金属晶体金属堆积方式ppt课件

晶体结构 金属晶体 Ti 1 Ti 金属样品 2 1 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 2 金属的结构 3 1 定义 金属离子和自由电子之间的相互作用 2 成键微粒 金属阳离子和自由电子 3 键的存在 金属单质和合金中 4 方向性 无方向性 5 键的本质 电子气理论金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体的 电子气 被所有原子所共用 从而把所有的金属原子维系在一起 6 键的强弱 阳离子半径 所带电荷阳离子所带电荷多 半径小 金属键强 熔沸点高 金属键 4 组成粒子 金属阳离子和自由电子作用力 金属键 电子气理论 金属晶体 概念 金属阳离子和自由电子通过金属键作用形成的晶体 5 讨论1 金属为什么易导电 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 3 金属晶体的结构与金属性质的内在联系 金属晶体结构与金属导电性的关系 6 讨论2 金属为什么易导热 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 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 金属晶体结构与金属导热性的关系 7 讨论3 金属为什么具有较好的延展性 原子晶体受外力作用时 原子间的位移必然导致共价键的断裂 因而难以锻压成型 无延展性 而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性 各原子层之间发生相对滑动以后 仍可保持这种相互作用 因而即使在外力作用下 发生形变也不易断裂 金属晶体结构与金属延展性的关系 8 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 9 4 金属晶体熔点变化规律 熔点最低的金属 汞 常温时成液态 熔点很高的金属 钨 3410 铁的熔点 1535 一般情况下 金属晶体熔点由金属键强弱决定 金属阳离子半径越小 所带电荷越多 自由电子越多 金属键越强 熔点就相应越高 硬度也越大 如 NaMgAlLiNaKRbCs 10 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 11 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 12 二 金属晶体的原子堆积模型 13 2 金属晶体的原子在二维平面堆积模型 金属晶体中的原子可看成直径相等的小球 将等径圆球在一平面上排列 有两种排布方式 按左图方式排列 剩余的空隙较大 称为非密置层 按右图方式排列 圆球周围剩余空隙较小 称为密置层 14 二维平面堆积方式 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 配位数 4 配位数 6 15 三维空间堆积方式 简单立方堆积 非密置层的三维堆积方式 16 晶胞内原子数 配位数 空间利用率 典型金属 立方晶胞 钋 Po 52 6 1 17 Na K Cr Mo W等属于体心立方堆积 体心立方堆积 钾型 18 这是非密置层另一种堆积方式 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 体心立方堆积 钾型 晶胞内原子数 2配位数 8空间利用率 68 典型金属 K Na Fe 体心立方晶胞 19 第一层 三维空间堆积方式 密置层的三维堆积方式 20 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 21 两个密置层密置堆积 三个密置层密置堆积 六方堆积 面心立方堆积 22 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 配位数12 同层6 上下层各3 六方堆积 镁型 镁 锌 钛等属于六方堆积 23 六方最密堆积分解图 24 镁型 AB型六方最密堆积 镁型晶胞的抽取 六方晶胞 晶胞内原子数 2配位数 12空间利用率 74 典型金属 MgZnTi 25 26 此种立方紧密堆积的前视图 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 这种堆积方式可划分出面心立方晶胞 配位数12 同层6 上下层各3 面心立方堆积 铜型 金 银 铜 铝等属于面心立方堆积 27 简单立方堆积 体心立方堆积 体心立方晶胞 六方堆积 六方晶胞 面心立方堆积 面心立方晶胞 堆积方式及性质小结 28 2 晶胞中金属原子数目的计算 平均值 29 顶点占1 8 棱上占1 4 面心占1 2 体心占1 30 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 31 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 32 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 33 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 34 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 35 石墨晶体结构 知识拓展