金属键金属晶体课件

1、*已学过的金属知识已学过的金属知识金属的分类金属的分类按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm3金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属样品金属样品 金属的特点金属的特点常温下，单质都是固体，汞常温下，单质都是固体，汞(Hg)除外；除外；大多数金属呈银白色，有金属光大多数金属

2、呈银白色，有金属光泽，但泽，但金金(Au)色，铜色，铜(Cu)色，色，铋铋(Bi) 色，铅色，铅(Pb) 色。色。 黄黄 红红 微红微红 蓝白蓝白 大家都知道晶体有固定的几何外形、大家都知道晶体有固定的几何外形、有固定的熔点，水、干冰等都属于分子有固定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠晶体，靠范德华力范德华力结合在一起，金刚石结合在一起，金刚石等都是原子晶体，靠等都是原子晶体，靠共价键共价键相互结合，相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠晶体呢？它们又是靠什么作用结合什么作用结合在一在一起的呢？起的呢？（1）定义：定义：金属阳离子和自

3、由电子之间的强烈的相互作用。金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。（2）形成）形成 成键原因：成键原因：金属原子的电离能较低，易失金属原子的电离能较低，易失去电子而形成金属阳离子和自由电子，金去电子而形成金属阳离子和自由电子，金属阳离子通过共同吸引自由电子而结合在属阳离子通过共同吸引自由电子而结合在一起。一起。 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）特点）特点: 无方向性、无饱和性无方向性、无饱和性1.1.金属键金属键（4）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

4、位体积内自由电子的数目（所带电荷数）单位体积内自由电子的数目（所带电荷数）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，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。

5、自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。 （5 5）描述金属键的最简单的理论是）描述金属键的最简单的理论是“电子气电子气”理论理论. . 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的价电子形成遍布整块晶体的“电子气电子气”. .这些这些电子不是专属于某几个特定的金属离子电子不是专属于某几个特定的金属离子, ,而是而是均匀分布于整个晶体中均匀分布于整个晶体中, ,被所有原子共用被所有原子共用, ,从而从而把所有的金属原子维系在一起把所有的金属原子维系在一起. .金属原子则金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”中中.

6、 .2、金属晶体（1）定义：通过金属键形成的晶体 构成粒子：金属阳离子和自由电子 特点：金属阳离子被自由电子包围 注意：金属晶体中不存在单个分子（2）物理性质： 良好的导电性、导热性、延展性、 具有金属光泽、熔沸点及其密度有高有低【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？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电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以金属容易导电。金属容易导电。晶体类型晶体类型

7、离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系、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）金属晶体结构与金属导电性的关系【讨论讨论2 2】金属为什么易导热？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，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，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里

8、的自由电子能量增加，运动速度加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。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与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金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。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）金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键

9、的断裂，因而难以锻压成型，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，发生形变也作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。不易断裂。（3）金属晶体结构与金属延展性的关系）金属晶体结构与金属延展性的关系金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+ + + + + + +相对滑动相对滑动（4 4）金属晶体结

10、构具有金属光泽和颜色）金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。

11、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、硬度与金属的熔点、硬度与金属键的强弱金属键的强弱有关有关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; ;有的金有的金属熔点低属熔点低, ,有的金属熔点高有的金

12、属熔点高, ,为什么为什么? ?4.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系属键的强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535 2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：、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，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子

13、越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱但金属性越弱如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs1.1.下列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. A. 金属键没有方向性金属键没有方向性 B. 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. 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. 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2.2.

14、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. 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. 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中一定显正化合价 C. 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. 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

15、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AC5. 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

16、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 B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na MgB7 7下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分

17、子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键B5、金属晶体的原子堆积方法 二维平面堆积方式二维平面堆积方式 密置堆积、非密置堆积密置堆积、非密置堆积 三维空间堆积方式三维空间堆积方式 非密置层堆积非密置层堆积-简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积体心立方堆积 密置层堆积密置层堆积-六方最密堆积六方最密堆积 面心立方最密堆积面心立方最密堆积 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

18、方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积1 1、简单立方堆积、简单立方堆积 钋钋P PO O型型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等属于体等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体心立方堆积体心立方堆积 钾型钾型配位数：配位数：8空间占有

19、率：空间占有率：68.02%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

20、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 六方密堆积六方密堆积六方最密堆积六方最密堆积A3：金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型3 3六方堆积方式的金属晶体：六方堆积方式的金属晶体：Mg、Zn、Ti 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。123456123456123456123456此种立

21、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 面心立方面心立方 （铜型铜型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型4 4BCA ABC ABC ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么是面心立方堆积？ 我

22、们来加以说明。我们来加以说明。面心立方最密堆积分解图镁型，六方堆积镁型，六方堆积铜型，面心立方堆积铜型，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晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平

23、均值平均值)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1晶胞结构如图所示，则顶点上原子被晶胞结构如图所示，则顶点上原子被_个晶胞共有个晶胞共有,侧棱上的原子被侧棱上的原子被_个晶胞所个晶胞所共有，共有，顶面棱上的原子被顶面棱上的原子被_个晶胞所共个晶胞所共有有思考思考:如果晶胞结构为六棱柱如果晶胞结构为六棱柱,结果如何结果如何? 12 6 42.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

24、/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

25、)六方晶胞：六方晶胞：合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故）；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金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。合物。(2) (2) 合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成

26、分中金属 (低，低， 高，介于两种成分金属的熔点之间；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、强度和具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。机械加工性能。 低低1. 右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习8 1/8 +1=212 1/6+2 1/2 + 3 = 62. 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和非金和非金属原子属原子N构成的气态团簇分子，如图所构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是示顶角和面心的原子是M原子，棱的原子，棱的中心和体心的原子是中心和体心的原子是N原子，它的化学原子，它的化学式为式为( )A BMNC D条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC练 习金晶体的最小重复单元金晶体的最