金属键金属晶体课件

金属键 关于晶体常识的思考 什么是晶体 什么是非晶体 晶体有什么特点和性质 晶体和非晶体的本质区别是什么 一 晶体的常识1 固体可分为晶体和非晶体两类晶体 具有的固体 非晶体 不具有的固体 规则的几何外形 规则的几何外形 说明 晶体自范性的本质 是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象 晶体自范性的条件之一 生长速率适当 了解晶体与非晶体的本质差异 2 晶体的分类 3 晶体形成的途径 1 熔融态物质凝固 2 气态物质冷却不经液态直接凝华 3 溶质从溶液中析出 经不同途径得到的晶体 4 晶体的特性 有规则的几何外形有固定的熔沸点各向异性 强度 导热性 光学性质等 一 金属键 电子气理论 1 定义 金属阳离子与自由电子间的强烈的相互作用 2 成键的微粒 金属阳离子和自由电子 3 特点 无方向性和饱和性 是除了离子键和共价键的另一种化学键 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 1 金属晶体结构与金属导电性的关系 用金属键理论解释金属的一些物理性质 金属为什么会导热 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 3 金属晶体结构与金属导热性的关系 金属为什么具有较好的延展性 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 4 金属晶体结构与金属延展性的关系 5 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 排列不规则 吸收可见光后辐射不出去 所以成黑色 金属键的强弱与金属熔点 硬度的关系 2 金属键的强弱 可以用金属的原子化热来衡量 金属的原子化热 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 原子化热可通过实验测量 金属原子化热越大 所以其金属键越强 但金属性越弱 影响金属键的强弱的主要因素 金属元素的原子半径 单位体积内自由电子的数目 P33表3 1 一般而言 金属元素的原子半径越小 单位体积内自由电子的数目越多 电荷密度越大 金属键越强 金属晶体的硬度越大 熔沸点越高 但金属性越弱如 金属键的比较 NaNa K Rb Cs 熔点最低的金属 汞 常温时成液态 熔点很高的金属 钨 3410 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 练习 1 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2 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 3 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 4 能正确描述金属通性的是 A 易导电 导热B 具有高的熔点C 有延展性D 具有强还原性 5 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 6 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 三 金属晶体的堆积方式 1 晶胞 晶体中重复出现的最基本的结构单元 研究晶体的结构只需研究其晶胞的结构 2 金属晶体的原子堆积方式平面内 二维空间 a 非密置层 b 密置层 3 在三维空间 将密置层和非密置层按一定的方式堆积 就得到了金属晶体的4种基本空间堆积方式 1 简单立方堆积 Po 2 体心立方堆积 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 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 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 3 六方堆积 六方密堆积 配位数12 同层6 上下层各3 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 3 面心立方堆积 配位数12 同层6 上下层各3 面心立方最密堆积分解图 总结 金属晶体的几种典型堆积模型 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 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 1 体心立方 2 面心立方 石墨晶体的层状结构 层内为平面正六边形结构 如图 试回答下列问题 1 图中平均每个正六边形占有C原子数为 个 占有的碳碳键数为 个 碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 3 4 三棱柱晶胞结构如图所示 则顶点上原子被 个晶胞共有 侧棱上的原子被 个晶胞所共有 顶面棱上的原子被 个晶胞所共有 思考 如果晶胞结构为六棱柱 结果如何 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单个金属的熔点低 具有比各成分金属更好的硬度 强度和机械加工性能 耐腐蚀性增强 练习部分1 如某晶体是右图六棱柱状晶胞 则晶胞中的原子数是 2 已知X Y Z三种元素组成的化合物是离子晶体 其晶胞如图所示 则下面表示该化合物的化学式正确的是 A ZXY3B ZX2Y6C ZX4Y8D ZX8Y12 3 金晶体