yinli3.1《金属键 金属晶体》上课用(苏教版选修3).ppt

专题3微粒间作用力与物质性质 第一单元金属键金属晶体 美丽的晶体 金属元素在周期表中的位置及原子结构特征 Ti 金属样品 已学过的金属知识 金属的分类 按密度分 冶金工业 按储量分 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 一 金属键和金属特性1 金属键 1 金属阳离子和自由电子的形成金属原子的部分或全部 受原子核的束缚比较 在金属晶体内部 它们可以从原子上 下来 形成自由流动的 金属原子失去部分或全部 形成 外围电子 弱 脱落 电子 外围电子 金属阳离子 概念 与 之间强烈的相互作用称为金属键 金属阳离子 自由电子 根据下表的数据 请你总结影响金属键的因素 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 金属内部自由电子的运动无方向性 在外加电场作用下 自由电子在金属内部将会发生 运动 形成电流 所以金属具有导电性 定向 2 导热性金属受热时 与 碰撞频率增加 把能量传给 从而把能量从温度 的区域传到温度 的区域 3 延展性自由电子与金属阳离子之间的作用没有 在外力作用下 金属原子间发生相对滑动时 各层金属原子间保持 的作用 不会 金属阳离子 自由电子 自由电子 金属阳离子 高 低 方向性 金属键 改变 金属的延展性 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 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 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 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 LiNaKB NaMgAlC LiBeMgD LiNaMg 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 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 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 二维平面堆积方式 I型 II型 行列对齐四球一空非最紧密排列 行列相错三球一空最紧密排列 密置层 非密置层 等径圆球的密堆积 展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数及空间利用率 配位数 一个原子紧密接触的原子数非密置层密置层 5 密置层 3个小球形成一个三角形空隙 两种空隙 一种 另一种 金属晶体 金属原子 自由电子 等径圆球的密堆积 2 三维空间堆积方式 简单立方堆积 形成简单立方晶胞 配位数为6 为非密置堆积 空间利用率较低 为52 金属钋 Po 采取这种堆积方式 形成简单立方晶胞 空间利用率较低 为52 讨论 A 金属原子半径r与正方体边长a的关系 a 2r 教科书P36图3 10 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 这是另一种非密置堆积方式 将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中 得到的是体心立方堆积 其配位数为8 空间利用率为68 02 体心立方堆积钾型 密置层 3个小球形成一个三角形空隙 两种空隙 一种 另一种 第一层 密置堆积 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 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 第一种 将第三层球对准第一层的球 于是每两层形成一个周期 即ABAB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2 4 6位 第四层同第一层 每三层形成一个周期地紧密堆积 A B A B C A C IV ABCABC 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 ABCABC形式的堆积 为什么是面心立方堆积 我们来加以说明 红 蓝球是同种原子 使用两种色球只是为了看清两层的关系 密置双层 A1型最密堆积 ABCABC A1型第3层球堆在正八面体空隙上 面心立方 面心立方最密堆积分解图 2 金属晶体的堆积方式和对应的晶胞 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 12 1 6 2 1 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 8 1 8 6 1 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 8 1 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 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 1 右图是钠晶体的晶胞结构 则晶胞中的原子数是 如某晶体是右图六棱柱状晶胞 则晶胞中的原子数是 练习 8 1 8 1 2 12 1 6 2 1 2 3 6 2 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 B MNC D 条件不够 无法写出化学式 C 练习 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 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 3 已知金属铜为面心立方晶体 如图所示 铜的相对原子质量为63 54 密度为8 936g cm3 试求 1 图中正方形边长a 2 铜的金属半径r a a r r o r r 提示 数出面心立方中的铜的个数 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 构成晶体的微粒