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金属晶体 Ti 金属样品 一 金属共同的物理性质 容易导电 导热 有延展性 有金属光泽等 金属为什么具有这些共同性质呢 二 金属的结构 问题 构成金属的粒子有哪些 经典的电子气理论 经典的电子气理论 组成粒子 金属阳离子和自由电子 金属离子和自由电子之间的较强作用 金属键 有阳离子而无阴离子 是金属独有的特性 作用力 金属单质中不存在单个分子或原子 经典的电子气理论 金属晶体 通过金属键作用形成的单质晶体 常温下 绝大多数金属单质和合金都是金属晶体 但汞除外 因汞在常温下呈液态 金属晶体的熔沸点差别较大 熔化时破坏的作用力 金属键 金属阳离子半径越小 所带电荷数越多 金属键越强 熔沸点越高 硬度越大 练习 下列说法错误的是 A 镁的硬度大于铝B 镁的熔沸点低于钙C 镁的硬度大于钾D 钙的熔沸点高于钾 AB 练习 下列四种有关性质的描述 可能是金属晶体的是 A 有分子间作用力结合而成 熔点很低B 固体或熔融态易导电 熔点较高C 由共价键结合成网状晶体 熔点很高D 固体不导电 熔融态也不导电 但溶于水后能导电 B 金属键的成键微粒 金属阳离子和自由电子存在于金属单质和合金中 金属键的特征 自由电子可以在整块金属中自由移动 因此金属键没有方向性和饱和性 金属键理论小结 金属键的本质 电子气理论 自由电子理论 金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的 电子气 被所有原子所共用 从而把所有的原子维系在一起 三 金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1 金属晶体结构与金属导电性的关系 在金属晶体中 存在着许多自由电子 这些自由电子的运动是没有一定方向的 但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动 因而形成电流 所以金属容易导电 导电性随温度升高而降低 水溶液或熔融状态下 晶体状态 自由移动的离子 自由电子 比较离子晶体 金属晶体导电的区别 金属容易导热 是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分 从而使整块金属达到相同的温度 2 金属晶体结构与金属导热性的关系 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞 引起两者能量的交换 当金属某部分受热时 那个区域里的自由电子能量增加 运动速度加快 通过碰撞 把能量传给金属离子 原子晶体受外力作用时 晶体中的各原子层就会发生相对滑动 但不会改变原来的排列方式 弥漫在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 所以在各原子层之间发生相对滑动之后 仍可保持这种相互作用 因而即使在外力作用下 发生形变也不断裂 因此 金属有良好的延展性 3 金属晶体结构与金属延展性的关系 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 小结 三种晶体类型与性质的比较 相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体 共价键 原子 很大 很高 无 硅为半导体 分子 分子间以范德华力相结合而成的晶体 范德华力 很低 很小 无 通过金属键形成的晶体 金属键 金属阳离子和自由电子 差别较大 差别较大 导体 金属晶体的形成是因为晶体中存在 A 金属离子间的相互作用B 金属原子间的相互作用C 金属离子与自由电子间的相互作用D 金属原子与自由电子间的相互作用 练习 C 练习 金属能导电的原因是 A 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B 金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C 金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D 金属晶体在外加电场作用下可失去电子 B 下列叙述正确的是 A 任何晶体中 若含有阳离子也一定含有阴离子B 原子晶体中只含有共价键C 离子晶体中只含有离子键 不含有共价键D 分子晶体中只存在分子间作用力 不含有其他化学键 B 练习 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低 而卤素单质的熔沸点从上到下却升高 练习 一种结晶形碳 有天然出产的矿物 铁黑色至深钢灰色 质软具滑腻感 可沾污手指成灰黑色 有金属光泽 六方晶系 成叶片状 鳞片状和致密块状 密度2 25g cm3 化学性质不活泼 具有耐腐蚀性 在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳 石墨可用作润滑剂 并用于制造坩锅 电极 铅笔芯等 知识拓展 石墨 石墨是层状结构的混合型晶体 石墨为什么很软 石墨为层状结构 各层之间是范德华力结合 容易滑动 所以石墨很软 石墨的熔沸点为什么很高 高于金刚石 石墨各层均为平面网状结构 碳原子之间存在很强的共价键 大 键 故熔沸点很高 石墨是层状结构的混合型晶体 石墨能导电的原因 这是因为石墨晶体中存在自由电子 可以在整个碳原子的平面上运动 但是电子不能从一个平面跳跃到另一个平面 所以石墨能导电 并且沿层的平行方向导电性强 这也是晶体各向异性的表现 石墨中微粒间的作用 碳原子间存在共价键和金属键 层与层之间存在范德华力 石墨是层状结构的混合型晶体 资料 金属之最 熔点最低的金属是 汞 熔点最高的金属是 钨 密度最小的金属是 锂 密度最大的金属是 锇 硬度最小的金属是 铯 硬度最大的金属是 铬 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 展性最好的金属是 金 物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性 在外力 锤击或滚轧 作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性 如金属的延展性良好 其中金 铂 铜 银 钨 铝都富于延展性 石英 玻璃等非金属材料在高温时也有一定的延展性 延性 展性 资料 四 金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性 每个金属原子中的电子分布基本是球对称的 所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的 1 理论基础 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时 在空间的排列大都遵循紧密堆积原理 这是因为金属键没有方向性 因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围 并以紧密堆积方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 2 堆积原理 紧密堆积 微粒之间的作用力 使微粒间尽可能的相互接近 使它们占有最小的空间 空间利用率 空间被晶格质点占据的百分数 用来表示紧密堆积的程度 配位数 在密堆积中 一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目 2 堆积原理 3 二维堆积 I型 II型 配位数为4 配位数为6 密置层 非密置层 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 P74图3 22 4 金属晶体基本构型 简单立方堆积 非最紧密堆积 空间利用率低 52 配位数是个 6 只有金属 Po 采取这种堆积方式 1 非密置层的堆积方式 体心立方堆积 钾型 这种堆积晶胞是一个体心立方 每个晶胞含个原子 空间利用率不高 68 属于非密置层堆积 配位数为 许多金属 如Na K Fe等 采取这种堆积方式 2 8 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 思考 密置层的堆积方式有哪些 2 金属晶体的两种最密堆积方式 镁型和铜型 镁型 铜型 镁型 第三层的另一种排列方式 是将球对准第一层每一个球 于是每两层形成一个周期 即ABAB堆积方式 下图是镁型紧密堆积的前视图 A 铜型 第三层的另一种排列方式 是将球对准第一层的2 4 6位 不同于AB两层的位置 这是C层 4 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 得到面心立方堆积 配位数12 同层6 上下层各3 下图是铜型型紧密堆积的前视图 ACBACBA 镁型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 这种堆积晶胞空间利用率高 74 属于最密置层堆集 配位数为 许多金属 如Mg Zn Ti等 采取这种堆积方式 12 平行六面体 六方紧密堆积 铜型 铜型 铜型 铜型 面心立方最密堆积 堆积方式及性质小结 简单立方堆积 体心立方密堆积 六方最密堆积 面心立方 四棱柱 体心立方 简单立方 74 74 68 52 12 12 8 6 Cu Ag Au Mg Zn Ti Na K Fe Po 简单立方 钾型 体心立方密堆积 镁型 六方最密堆积 镁型 六方最密堆积 1 下列生活中的问题 不能用金属键知识解释的是 A 用铁制品做炊具B 用金属铝制成导线C 用铂金做首饰D 铁易生锈 D 练习 2 下列物质中含有金属键的是 A 金属铝B 合金C NaOHD NH4Cl AB 练习 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