最新金属键金属晶体上课课件

1、专题专题3 3 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质分析：分析： 通常情况下，金属原子的部分或全通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可以从金属晶体内部，它们可以从金属原子上金属原子上“脱落脱落”下来的价电子，形成自由流动下来的价电子，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，是均匀分布于整个晶体定的金属离子，是均匀分布于整个晶体中。中。 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？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？金属能导电又

2、说明了什么？说明金属晶体中存在着强烈的相互作用说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有金属具有导电性导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。子。（1）定义：定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。（2）形成）形成 成键微粒成键微粒: 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 存存 在在: 金属单质和合金中金属单质和合金中（3）方向性）方向性: 无方向性无方向性1.1.金属键金属键2. 2. 金属的物理性质金属的物理性质 具有金属光泽具有金属光泽, ,能导电能导电, ,导热导热, ,具有良好具有良好的延

3、展性的延展性, ,金属的这些共性是有金属晶体中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。的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的。（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性 通常情况下金属晶体内部电子的运动是自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由流动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流移动形成电流, ,所以金属具有导电性。所以金属具有导电性。（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性 金属容易导热，是由于自由电子运动时金属容易导热，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与金属离子碰撞把能量从温度

4、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低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。温度。（3）延展性）延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间金属晶体中由于金属离子与自由电子间的的相互作用没有方向性相互作用没有方向性，各原子层之间发生，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而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂, ,因此在一定强度的外力作用下因此在一定强度的外力作用下, ,金属可以发金属可以发生形变生形变, ,表现为良好的表现为良好的延展性延展性。共共性性金属晶体与性质的关系金属晶体与性质

5、的关系导电性导电性导热性导热性延展性延展性在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流而形成电流由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子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部分，从而使整块金属达到相同的温度由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键

6、的作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂不断裂根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属金属na mgalcr原子外围电子排布原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kjmol-1108.4146.4326.4397.5熔点熔点/97.56506601900部分金属的原子半径、原子化热和熔点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，金属键的强弱金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱

7、又可以用原子化热来衡量。原子化热是指又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。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软如蜡,有的金属硬如钢有的金属硬如钢;有有的金属熔点低的金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什为什么么?影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素（1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目一般而言：一般而言： 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电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，

8、子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。熔、沸点越高。 如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积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。自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。总总 结结金属键的概念金属键的概念运用金属键的知识解释金属的物理性运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性质的共性和个性影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素1.下列

9、有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ( ) a. 金属键没有方向性金属键没有方向性 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的强烈的静电吸引作用 c. 金属键中的电子属于整块金属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金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关b练练 习习2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是下列有关金属元素特性的叙述正确的是 ( ) a. 金属原子只有还原性金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性金属离子只有氧化性 b. 金属元素在化合物中一定显正化合价金属元素在化合物

10、中一定显正化合价 c. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同金属元素在不同化合物中化合价均不相同 d. 金属元素的单质在常温下均为晶体金属元素的单质在常温下均为晶体b3. 金属的下列性质与金属键无关的是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金属不透明并具有金属光泽 b. 金属易导电、传热金属易导电、传热 c. 金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性 d. 金属具有延展性金属具有延展性c4.能正确描述金属通性的是能正确描述金属通性的是 ( ) a. 易导电、导热易导电、导热 b. 具有高的熔点具有高的熔点 c. 有延展性有延展性 d. 具有强还原性具有强还原性ac

11、5. 下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （ ） a. 用铁制品做炊具用铁制品做炊具 b. b. 用金属铝制成导线用金属铝制成导线 c. c. 用铂金做首饰用铂金做首饰 d. d. 铁易生锈铁易生锈d6. 金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，价电子的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，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金属熔点逐渐升高的是( ) a. li na k

12、 b. na mg al c. li be mg d. li na mgb黄铁矿黄铁矿萤萤石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石晶体的概念晶体的概念晶体：晶体：具有规则几何外形的固体。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晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排列的结果.晶胞晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位反映晶体结构特征的基本重复单位.晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。1. 晶体晶体(1)(1)定义定义: :通过结晶过程形成的具有规则几何通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。外形的固体叫晶体

13、。 通常情况下，大多数金属单质及其通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。合金也是晶体。阅读教科书阅读教科书p30的化学史话的化学史话 人类对晶体结构的认识人类对晶体结构的认识金属金属晶体晶体2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？ 晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位单位 说明：说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积

14、成晶体。金属晶体中金样，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属原子的紧密堆积是有一定规律的。金属晶体金属晶体1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞金属晶体的堆积方式和对应的晶胞教科书教科书 p31p31二维平面堆积方式二维平面堆积方式i i 型型ii ii 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层三维空间堆积方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，空间利用率较低5252 ，金，金属钋（属钋（popo）采取这种

15、堆积方式。）采取这种堆积方式。这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属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原子形成的凹穴中, ,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。nana、k k、crcr、momo、w w等等属于体属于体心立方堆积心立方堆积。. 体心立方堆积体心立方堆积第一层第一层 ：123456 第二层第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的 )123456ab， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有

16、两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ababa 第一种：第一种： 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 ab ab 堆积方堆积方式，形成六方堆积。式，形成六方堆积。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ). .六方堆积六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第

17、一层的的 2 2，4 4，6 6 位，不同位，不同于于 ab ab 两层的位置，这是两层的位置，这是 c c 层。层。123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图abcaabc 第四层再排第四层再排 a，于是形成，于是形成 abc abc 三层一个周期。三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位数配位数 12 12 ( ( 同层同层 6 6， 上下层各上下层各 3 ) 3 ) .面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数=6

18、空间利用率空间利用率=52.36%体心立方堆积体心立方堆积体心立方晶胞体心立方晶胞配位数配位数=8空间利用率空间利用率=68.02%六方堆积六方堆积六方晶胞六方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结2. 晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(均摊法均摊法)顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占12.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共

19、有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞： 最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子m和非金属和非金属原子原子n构成的物质，如图所示顶角和构成的物质，如图所示顶角和面心的原