金属键、金属晶体

微粒间作用力与物质性质,金属键 金属晶体,*,金属元素在周期表中的位置及原子结构特征,一、初步感知，引入新课,Ti,金属样品,已学过的金属知识,金属的分类,按密度分,冶金工业,按储量分,4.5g/cm3,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,归纳：金属还有哪些共同的物理性质?,金属的物理性质 具有金属光泽,能导电,导热,具有良好的延展性,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,（1）导电性 （2）导热性 （3）延展性,分析：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，在金属晶体内部，它们可以从金属原子上“脱落”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定的金属离子，是均匀分布于整个晶体中。金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，化学上把这种金属离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。,思考：金属为什么具有这些物理性质吗?,二、认真探究，掌握规律,1.定义： 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。,2.形成 成键微粒: 金属阳离子和自由电子 存 在: 金属单质和合金中 3.方向性: 无方向性,一.金属键,【讨论1】 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。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al,水溶液或 熔融状态下,晶体状态,自由移动的离子,自由电子,比较离子晶体、金属晶体导电的区别：,二、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,【讨论2】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，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。,2、金属晶体结构与金属导热性的关系,【讨论3】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。,3、金属晶体结构与金属延展性的关系,金属的延展性,2019年7月18日星期四,14,【总结】金属晶体的结构与性质的关系,金属键,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。,根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素,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，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。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。,P33有的金属软如蜡,有的金属软如钢;有的金属熔点低,有的金属熔点高,为什么?,三.金属晶体熔点变化规律,1、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） 熔点最高的金属：钨（3410） 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： 金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大. 如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs,影响金属键强弱的因素,（1）金属元素的原子半径 （2）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。 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。,总 结,金属键的概念 运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性 影响金属键强弱的因素,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,2.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,金属离子只有氧化性 B. 金属元素在化合物中一定显正化合价 C. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同 D. 金属元素的单质在常温下均为晶体,B,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,C,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,AC,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,D,6. 金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，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( ) A. Li Na K B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na Mg,B,7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,B,美丽的晶体,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,晶体的自范性是指：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质。或者说，在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形，这称为晶体的自范性。 晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发地成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范性。 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。 晶体自范性的条件是:生长速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。 如：玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的。 晶体自范性的体现：如缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶体,得到晶体的三条途径： 1.熔融态物质凝固 2.气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华） 3.溶质从溶液中析出,一、晶体,什么叫晶体? 构成晶体的微粒：,经过结晶过程而形成的具有规则几何外形 的固体 。,离子、分子、原子,离子晶体,分子晶体,原子晶体,晶体类型,金属晶体,晶体的概念：,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.,晶胞: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。,说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。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。通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。,阅读教科书P34的化学史话“人类对晶体结构的认识”,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、原子的密堆积方式,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,三维空间堆积方式,a. 简单立方堆积,a、简单立方堆积 钋PO型,形成简单立方晶胞，空间利用率较低52 ，金属钋（Po）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原子形成的凹穴中,得到的是体心立方堆积。,Na、K、Cr、Mo、W等属于体心立方堆积。,b. 体心立方堆积,体心立方堆积 钾型,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 AB AB 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 ABC ABC 三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心立方晶胞,配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ),c.面心立方堆积,金、银、铜、铝等属于面心立方堆积,面心立方 （铜型）,空间利用率 = 74.05%,面心立方最密堆积分解图,整理:http:/www.klcfilter.com www.gd-klc.com,2.配位数：,每个小球周围距离最近的小球数,简单立方堆积：,体心立方堆积：,六方紧密堆积：,面心立方紧密堆积：,6,8,12,12,总结：金属晶体的几种典型堆积模型,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,金属Li,体心立方,六方最密堆积,面心立方最密堆积,金属Mg,金属Cu,2.晶胞中微粒数的计算,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,12,6,4,三、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,1. 右图是钠晶体的晶胞结构， 则晶胞中的原子数是 . 如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是 .,练 习,8×1/8 +1=2,12×1/6+2×1/2 + 3 = 6,金属之最,应用最广泛的金属是铁（Fe） 最稳定的金属单质是金（Au） 熔点最高的金