金属键与金属晶体课件.ppt

1、第一单元第一单元 金属键金属键 金属晶体金属晶体第一课时第一课时 金属键与金属特性金属键与金属特性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 大家都知道晶体有固定的几何外形、有固大家都知道晶体有固定的几何外形、有固定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石等都是原子晶体，德华力结合在一起，金刚石等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？合在一起的呢？通常

2、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，它们可以从金属原子上金属晶体内部，它们可以从金属原子上“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。（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

3、合金中金属单质和合金中（3）方向性）方向性:无方向性无方向性一、金属键与金属的物理性质一、金属键与金属的物理性质1.1.金属键金属键判断：有阳离子必须有阴离子吗？具有金属光泽具有金属光泽,能导电能导电,导热导热,具有良好的具有良好的延展性延展性,金属的这些共性是有金属晶体中的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 2.金属的物理性质金属的物理性质阅读课本阅读课本P33，用金，用金属键理论作解释属键理论作解释 通常情况下金属晶体内部电子的通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流

4、动的，但在外加电场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作用下会定向移动形成电流 导电性导电性导电物质导电物质电解质电解质金属晶体金属晶体状状 态态导电粒子导电粒子升升 温温 时时导电能力导电能力导电本质导电本质溶液或熔融液溶液或熔融液固态或液态固态或液态阴离子和阳离子阴离子和阳离子自由电子自由电子增强增强减弱减弱电解过程电解过程自由电子的自由电子的定向移动定向移动 金属的导电性随温度的升高而下降 原因：金属内部主要是金属阳离子和自由电子,电子可以自由移动,而金属阳离子只能做很小范围的振动.当温度升高时,阳离子的振动加剧,对自由电子的定向移动产生了阻碍作用,故导电能力下降.

5、小结：小结：共共 性性金属晶体与性质的关系金属晶体与性质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

6、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金属金属Na MgAlCr熔点熔点/97.56506601900部分金属的熔点部分金属的熔点（4 4）金属的熔点的影响因素）金属的熔点的影响因素为什么金属晶体熔点差距如此巨大？为什么金属晶体熔点差距如此巨大？结论：结论：金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属的熔点高低与金属键的强弱有关。的熔点高低与金属键的强弱有关。影响金属键的强弱的因素是什么呢？影响金属键的强弱的因素是什么呢？根据下表的数据，请你总

7、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-成反比成反比（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-成正比成正比一般而言：一般而言：金属元素的原子半径越小，单

8、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。试着根据上面的结论，分析一下元素周期表中同周期、同主族金属元素的熔、沸点、硬度的变化情况？问题解决1.化学键一般有哪些？化学键一般有哪些？2.构成金属的微粒有哪些？构成金属的微粒有哪些？3.金属硬度、熔沸点高低受到什么影响？金属硬度、熔沸点高低受到什么影响？4.金属熔化需要克服什么作用力？金属熔化需要克服什么作用力？5.哪个物理量来衡量金属键的强弱？哪个物理量来衡量金属键的强弱？6.原子化热受哪些因素影响？原子化热受哪些因素影

9、响？1.下列生活中的问题，不能用下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是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.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.铁易生锈铁易生锈D7.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，的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半半径大小径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 A.Li Na K B.Na Mg Al C.Li Be

10、 Mg D.Li Na MgB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胞：晶胞：能够反映晶体结构特征的能够反映晶体结构特征的基本基本重复单元。重复单元。晶体的分类晶体的分类：原子晶体，分子晶体，离子晶体，金属晶体原子晶体，分子晶体，离子晶体，金属晶体金属晶体金属晶体晶胞：晶胞：从晶体中从晶体中“截取截取”出来具有代表性的最小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位。部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。晶胞晶胞与与晶体晶体砖块砖块与与墙墙蜂室蜂室与与蜂巢蜂巢金属晶体金属晶体金属原子通过金属键形成的晶体称金属原子通过金属键形成的晶体称为为金属晶体金属晶

11、体。主要有三种晶体类型。主要有三种晶体类型。金属原子在金属原子在平面平面上紧密放置，可有两种排列方式上紧密放置，可有两种排列方式非密置层非密置层密致层密致层探究活动探究活动1 金属晶体是金属原子在金属晶体是金属原子在三维三维空间按一定的规空间按一定的规律堆积而成的律堆积而成的探究活动探究活动2 2 非密置层排列非密置层排列的金属原子，在空间内向上紧密堆积的可能的排列。简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积体心立方堆积金属原子的空间堆积方式探究活动探究活动3 3：利用小球尝试密致层平面堆积的原子进行空间紧密堆积的可能的排列。123456在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球在一个层中，最紧密的堆积

12、方式，是一个球与周围与周围 6 6 个球相切，在中心的周围形成个球相切，在中心的周围形成 6 6 个个凹位，将其算为第一层。凹位，将其算为第一层。123456第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1 1，3 3，5 5 位。位。(或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。两种最紧密的堆积方式。下图是下图是A A3 3型六方紧型六方紧密堆积的前视图密堆积的前视图ABABA第一种是将球对准

13、第一层的球第一种是将球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积-A3型型。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)六方紧密堆积六方紧密堆积有时也从其中取三分之一，但它不是六方堆积有时也从其中取三分之一，但它不是六方堆积的晶胞的晶胞 第三层的第三层的另一种另一种排列方式，排列方式，是将球对是将球对准第一层的准第一层的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层两层的位置的位置，这是这是 C 层。层。123456123456123456123456面心立方紧密堆积的前视图面心

14、立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是于是形成形成 ABC ABC 三层一三层一个周期。个周期。得到面心立方堆得到面心立方堆积积A1型型。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)面心立方堆积面心立方堆积总结：金属原子在三围空间的堆积方式：总结：金属原子在三围空间的堆积方式：观察这四种堆积方式的观察这四种堆积方式的特点？特点？体对角线体对角线上球相切上球相切面对角线上面对角线上球相切球相切正六边形正六边形上球相切上球相切边上球均相切简单立方堆积 体心立方堆积六方堆积面心立方堆积三种典型结构面心立方最密堆积体心立方密堆积六方最密堆积常见金属Ca,Cu,

15、Au,Al,Pd,Pt,AgLi,Na,K,Ba,W,FeMg,Zn,Ti常见金属晶体的三种结构型式常见金属晶体的三种结构型式立方晶胞中粒子数的求算方法：立方晶胞中粒子数的求算方法：（1）处于）处于顶点顶点的粒子，同时为的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒个晶胞所共有，每个粒子有子有1/8属于该晶胞；属于该晶胞；（2）处于）处于棱上棱上的粒子，同时为的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个个晶胞所共有，每个粒子有粒子有1/4属于该晶胞；属于该晶胞；（3）处于）处于面上面上的粒子，同时为的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个个晶胞所共有，每个粒子有粒子有1/2属于该晶胞；属于该晶胞；（4）处于晶胞）处于晶

16、胞内部内部的粒子，则完全属于该晶胞。的粒子，则完全属于该晶胞。六方晶胞中粒子数的求算方法六方晶胞中粒子数的求算方法：（1）处于）处于顶点顶点的的12个粒子，个粒子，同时为同时为6个晶胞所共有，每个个晶胞所共有，每个粒子有粒子有1/6属于该晶胞；属于该晶胞；（2）处于）处于面上面上的的2个粒子，个粒子，同时为同时为2个晶胞所共有，每个个晶胞所共有，每个粒子有粒子有1/2属于该晶胞；属于该晶胞；（3）处于晶胞）处于晶胞内部内部的的3个粒子，个粒子，则完全属于该晶胞。则完全属于该晶胞。分析这四种堆积方式中含有的原子个数分别是多少？分析这四种堆积方式中含有的原子个数分别是多少？1个原子个原子2个个4个

17、个6个合金合金是指由两种或两种以上的金属或是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质合而成并具有金属特性的物质。合金一般是将各组分熔合成均匀的合金一般是将各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。液体，再经冷凝而制得的。合金置换过程合金置换过程1)具有超导性质的合金，具有超导性质的合金，如如Nb3Ge，Nb3Al，Nh3Sn，V3Si，NbN等等2)具有特殊电学性质的金属间化合物，具有特殊电学性质的金属间化合物，如如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用等在半导体材料用3)具有强磁性的合金物，具

18、有强磁性的合金物，如稀土元素（如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和等）和Co的化合物，具有的化合物，具有特别优异的永磁性能特别优异的永磁性能合金的特性：合金的特性：4)具有奇特吸释氢本领的合金（常称为贮氢具有奇特吸释氢本领的合金（常称为贮氢材料），材料），如如 LaNi5，FeTi，R2Mg17和和R2Ni2Mg15。(R等仅代表稀土 La，Ce，Pr，Nd或混合稀土）是一种很有前途的储能和换能材料。是一种很有前途的储能和换能材料。5)具有耐热特性的合金，具有耐热特性的合金，如如Ni3Al，NiAl，TiAl，Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2，NbBe12。ZrBe12等等

19、不仅具有很好的高温强度，并且，在高温下不仅具有很好的高温强度，并且，在高温下具有比较好的塑性具有比较好的塑性合金的特性：合金的特性：6)耐蚀的合金，如某些金属的碳化物，硼化耐蚀的合金，如某些金属的碳化物，硼化物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐蚀，若通过表面涂覆方法，可大大提高被涂蚀，若通过表面涂覆方法，可大大提高被涂覆件的耐蚀性能；覆件的耐蚀性能；7)具有形状记忆效应、超弹性和消震性的合具有形状记忆效应、超弹性和消震性的合金，如金，如 TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al等已在工业上得到应用。等已在工业上得到应用。合金的特性：合金的特性：46 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！