金属键金属晶体

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 第一部分金属键与金属特性 金属的分类 按密度分 冶金工业 按储量分 4 5g cm3 一 金属键与金属特性 金属键概念 金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用 金属键 金属键的本质 静电作用 根据金属的用途和日常生活经验 金属有哪些的物理性质 金属物理性质 容易导电 导热 有延展性等 不同的金属有不同的熔沸点 硬度也不相同 通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的 但在外加电场的作用下会定向移动形成电流 所以金属具有导电性 1 导电性 2 导热性 由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分 从而使整块金属达到相同的温度 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 金属键的强弱可用金属的原子化热来衡量 金属的原子化热是指 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 单位 kJ mol 影响金属键的因素 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 观察下表 思考金属的原子化热与什么因素有关 其可能会影响金属的什么性质 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 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 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 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 第二部分金属晶体与堆积方式 具有规则几何外形的固体 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元 NaCl晶胞 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 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 思考 钠的晶胞里 含多少原子 2 4 思考 铜的晶胞里 含多少原子 如某晶体是右图六棱柱状晶胞 12 1 6 2 1 2 3 6 顶端原子一般只计算面上原子一般只计算内部原子一般计算成则此晶胞中含原子 六方晶胞 1 6 1 2 1 体心立方 简单立方 面心立方 四种堆积方式 最常见的堆积为后三种 六方堆积 理解金属晶体中原子的堆积方式 六方堆积 面心立方堆积 体心立方堆积 立方堆积 钾型 铜型 钋型 镁型 金属晶体的空间利用率 空间利用率 晶胞中原子的体积 晶胞的体积 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 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 AB 1 1183K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示 1183K以上转变为图2所示结构的基本结构单元 在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同 1 在1183K以下的纯铁晶体中 与铁原子等距离且最近的铁原子数为 个 在1183K以上的纯铁晶体中 与铁原子等距离且最近的铁原子数为 8 12 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 汞 熔点 38 72 钨 熔点3380 熔点最低的金属是 熔点最高的金属是 密度最小的金属是 密度最大的金属是 硬度最小的金属是 硬度最大的金属是 延展性最好的金属是 最活泼的金属是 最稳定的金属是 锂 密度0 534克 厘米3 锇 密度22 59克 厘米3 铯 铬 金 铯 金 资料 金属之最 导电性最好的金属是 银 2 最近发现一种由某金属原子M和非金