金属元素与金属材料.ppt

金属元素与金属 材料 金 属 元 素 在已知的112种元素中 有90种金属元素 工程技术术上分 黑色金属 Fe Mn Cr 有色金属 又分 重 轻轻 贵贵 稀 放 金属的分类 化学性质质上分 活泼泼金属 中等活泼泼金 属 不活泼泼金属 1 物理性质质 光泽泽 密度 熔点 导电导电 导热导热 延 2 化学性质质 金属性 是指 M ze MZ 金 属 的 性 质 展性 磁性 热胀热胀 冷缩缩 但Sb Bi相反 不同的金属 在与氧 水 酸 碱的反 应应 金属间间反应应中表现现出不同的性质质 与氧 空气 的作用 mM O2 MmOn 一般情况 s区 极易反应应 p区 反应应程度较较差 d区 4周期 高温下可反应应 5 6周期 稳稳定 钝钝化 易被钝钝化的金属有 Cr Fe Ni Zn Al Si Sn等 金属钝钝化除与本身的活泼泼性有关 还与其 如Al Cr Ni等金属是较较易与氧作用 这这是由于它们们在空气中形成的氧化膜具 氧化物膜的性质质有关 的 但是 甚至在一定的较较高温度范围围内 都是相当稳稳定的 有明显显的保护护作用 能阻止金属进进一步被 氧化 这这种作用叫钝钝化 水中b H 10 7mol kg 1 按能斯特方程式 E H H2 0 413V 高温下 Fe前金属皆可反应应 金属与H2O的反应应 M nH2O M OH n H2 若E Mn M 10 7mol kg 1 所以 若金属的E Mn M 二 三过过渡系 B特殊 密度大 属重金属 导电导电 导热导热 良好 3 化学性质 都有可变变氧化值值 间间隔1 3d5后降低 易成配合物 作中心离子 有电电子未满满的 n 1 d轨轨道 水合离子大多有色 与未对对d电电子有关 Cu2 Co3 Ni2 及其氨合物的颜颜色 部分过过渡元素水合离子的颜颜色 它们们是 KMnO4 K2Cr2O7 CoCl2 FeCl3 NiNO3 CuCl2 Cr2 SO4 3 它们们是 ZnS MnS CdS As2S3 Sb2S3 SnS2 Bi2S3 再举举一些金属的盐盐溶液 如 又如 Co H2O 6Cl2 CoClCoCl 2 2 6H2O 粉红红色 兰兰兰兰色色 其中Co2 有下列平衡 根据Co2 的这这种特性 把它用于硅胶 小制作 晴雨花 干燥剂剂 金属 特别别是过过渡金属 元素的水合离 未成对d电子数 水 合 离 子 颜 色 0 1 2 3 4 5 Ag Zn2 Cd2 Sc3 Ti4 无色 Cu2 蓝蓝色 Ti3 紫色 Ni2 绿绿色 Cr3 蓝蓝紫 Co2 粉红红 Fe2 淡绿绿 Mn2 淡红红 Fe3 淡紫 Fe2 Mn2 常无色 Fe3 常呈黄或褐色 它们为们为 什么有色 电电子构型中都有未成对对d电电子 例如 子有色的原因是由于这这些元素的离子外层层 例题 简单说简单说 明 Mg和Ti原子的最外层层都是2个电电子 为为 只有 2 什么Ti的氧化数有 2 3 4而Mg却 解 Mg的外层电层电 子构型为为3s2而Ti为为 3d24s2 化值值 d电电子可以参与反应应 所以Ti有多于 2的氧 为为何K Ca2 等都无色 而Fe Mn Ti 为为何Cr的密度 硬度 熔点都比Mg高 的离子却都有色 Cr的外层电层电 子构型为为3d54s1 价电电子多 金属键键强 所以密度 硬度 熔点高 Fe Mn Ti原子的外层电层电 子构型中都 电电子构型中则则没有未成对对d电电子 因而无色 有未成对对d电电子 而K Ca2 的原子的外层层 钛钛 轻轻 强 高 稳稳 无磁性 去 TiO2 金红红石 钛钛白粉可做白色 铬铬 硬度最大 9 熔点高 耐蚀蚀 几种重要金属及化合物 Cr2O3 铬绿铬绿 颜颜料 磨料 CrO3 铬酐铬酐 强氧化性 气剂剂 填料 2CrO42 2H HCrO4 Cr2O72 H2O Cr2O72 Cr3 K2Cr2O7 红矾钾红矾钾 是常用氧化剂剂 Cr6 的化合物皆有毒 2Cr2O72 3C2H5OH 16H 3CH3COOH 4Cr3 11H2O 检查检查 是否酒后开车车 而Cr3 的化合物毒性较较小 在溶液中与K2CrO4存在如下平衡 KMnO4不稳稳定 其分解反应应 2KMnO4 K2MnO4 MnO2 O2 g 4KMnO4 4H 4MnO2 s 2H2O 3O2 g 硬而脆 吸气 KMnO4 常用氧化剂剂 锰锰 MnO4 Mn2 KMnO4的还还原产产物与介质质有关 KMnO4 5Na2SO3 3H2SO4 2MnSO4 5Na2SO4 K2SO4 3H2O 浅粉色或无色 KMnO4 3Na2SO3 H2O MnO2 3Na2SO4 2KOH 棕色 2KMnO4 Na2SO3 2KOH 2K2MnO4 K2SO4 H2O 绿绿色 锰锰的比色分析法 分光光度法 就是根 2Mn2 14H 5BiO3 2MnO4 5Bi3 7H2O 据MnOMnO 4 4 的紫红红色来进进行鉴鉴定的 稀 土 元 素 电电子层结层结 构 B n 1 d1 ns2 Ln n 2 f1 14 n 1 d0 1 ns2 1 通性 原子和离子半径 镧镧系收缩缩 是指Ln的原子和离子半径比过过渡元素 如 57La 71Lu 15个元素半径缩 缩小14pm 55Cs 56Ba 2个元素半径缩 缩小45pm 21Sc 22Ti 缩 缩小15pm 更缓缓慢缩缩小 镧镧系收缩缩的后果是 6周期的原子半径 质质相似而有别别于一过过渡系 与5周期的十分相近 二 三过过渡系元素性 水合Ln3 离子的颜颜色 4fx与4f14 x构型的离子未成对电对电 子数相同 与未成对对4f电电子有关 如 La 4f 0 Ga 4f 7 颜颜色变变化出现现重复 因而水合离子颜颜色也相同 Lu 4f 14 Ga 4f 7 2 吸气性好 LaNi5是优优良贮氢贮氢 材料 1 活泼泼金属 强还还原剂剂 活泼泼性相当 于Mg 易氧化 氧化物无保护护作用 存 于煤油 燃点低 200 燃烧时烧时 放 热热量大 2 化学性质质 3 RE OH 3碱性如M OH 2 溶解度更小 4 RE的硝 硫 溴酸盐盐 氯氯化物可溶 草 碳酸盐盐 氟化物难难溶 应应用混合稀土 RE 可大大改善合金 3 应应用 冶金工业业的 维维生素 石油化工中主要用做催化剂剂 可锻锻性等 球化 改善延展性 提高抗氧化能力 性能 脱O S H 氮化物细细化 石墨 CeO2 用来脱色 抛光 Pr2O3 Nd2O3 用于着色 红红 绿绿 La2O3 高折射率 低散射的玻璃纤维纤维 用于光学窥镜窥镜 Y2O3 Dy2O3 用于激光窗 红红外窗 高温炉窗 玻璃 陶瓷工业业中 LaNi5 是贮氢贮氢 材料 Y Ba Cu O 是超导导材料 其他 仪仪 进进入太空 进进行反物质质的探测测 Nd Fe B 合金称 永磁王 是我国 此外 稀土在核工业业 环环保方面皆有 研制成功的 98年装于AMS 磁谱谱 应应用 在金属材料中 有许许多具有特殊性能 的合金 如 轻质轻质 合金 硬质质合金 贮氢贮氢 合金 形状记忆记忆 合金等等 形状记忆记忆 合金被称为为金属中的 魔术术 记 忆 合 金 像人有记忆记忆 力一样样 记记住 自己的形状 师师 因为为它有一种神奇的特性 它能 这这种合金是由Ti和Ni各50 组组成的 这这 变变化时时便会有对应对应 的晶形出现现 这这两种晶体有一转变转变 温度 所以 温度 种合金具有立方体和菱形两种晶体结结构 T1 T2 T2 轻 质 合 金 轻质轻质 合金 以轻轻金属为为主要成分的合金 1 铝铝合金 密度小 强度高 硬铝铝 耐蚀蚀 可用于车车 不用于船 2 钛钛合金 密度不大 强度很高 抗蚀蚀性好 耐高 低温 200 500 无磁性 可用于船 飞飞机的很多部件都用了轻质轻质 合金 硬质质合金 以硬质质化合物 TiN AlN 硬 质 合 金 硬质质合金用于制作刀具 钻钻具 模具等 具有硬度高 耐磨性好 高强度 高韧韧性 结结相的复合材料 TiC WC SiC 为为硬质质相 以合金为为黏 贮 氢 合 金 贮氢贮氢 合金 以其可逆的吸氢氢作用 使生 3H2 LaNi5 LaNi5H6 在2 3 105Pa压压力下就能可逆进进行 金属Ti贮氢贮氢 密度可达液氢氢的4倍 微 热热TiH2即分解 释释放出氢氢 金属或合金 如 LaNi5 成固体氢氢化物 把大量倾倾气贮贮存其内的 金属的电化学加工 阳极溶解 M ne Mn 即发发生于腐蚀蚀 也用于电电解和电镀电镀 还还可用 来对对金属进进行定域加工 如 如 电解加工 原理 距离不同 电电流密度不同 溶解速率 不同 方法 间间隙小 两极自动动 推进进 电电解液高速流动动 特点 用于特硬 脆 特韧韧材料 印刷电电路版就是用腐蚀蚀的方法制备备的 又如 化学铣切 基本步骤骤 1 涂胶 光刻胶 2 刻胶 按要求 3 腐蚀 通常用三酸 4 去胶成型 任何事物都要 一分为二 利与弊都是 共存的 看问题绝对化是科学的大忌 我们这里提到的 腐蚀 就是 利 与 弊 兼具的化学现象 由于人们学会了 全面 的看问题 所以腐蚀不仅被防止而且被 利用了 化学学科充满了辨证法 所以学习化学 也要学会化学的思辨 这样我们才会更 聪明 。