？ 具有金屬光澤具有金屬光澤, ,能導(dǎo)電能導(dǎo)電, ,導(dǎo)熱導(dǎo)熱, ,具有良好的具有良好的延展性延展性, ,金屬的這些共性是有金屬晶體中的金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學(xué)鍵和金屬原子的堆砌方式所導(dǎo)致的化學(xué)鍵和金屬原子的堆砌方式所導(dǎo)致的（1）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性（2）導(dǎo)熱性）導(dǎo)熱性（3）延展性）延展性 2. 金屬的物理性質(zhì)金屬的物理性質(zhì)閱讀課本閱讀課本P33，用金，用金屬鍵理論作解釋屬鍵理論作解釋 通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的通常情況下金

4、屬晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動是自由流動的，但在外加電場的運(yùn)動是自由流動的，但在外加電場的作用下會定向移動形成電流作用下會定向移動形成電流 導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)電物質(zhì)導(dǎo)電物質(zhì)電解質(zhì)電解質(zhì)金屬晶體金屬晶體狀狀 態(tài)態(tài)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電粒子升升 溫溫 時時導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力導(dǎo)電本質(zhì)導(dǎo)電本質(zhì)溶液或熔融液溶液或熔融液固態(tài)或液態(tài)固態(tài)或液態(tài)陰離子和陽離子陰離子和陽離子自由電子自由電子增強(qiáng)增強(qiáng)減弱減弱電解過程電解過程自由電子的自由電子的定向移動定向移動 金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而下降 原因：金屬內(nèi)部主要是金屬陽離子和自由電子,電子可以自由移動,而金屬陽離子只能做很小范圍的振動.當(dāng)溫度升高時,陽離子的振動加劇,對自由電子的定向移動產(chǎn)生

5、了阻礙作用,故導(dǎo)電能力下降. 小結(jié)：小結(jié)：共共 性性金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在外加電場的作用下，自由電子定向運(yùn)動，因在外加電場的作用下，自由電子定向運(yùn)動，因而形成電流而形成電流由于金屬晶體中自由電子運(yùn)動時與金屬離子由于金屬晶體中自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度低的碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性的，各原由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性

6、的，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍保持金屬鍵的子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍保持金屬鍵的作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而不斷裂不斷裂金屬金屬Na MgAlCr熔點(diǎn)熔點(diǎn)/97.56506601900部分金屬的熔點(diǎn)部分金屬的熔點(diǎn)（4 4）金屬的熔點(diǎn)的影響因素）金屬的熔點(diǎn)的影響因素為什么金屬晶體熔點(diǎn)差距如此巨大？為什么金屬晶體熔點(diǎn)差距如此巨大？結(jié)論：結(jié)論：金屬晶體內(nèi)部微粒之間的作用存在差異，即金屬金屬晶體內(nèi)部微粒之間的作用存在差異，即金屬的熔點(diǎn)高低與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。的熔點(diǎn)高低與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。影響金屬鍵的強(qiáng)弱的因素是什么呢？影響金屬鍵的強(qiáng)弱的因素是

7、什么呢？根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請你總結(jié)影響金屬鍵的因素根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請你總結(jié)影響金屬鍵的因素金屬金屬Na MgAlCr原子外圍電子排布原子外圍電子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半徑原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱原子化熱/kJmol-1108.4146.4326.4397.5熔點(diǎn)熔點(diǎn)/97.56506601900部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點(diǎn)部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點(diǎn)影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素（1）金屬元素的原子半徑）金屬元素的原子半徑-成反比成反比（2）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目-成正比成正比一般而言：一般而

8、言： 金屬元素的原子半徑越小，單位體積內(nèi)自由電金屬元素的原子半徑越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)目越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，子數(shù)目越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。熔、沸點(diǎn)越高。 試著根據(jù)上面的結(jié)論，分析一下元素周期表中同周期、同主族金屬元素的熔、沸點(diǎn)、硬度的變化情況？問題解決1.化學(xué)鍵一般有哪些？化學(xué)鍵一般有哪些？2.構(gòu)成金屬的微粒有哪些？構(gòu)成金屬的微粒有哪些？3.金屬硬度、熔沸點(diǎn)高低受到什么影響？金屬硬度、熔沸點(diǎn)高低受到什么影響？4.金屬熔化需要克服什么作用力？金屬熔化需要克服什么作用力？5.哪個物理量來衡量金屬鍵的強(qiáng)弱？哪個物理量來衡量金屬鍵的強(qiáng)弱？6.原子化熱受

9、哪些因素影響？原子化熱受哪些因素影響？1. 下列生活中的問題，不能用下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是金屬鍵知識解釋的是 （ ） A. 用鐵制品做炊具用鐵制品做炊具 B. 用金屬鋁制成導(dǎo)線用金屬鋁制成導(dǎo)線 C. 用鉑金做首飾用鉑金做首飾 D. 鐵易生銹鐵易生銹D7. 金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價電子數(shù)價電子數(shù)的多少有關(guān)，的多少有關(guān)，價電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽離子的價電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽離子的半半徑大小徑大小也有關(guān)，金屬陽離子的半徑越大，金屬也有關(guān)，金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是 A.

10、Li Na K B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na MgB晶體晶體：具有規(guī)則幾何外形的固體具有規(guī)則幾何外形的固體晶胞：晶胞：能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本基本重復(fù)單元。重復(fù)單元。晶體的分類晶體的分類：原子晶體，分子晶體，離子晶體，金屬晶體原子晶體，分子晶體，離子晶體，金屬晶體金屬晶體金屬晶體晶胞：晶胞：從晶體中從晶體中“截取截取”出來具有代表性的最小出來具有代表性的最小部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。晶胞晶胞與與晶體晶體磚塊磚塊與與墻墻蜂室蜂室與與蜂巢蜂巢金屬晶體金屬晶體金屬原子通過金屬鍵形

11、成的晶體稱金屬原子通過金屬鍵形成的晶體稱為為金屬晶體金屬晶體。主要有三種晶體類型。主要有三種晶體類型。金屬原子在金屬原子在平面平面上緊密放置，可有兩種排列方式上緊密放置，可有兩種排列方式非密置層非密置層密致層密致層探究活動探究活動1 金屬晶體是金屬原子在金屬晶體是金屬原子在三維三維空間按一定的規(guī)空間按一定的規(guī)律堆積而成的律堆積而成的探究活動探究活動2 2 非密置層排列非密置層排列的金屬原子，在空間內(nèi)向上緊密堆積的可能的排列。 簡單立方堆積簡單立方堆積體心立方堆積體心立方堆積金屬原子的空間堆積方式探究活動探究活動3 3： 利用小球嘗試密致層平面堆積的原子進(jìn)行空間緊密堆積的可能的排列。 12345

12、6在一個層中，最緊密的堆積方式，是一個球在一個層中，最緊密的堆積方式，是一個球與周圍與周圍 6 6 個球相切，在中心的周圍形成個球相切，在中心的周圍形成 6 6 個個凹位，將其算為第一層。凹位，將其算為第一層。123456第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1 1，3 3，5 5 位。位。( (或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的) )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。兩種最緊密的堆積方式。 下圖是下圖是A A

13、3 3型六方緊型六方緊密堆積的前視圖密堆積的前視圖ABABA第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球123456 于是每兩層形成一個周期，于是每兩層形成一個周期，即即 AB AB 堆積方式，形成六堆積方式，形成六方緊密堆積方緊密堆積-A3型型。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。 ( 同層同層 6，上下層各上下層各 3 )六方緊密堆積六方緊密堆積有時也從其中取三分之一，但它不是六方堆積有時也從其中取三分之一，但它不是六方堆積的晶胞的晶胞 第三層的第三層的另一種另一種排列方式，排列方式，是將球?qū)κ菍⑶驅(qū)?zhǔn)第一層的準(zhǔn)第一層的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 兩層兩層的位置的位置，這是這是 C

14、 層。層。123456123456123456123456面心立方緊密堆積的前視圖面心立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是于是形成形成 ABC ABC 三層一三層一個周期。個周期。 得到面心立方堆得到面心立方堆積積A1型型。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) 面心立方堆積面心立方堆積總結(jié)：金屬原子在三圍空間的堆積方式：總結(jié)：金屬原子在三圍空間的堆積方式：觀察這四種堆積方式的觀察這四種堆積方式的特點(diǎn)？特點(diǎn)？體對角線體對角線上球相切上球相切面對角線上面對角線上球相切球相切正六邊形正六邊形上球相切上球相切邊上球均相切簡單立方堆積 體心立

15、方堆積六方堆積面心立方堆積三種典型結(jié)構(gòu)面心立方最密堆積體心立方密堆積六方最密堆積常見金屬Ca,Cu,Au,Al, Pd ,Pt, AgLi,Na,K,Ba,W,FeMg,Zn,Ti常見金屬晶體的三種結(jié)構(gòu)型式常見金屬晶體的三種結(jié)構(gòu)型式立方晶胞中粒子數(shù)的求算方法：立方晶胞中粒子數(shù)的求算方法：（1）處于）處于頂點(diǎn)頂點(diǎn)的粒子，同時為的粒子，同時為8個晶胞所共有，每個粒個晶胞所共有，每個粒子有子有1/8屬于該晶胞；屬于該晶胞；（2）處于）處于棱上棱上的粒子，同時為的粒子，同時為4個晶胞所共有，每個個晶胞所共有，每個粒子有粒子有1/4屬于該晶胞；屬于該晶胞；（3）處于）處于面上面上的粒子，同時為的粒子，同

16、時為2個晶胞所共有，每個個晶胞所共有，每個粒子有粒子有1/2屬于該晶胞；屬于該晶胞；（4）處于晶胞）處于晶胞內(nèi)部內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞。的粒子，則完全屬于該晶胞。六方晶胞中粒子數(shù)的求算方法六方晶胞中粒子數(shù)的求算方法：（1）處于）處于頂點(diǎn)頂點(diǎn)的的12個粒子，個粒子，同時為同時為6個晶胞所共有，每個個晶胞所共有，每個粒子有粒子有1/6屬于該晶胞；屬于該晶胞；（2）處于）處于面上面上的的2個粒子，個粒子，同時為同時為2個晶胞所共有，每個個晶胞所共有，每個粒子有粒子有1/2屬于該晶胞；屬于該晶胞；（3）處于晶胞）處于晶胞內(nèi)部內(nèi)部的的3個粒子，個粒子，則完全屬于該晶胞。則完全屬于該晶胞。分析這四種

17、堆積方式中含有的原子個數(shù)分別是多少？分析這四種堆積方式中含有的原子個數(shù)分別是多少？1個原子個原子2個個4個個6個合金合金是指由兩種或兩種以上的金屬或是指由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)合而成并具有金屬特性的物質(zhì) 。合金一般是將各組分熔合成均勻的合金一般是將各組分熔合成均勻的液體，再經(jīng)冷凝而制得的。液體，再經(jīng)冷凝而制得的。合金置換過程合金置換過程1)具有超導(dǎo)性質(zhì)的合金，具有超導(dǎo)性質(zhì)的合金，如如Nb3Ge，Nb3Al，Nh3Sn，V3Si，NbN等等2)具有特殊電學(xué)性質(zhì)的金屬間化合物，具有特殊電學(xué)性質(zhì)的金屬間

18、化合物，如如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半導(dǎo)體材料用等在半導(dǎo)體材料用3)具有強(qiáng)磁性的合金物，具有強(qiáng)磁性的合金物，如稀土元素（如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和等）和Co的化合物，具有的化合物，具有特別優(yōu)異的永磁性能特別優(yōu)異的永磁性能合金的特性：合金的特性：4)具有奇特吸釋氫本領(lǐng)的合金（常稱為貯氫具有奇特吸釋氫本領(lǐng)的合金（常稱為貯氫材料），材料），如如 LaNi5，F(xiàn)eTi，R2Mg17和和R2Ni2Mg15。(R等僅代表稀土 La，Ce，Pr，Nd或混合稀土）是一種很有前途的儲能和換能材料。是一種很有前途的儲能和換能材料。5)具有耐熱特性的合金，具有耐熱特性的合金，如如Ni3Al，NiAl，TiAl，Ti3Al，F(xiàn)eAl，F(xiàn)e3Al，MoSi2，NbBe12。ZrBe12等等不僅具有很好的高溫強(qiáng)度，并