1、 金属样品 思考1:从上述金属的应用来看,金属有 哪些共同的物理性质呢? 思考2:金属为什么具有这些共同性质呢? 思考题 一、金属共同的物理性质 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等 二、金属的结构 1、电子气理论:由于金属原子的最外层电子数较少,容易失 去电子成为金属离子,金属原子释放出的价电子不专门属于某 个特定的金属离子,而为许多金属离子所共有, 并在整个金属中自由运动,这些电子又称为自由 电子.自由电子几乎均匀分布在整个晶体中,像 遍布整块金属的“电子气”,从而把所有金属 原子维系在一起。 组成粒子:金属阳离子和自由电子 2、金属键:金属离子和自由电子之间的强烈 的相互作用叫做金属键(电子气理论) 3、金属晶体:通过金属键结合形成的单质 晶体。金属单质和合金都属于金属晶体 微粒间作用力:金属键 特征:金属键可看成是由许多原子共用许多电子 的一种特殊形式的共价键,这种键既没有方向性 ,也没有饱和性,金属键的特征是成键电子可以 在金属中自由流动,使得金属呈现出特有的属性 4、电子气理论对金属的物理性质的解释 在金属晶体中,充满着带负电的“电子气”(自由 电子),这些电子气的运动是
2、没有一定方向的,但 在外加电场的条件下,自由电子定向运动形成电流 ,所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同, 导电性最强的三种金属是:Ag、Cu、Al 金属导电性的解释 晶体类型电解质金属晶体 导电时的状态 导电粒子 导电时发生的变化 导电能力随温度的 变化 水溶液或 熔融状态下 晶体状态 自由移动的离子 自由电子 思考:电解质在熔化状态或溶于水能导电, 这与金属导电的本质是否相同? 化学变化 物理变化 增强减弱 “电子气”(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“电子气”(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 。“电子气”(自由电子)在热的作用下与金属原子 频繁碰撞从而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。 金属导热性的解释 当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就 会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,弥 漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠 之间润滑剂的作用,所以在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
3、不易断裂。因此,金属都有 良好的延展性。 金属延展性的解释 自由电子 +金属离子金属原子 错位 + + + + + + + + + + + + + + 4、熔点和沸点 金属原子价电子越多,原子半径越小, 金属离子与自由电子的作用力就越强,晶体 的熔沸点就越高,反之越低。 思考:为什么碱金属单质的熔沸点从上到下 逐渐降低,而卤素单质的熔沸点从上到下却 逐渐升高? 三、金属晶体的原子堆积模型 1、几个概念 u紧密堆积:微粒之间的作用力使微粒间尽 可能的相互接近,使它们占有最小的空间 u配位数:在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数 u空间利用率:晶体的空间被微粒占满的体 积百分数,用它来表示紧密堆积的程度 2、金属晶体的原子在二维平面堆积模型 金属晶体中的原子可看成直径相等的小球 。将等径圆球在一平面上排列,有两种排布 方式,按(b)图方式排列,圆球周围剩余空 隙最小,称为密置层;按(a)图方式排列, 剩余的空隙较大,称为非密置层。 (a)非密置层 (b)密置层 3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型 简单立方堆积(Po) 简单立方堆积 体心立方堆积钾型(碱金属) 体心立方堆积 配位数:8
4、镁型铜型 1 2 3 45 6 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 ) 1 2 3 45 6 AB , 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。 下图是此种六方 紧密堆积的前视图 A B A B A 第一种是将球对准第一层的球。 1 2 3 45 6 于是每两层形成一个周期, 即 AB AB 堆积方式,形成 六方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6,上下层各 3 ),空间利用率为74% 3、镁型 第三层的另一种排列方式, 是将球对准第一层的 2,4, 6 位,不同于 AB 两层的位 置,这是 C 层。 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 第四层再排 A,于是形 成 ABC ABC 三层一个周 期。 得到面心立方堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6, 上下层各 3 ) 面心立方:铜型 B C A 堆积积 模型 采纳这纳这 种堆积积 的典型代表 空间间利 用率 配位数晶胞 简单简单 立方 52%6 钾钾型 (bcp) K、Na、Fe68%8 镁镁型 (hcp) Mg、Zn、Ti74%12 铜铜型 (ccp) Cu, Ag, Au74%12 Po (钋) 1下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 ( ) A金属元素的原子只有还还原性,离子只有氧 化性 B金属元素在化合物中一定显显正价 C金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D金属单质的熔点总是高于分子晶体 能力训练 2、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面 心立方的形式紧密堆积,即在晶体结构中可 以划出一块正立方体的结构单元,金属原子 处于正立方体的八个顶点和 六个侧面上,试计算这类金 属晶体中原子的空间利用率。 3、已知金属铜为面心立方晶体,如图所示, 铜的相对原子质量为63.54,密度为8.936g/cm3 ,试求: (1)图中正方形边长 a, (2)铜的金属半径 r a a r r o r r 提示: 数出面心立方中的铜的个数
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