《金属键_金属晶体》课件（苏教版选修3）

专题3 微粒间作用力与物质性质 金属元素在周期表中的位置及原子结构特 征 TiTi 金属样品 已学过的金属知识 金属的分类 按密度分 重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等 冶金工业 黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分 常见金属：铁、铝等 稀有金属：锆、钒、钼 4.5g/cm3 教科书 P32 1.非金属原子之间通过共价键结合成单质或化 合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合 形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原 子之间是采取怎样的方式结合的呢？ 2.你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金属为 什么具有这些物理性质吗? 金属键与金属的特性 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？ 金属能导电又说明了什么？ 说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有 导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电 子。 课前自主学案自主学习自主学习 一、金属键键和金属特性 1金属键键 (1)金属阳离子和自由电电子的形成 金属原子的部分或全部_受原子核的束 缚缚比较较_，在金属晶体内部，它们们可以从原子 上“_”下来，形成自由流动动的_。金属 原子失去部分或全部_形成_ 。 外围电围电 子 弱 脱落电电子 外围电围电 子 金属阳离子 概念 _与_之间间强烈的相互作用称为为金属 键键。 金属阳离子自由电电子 根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素 金属Na MgAlCr 原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1 原子半径/pm186160143.1124.9 原子化热/kJmol-1108.4146.4326.4397.5 熔点/97.56506601900 部分金属的原子半径、原子化热和熔点 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱又 可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全气 化成相互远离的气态原子时吸收的能量。 有的金属软如蜡,有的金属硬如钢;有 的金属熔点低,有的金属熔点高,为什 么? (2)影响金属键强弱的因素 金属元素的原子半径 单位体积内自由电子的数目 一般而言： 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数 目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越 高。 如：NaMgAl金属键大小顺序 。 (3)金属键对物质性质影响 金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。 如： 同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自 由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大； 同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自 由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。 金属晶体熔点差别很大 2. 金属的物理性质 具有金属光泽,能导电,导热,具有良好 的延展性,金属的这些共性是有金属晶体中 的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的 （1）导电性 （2）导热性 （3）延展性 （1）导电性 通常情况，金属内部自由电电子的运动动无方向性， 在外加电场电场 作用下，自由电电子在金属内部将会 发发生_运动动，形成电电流。所以金属具有导电 性。 定向 (2)导热导热 性 金属受热时热时 ，_与_碰撞频频率增 加，_把能量传给传给 _。从而把能 量从温度_的区域传传到温度_的区域。 (3)延展性 自由电电子与金属阳离子之间间的作用没有_。 在外力作用下，金属原子间发间发 生相对对滑动时动时 ，各 层层金属原子间间保持_的作用，不会_。 金属阳离子自由电电子 自由电电子金属阳离子 高低 方向性 金属键键改变变 金属的延展性 自由电子 +金属离子金属原子 错位 + + + + + + + + + + + + + + 总 结 金属键的概念 运用金属键的知识解释金属的物理 性质的共性和个性 影响金属键强弱的因素 1.下列有关金属键的叙述错误的是 ( ) A. 金属键没有方向性 B. 金属键是金属阳离子和自由电子之间存在 的强烈的静电吸引作用 C. 金属键中的电子属于整块金属 D. 金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 B 练 习 金属元素在周期表中的位置及原子结构特 征 TiTi 金属样品 2. 金属的下列性质与金属键无关的是( ) A. 金属不透明并具有金属光泽 B. 金属易导电、传热 C. 金属具有较强的还原性 D. 金属具有延展性 C 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可吸收所有频率的光，然 后很快释放出各种频率的光，因此绝大多 数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些 金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸 收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取 向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后 辐射不出去，所以成黑色。 金属的特点 常温下，单质都是固体，汞 (Hg)除外； 大多数金属呈银白色，有金属 光泽，但 金(Au)色，铜(Cu)色， 铋(Bi) 色，铅(Pb) 色。 黄 红 微红 蓝白 3. 金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子 数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关 ，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下 列金属熔点逐渐升高的是( ) A. Li Na K B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na Mg B 黄铁矿 萤 石 水晶绿色鱼眼石 金属晶体 一、 晶体 1、定义 通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固 体叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其合金 也是晶体。 阅读教科书P34 化学史话人类对晶体结构的认识 （1）构成微粒金属阳离子、自由电子 （2）微粒间作用金属键 2、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞 金属晶体金属晶体 金属晶体 晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小 部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位 。 晶胞与晶体 砖块与墙 蜂室与蜂巢 在金属晶体中，由于金属键没有方向性，金属原子如同半 径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶 体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。 金属元素在周期表中的位置及原子结构特 征 TiTi 金属样品 2. 金属的下列性质与金属键无关的是( ) A. 金属不透明并具有金属光泽 B. 金属易导电、传热 C. 金属具有较强的还原性 D. 金属具有延展性 C 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可吸收所有频率的光，然 后很快释放出各种频率的光，因此绝大多 数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些 金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸 收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取 向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后 辐射不出去，所以成黑色。 密堆积的定义: 密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力 等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总 是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密 度最大的那些结构。 密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽 可能降低，而结构稳定。 金属晶体 金属原子自由电子 等径圆球的密堆积等径圆球的密堆积 (2) 三维空间堆积方式 . 简单立方堆积 Na、K、Cr、Mo、W等. 体心立方堆积 非密置层的另一种堆积 是将上层金属原子填入 下层的金属原子形成的 凹穴中 密置层：密置层：3 3个小球形成一个三角形空隙，两个小球形成一个三角形空隙，两 种空隙。种空隙。 一种：一种： 另一种：另一种： 第一层 ： 密置堆积 1 2 3 45 6 第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一 样的 ) 1 2 3 45 6 AB ， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种 最紧密的堆积方式。 上图是此种六方 堆积的前视图 A B A B A 第一种： 将第三层球对准第一层的球 1 2 3 45 6 于是每两层形成一个周 期，即 AB AB 堆积方式 ，形成六方堆积。 III.六方堆积 镁、锌、钛等 六方最密堆积分解图 配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 ) （1）ABAB堆积方式 （2）ABCABC堆积方式 第三层小球对准第一层小球空穴的第三层小球对准第一层小球空穴的2 2、4 4、6 6位位。 第四层同第一层。第四层同第一层。 每三层形成一个周期地每三层形成一个周期地紧密堆积紧密堆积。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B A B C A 1 2 3 4 5 6 前视图前视图 C IV. ABCABCABCABC堆积方式堆积方式 面心立方 （铜型） 金属晶体的原子空间堆积模型4 此种立方紧密堆积的前视图 配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ) 面心立方堆积金、银、铜、铅等 A BA B C C B C A ABC ABC 形式的堆积， 为什么是面心立方堆积？ 我们来加以说明。 面心立方 B C A 面心立方最密堆积分解图 堆积积模型 采纳这纳这 种堆 积积的典型代 表 空间间 利用率 配位数晶胞 非密 置层层 简单简单 立 方堆积积 Po(钋钋)52%6 体心立 方堆积积 Na、K、Cr 、Mo、W 68%8 2、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞 堆积积模型 采纳这纳这 种堆积积 的典型代表 空间间 利用率 配位数晶胞 密 置 层层 六方最 密堆积积 Mg、Zn、Ti74%12 面心立 方最密 堆积积 Cu、Ag、Au Pb 74%12 2. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值) 顶点占1/8 棱上占1/4 面心占1/2体心占1 2.晶胞中微粒数的计算 在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的 为2个晶胞共有。 微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体 心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：81/8 + 1 = 2 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点-1/8 棱-1/4 面心-1/2 体心-1 (1)体心立方： (2)面心立方： (3)六方晶胞： a a r r o r r 提示： 数出面心立方中的铜的个数： 2. 某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面 心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可 以划出一块正立方体的结构单元，金属原子 处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试 计算这类金属晶体中原子的空间利用率。 合金 (1)定义：把两种或两种以上的金属(或金 属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物 质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌 33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡 22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故 合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混 合物。 (2) 合金的特性 合金的熔点比其成分中金属 (低， 高，介于两种成分金属的熔点之间；) 具有比各成分金属更好的硬度、强度和 机械加工性能。 低 教科书P37 拓展视野 练 习 A 3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾 50% 80%)为液体，而钠钾的单质均 为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三 种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁 B. 纯铁 C. 碳 D. 无法确定 1. 最近发现一种由某金属原子M和非金 属原子N构成的气态团簇分子，如图所 示顶角和面心的原子是M原子，棱的 中心和体心的原子是N原子，它的化学 式为( ) A BMN C D条件不够，无法写出化学式 C 练 习 资料 金属之最 熔点最低的金属是- 汞 -38.87 熔点最高的金属是- 钨 3410 密度最小的金属是- 锂 0.53g/cm3 密度最大的金属是- 锇 22.57g/cm3 硬度最小的金属是- 铯 0.2 硬度最大的金属是- 铬 9.0 最活泼的金属是- 铯 最稳定的金属是- 金 延性最好的金属是- 铂铂丝直径： mm 展性最好的金属是- 金金箔厚： mm 晶体的概念 晶体：具有规则几何外形的固体。 晶体为什么具有规则的几何外形呢? 构成晶