金屬鍵金屬晶體課件

金屬鍵金屬晶體課件第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四已學(xué)過的金屬知識金屬的分類按密度分重金屬：銅、鉛、鋅等輕金屬：鋁、鎂等冶金工業(yè)黑色金屬：鐵、鉻、錳有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬按儲量分常見金屬：鐵、鋁等稀有金屬：鋯、釩、鉬4.5g/cm3第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四金屬元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四Ti金屬樣品第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四金屬的特點(diǎn)①常溫下，單質(zhì)都是固體，汞(Hg)除外；②大多數(shù)金屬呈銀白色，有金屬光澤，但金(Au)——色，銅(Cu)——色，鉍(Bi)——色，鉛(Pb)——色。

黃紅微紅

藍(lán)白第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四

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？第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四1.非金屬原子之間通過共價鍵結(jié)合成單質(zhì)或化合物，活潑金屬與活潑非金屬通過離子鍵結(jié)合形成了離子化合物。那么，金屬單質(zhì)中金屬原子之間是采取怎樣的方式結(jié)合的呢？2.你能歸納出金屬的物理性質(zhì)嗎?你知道金屬為什么具有這些物理性質(zhì)嗎?金屬鍵與金屬的特性第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四分析：

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，在金屬晶體內(nèi)部，它們可以從金屬原子上“脫落”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定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體中。大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說明了什么？金屬能導(dǎo)電又說明了什么？說明金屬晶體中存在著強(qiáng)烈的相互作用;金屬具有導(dǎo)電性,說明金屬晶體中存在著能夠自由流動的電子。第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二.金屬鍵

描述金屬鍵的最簡單的理論是“電子氣”理論.該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”.這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子,而是均勻分布于整個晶體中,被所有原子共用,從而把所有的金屬原子維系在一起.金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”中.第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四（1）定義：

金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。（2）形成

成鍵微粒:

金屬陽離子和自由電子

存在:金屬單質(zhì)和合金中（3）方向性:無方向性1.金屬鍵第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.金屬的物理性質(zhì)

具有金屬光澤,能導(dǎo)電,導(dǎo)熱,具有良好的延展性,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（1）導(dǎo)電性（2）導(dǎo)熱性（3）延展性

第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四【討論1】金屬為什么易導(dǎo)電？在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下自由電子就會發(fā)生定向運(yùn)動，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。晶體類型離子晶體金屬晶體導(dǎo)電時的狀態(tài)導(dǎo)電粒子水溶液或

熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動的離子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系1、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱？自由電子在運(yùn)動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。2、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？

原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導(dǎo)致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。3、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四金屬的延展性自由電子+金屬離子金屬原子位錯+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四相對滑動第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四4、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。當(dāng)金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請你總結(jié)影響金屬鍵的因素金屬NaMgAlCr原子外圍電子排布3s13s23s23p13d54s1原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱/kJ·mol-1108.4146.4326.4397.5熔點(diǎn)/℃97.56506601900部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點(diǎn)

金屬的熔點(diǎn)、硬度與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬鍵的強(qiáng)弱又可以用原子化熱來衡量。原子化熱是指1mol金屬固體完全氣化成相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)原子時吸收的能量。P33有的金屬軟如蠟,有的金屬軟如鋼;有的金屬熔點(diǎn)低,有的金屬熔點(diǎn)高,為什么?第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四四.金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律1、金屬晶體熔點(diǎn)變化較大，與金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子之間的金屬鍵的強(qiáng)弱有密切關(guān)系．熔點(diǎn)最低的金屬：汞（常溫時成液態(tài)）熔點(diǎn)很高的金屬：鎢（3410℃）鐵的熔點(diǎn)：1535℃2、一般情況下，金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多，金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)就相應(yīng)越高，硬度也越大。但金屬性越弱如：KNaMgAlLiNaKRbCs﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素（1）金屬元素的原子半徑（2）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目一般而言：

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，熔、沸點(diǎn)越高。

如：同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來越高，硬度越來越大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來越低，硬度越來越小。第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四總結(jié)金屬鍵的概念運(yùn)用金屬鍵的知識解釋金屬的物理性質(zhì)的共性和個性影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四1.下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是()A.金屬鍵沒有方向性B.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用C.金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D.金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)B練習(xí)2.下列有關(guān)金屬元素特性的敘述正確的是()A.金屬原子只有還原性,金屬離子只有氧化性B.金屬元素在化合物中一定顯正化合價C.金屬元素在不同化合物中化合價均不相同D.金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體B第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四3.金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無關(guān)的是()A.金屬不透明并具有金屬光澤B.金屬易導(dǎo)電、傳熱C.金屬具有較強(qiáng)的還原性D.金屬具有延展性C4.能正確描述金屬通性的是()A.易導(dǎo)電、導(dǎo)熱B.具有高的熔點(diǎn)C.有延展性D.具有強(qiáng)還原性AC第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四5.下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是（）A.

用鐵制品做炊具B.用金屬鋁制成導(dǎo)線C.用鉑金做首飾D.鐵易生銹D6.金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價電子數(shù)的多少有關(guān)，價電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽離子的半徑大小也有關(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()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四7下列敘述正確的是（）

A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子

B．原子晶體中只含有共價鍵

C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵

D．分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)鍵B第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四美麗的晶體第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四一、晶體什么叫晶體?構(gòu)成晶體的微粒經(jīng)過結(jié)晶過程而形成的具有規(guī)則幾何外形

的固體。離子、分子、原子離子晶體分子晶體原子晶體晶體類型金屬晶體第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四晶體的概念晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢?構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)則排列的結(jié)果.晶胞:反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位.晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成晶體。第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四

說明：

晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四

通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。閱讀教科書P34的化學(xué)史話

人類對晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四原子的密堆積方式第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四密堆積的定義:密堆積：由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢能盡可能降低，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二維平面堆積方式I型II型行列對齊四球一空非最緊密排列行列相錯三球一空最緊密排列密置層非密置層第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四三維空間堆積方式Ⅰ.簡單立方堆積第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四1、簡單立方堆積釙PO型第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四形成簡單立方晶胞，空間利用率較低52％，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中,得到的是體心立方堆積。Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。Ⅱ.體心立方堆積第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四體心立方堆積鉀型配位數(shù)：8空間占有率：68.02%第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四123456第二層：對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。(或?qū)?zhǔn)2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，

關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四

上圖是此種六方堆積的前視圖ABABA

第一種：將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球123456

于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形成六方堆積。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3)Ⅲ.六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積

第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四六方密堆積第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四六方最密堆積A3：金屬晶體的原子空間堆積模型3六方堆積方式的金屬晶體：Mg、Zn、Ti第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個周期。這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3)Ⅳ.面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積

第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四面心立方（銅型）金屬晶體的原子空間堆積模型4第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四BCA

ABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？我們來加以說明。第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四面心立方最密堆積分解圖第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四鎂型，六方堆積銅型，面心立方堆積第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四簡單立方鉀型（體心立方堆積）鎂型（六方密堆積）鎂型（六方密堆積）第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四①簡單立方堆積配位數(shù)=6空間利用率=52.36%②體心立方堆積——體心立方晶胞配位數(shù)=8空間利用率=68.02%③六方堆積——六方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%④面心立方堆積——面心立方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四晶胞中金屬原子數(shù)目的計算(平均值)第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四頂點(diǎn)占1/8棱上占1/4面心占1/2體心占1第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則頂點(diǎn)上原子被______個晶胞共有,側(cè)棱上的原子被_______個晶胞所共有，頂面棱上的原子被_______個晶胞所共有思考:如果晶胞結(jié)構(gòu)為六棱柱,結(jié)果如何?1264第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.晶胞中微粒數(shù)的計算在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：12×1/6+2×1/2+3=6

在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。

微粒數(shù)為：8×1/8+6×1/2=4

在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：8×1/8+1=2長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn)：頂點(diǎn)----1/8棱----1/4面心----1/2體心----1(1)體心立方：(2)面心立方：(3)六方晶胞：第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四合金(1)定義：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四(2)合金的特性

①合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬

(低，高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；)②具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。

低第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四1.右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，則晶胞中的原子數(shù)是

.如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則晶胞中的原子數(shù)是

.鈉晶體的晶胞練習(xí)8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=6第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示．頂角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)式為()A．B．MNC