金属键-金属晶体ppt课件.pptx

专题3 微粒间作用力与物质性质晶体的概念晶体：具有规则几何外形的固体。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。 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？教科书教科书 P281.1.非金属原子之间通过共价键结合成单质非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，活泼金属与活泼非金属通过或化合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么，离子键结合形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？方式结合的呢？2.2.你能归纳出金属的物理性质吗你能归纳出金属的物理性质吗? ?你知道金你知道金属为什么具有这些物理性质吗属为什么具有这些物理性质吗? ?金属键与金属的特性分析：分析： 通常情况下，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。 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？金属能导电又说明了什么？说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。一、金属健与金属特性一、金属健与金属特性存存 在：在：金属单质或合金。金属单质或合金。成键微粒：成键微粒：微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子成键特点：成键特点：无方向性和饱和性无方向性和饱和性金属键概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的金属阳离子与自由电子之间的强烈的 相互作用相互作用金属键金属键。金属键的本质：电性作用2. 2. 金属的物理性质金属的物理性质 具有金属光泽具有金属光泽, ,能导电能导电, ,导热导热, ,具有良好的延具有良好的延展性展性, ,金属的这些共性是有金属晶体中的化学键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）导热性 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。（3）延展性 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,因此在一定强度的外力作用下,金属可以发生形变,表现为良好的延展性。金属的延展性金属的延展性自由电子+金属离子金属原子位错+ + + + + + +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，自由电子在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流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，只发生形变而不断裂根据下表的数据，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 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱金属的熔点、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。原子化热是指又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。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?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）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目一般而言：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。自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。结论：结论：金属元素金属元素原子的原子的半径越小，单位体积内自半径越小，单位体积内自由电子的数目越多，（由电子的数目越多，（金属金属阳离子所带电荷阳离子所带电荷越多，越多，) )则金属键越强，金属晶体的硬度越大，则金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。熔、沸点越高。同主族金属从上到下，熔沸点同主族金属从上到下，熔沸点_，硬，硬度度_；同周期金属从左到右，熔沸点同周期金属从左到右，熔沸点_，硬，硬度度_。依次降低依次降低依次增大依次增大依次减小依次减小依次升高依次升高例如：熔点例如：熔点NaMgAl例如：熔点例如：熔点LiNaK汞（熔点汞（熔点-38.72 ）钨（钨（熔点熔点3380 ）熔点最低的金属是熔点最低的金属是-熔点最高的金属是熔点最高的金属是-密度最小的金属是密度最小的金属是-密度最大的金属是密度最大的金属是-硬度最小的金属是硬度最小的金属是-硬度最大的金属是硬度最大的金属是-延展性最好的金属是延展性最好的金属是-最活泼的金属是最活泼的金属是-最稳定的金属是最稳定的金属是-锂（锂（密度密度0.534克克/厘米厘米3 ）锇（锇（密度密度22.59克克/厘米厘米3 ）铯铯铬铬金金铯铯金金资料资料金金属属之之最最导电性最好的金属是导电性最好的金属是- 银银 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”理理论论. 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来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的价电子形成遍布整块晶体的“电子气电子气”.这这些电子不是专属于某几个特定的金属离子些电子不是专属于某几个特定的金属离子,而而是均匀分布于整个晶体中是均匀分布于整个晶体中,被所有原子共用被所有原子共用,从从而把所有的金属原子维系在一起而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.拓展视野拓展视野 金属的分类：金属的分类：按颜色：按颜色：黑色金属：黑色金属：Fe Cr Mn有色金属：除以上三种金属以外有色金属：除以上三种金属以外按密度：按密度：轻金属：轻金属：4.5g/cm3 Zn Cu按含量按含量常见金属：常见金属： Fe Mg Al稀有金属：稀有金属： 锆、钒、钼锆、钒、钼 根据以上分类：金属镁、铝属于根据以上分类：金属镁、铝属于、金属金属有色有色 轻轻 常见常见金属的共性金属的共性 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，有金属光泽，但大多数金属呈银白色，有金属光泽，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 蓝白蓝白总总 结结 金属键的概念金属键的概念 运用金属键的知识解释金属的物理运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性性质的共性和个性 影响金属键强弱的因素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B3. 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C4.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AC5. 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D6. 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 MgB1. 晶体晶体(1)(1)定义定义: :通过结晶过程形成的具有规则几何通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。外形的固体叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。合金也是晶体。阅读教科书P30的化学史话 人类对晶体结构的认识金属金属晶体晶体2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？ 晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位单位 说明：说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。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属原子的紧密堆积是有一定规律的。金属晶体1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞教科书 P31 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. 简单立方堆积形成简单立方晶胞，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。. 体心立方堆积第一层 ：123456 第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。 上图是此种六方堆积的前视图ABABA 第一种： 将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方堆积。 配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 ).六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 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。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 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 ) .面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 面心立方最密堆积分解图四种堆积方式四种堆积方式,最常见的堆积为后三种最常见的堆积为后三种:六方堆积六方堆积3.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)均摊法均摊法顶点占顶点占1/8棱占棱占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1晶胞内含的原子数晶胞内含的原子数 =a1/8+b1/4+c1/2+d a为位于顶点的原子或离子数；为位于顶点的原子或离子数； b 为位于棱边的原子或离子数；为位于棱边的原子或离子数；c为位于面上的原子或离子数；为位于面上的原子或离子数； d为位于晶胞内的原子或离子数为位于晶胞内的原子或离子数【思考思考】钠的晶胞里，含多少原子？钠的晶胞里，含多少原子？2 2钠晶体的晶胞晶胞结构如图所示，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 4顶端原子一般只计算顶端原子一般只计算 1/6 1/6 面上原子一般只计算面上原子一般只计算 1/2 1/2 内部原子一般计算成内部原子一般计算成 1 1 若此晶胞所有原子相同，若此晶胞所有原子相同，则此晶胞中含则此晶胞中含 6 个原子。个原子。六方晶胞六方晶胞拓展：晶胞中原子的配位数计算拓展：晶胞中原子的配位数计算配位数：配位数：每个金属原子周围距离最近的原子数称为每个金属原子周围距离最近的原子数称为金属晶体原子的配位数。金属晶体原子的配位数。（1）简单立方堆积）简单立方堆积配位数配位数 6（2）体心立方堆积）体心立方堆积配位数为配位数为8体心和顶角并无差别体心和顶角并无差别（3）六方紧密堆积（镁型）六方紧密堆积（镁型）123456配位数为配位数为 12（同层（同层6个，上下层各个，上下层各3个）个）简单立方堆积配位数 = 6空间利用率 = 52.36% 体心立方堆积 体心立方晶胞配位数 = 8空间利用率 = 68.02% 六方堆积 六方晶胞配位数 = 12空间利用率 = 74.05%面心立方堆积面心立方晶胞配位数 = 12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【课堂小结课堂小结】 金属晶体中金属晶体中原子的堆积原子的堆积方式方式 非密置层非密置层 简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积体心立方堆积 密置层密置层六方密堆积六方密堆积 面心立方堆积三种最常三种最常见堆积方见堆积方式式 2. 晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占1/8棱上占1/4面心占1/2体心占12.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6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。 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： 顶点-1/8 棱-1/4 面心-1/2 体心-1(1)体心立方：(2)面心立方：(3)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) (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。 低拓展视野拓展视野合金合金：两种或两种以上的金属：两种或两种以上的金属(或金属与非金属或金属与非金属)熔合熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金。而成的具有金属特性的物质，叫做合金。合金对应的固体为金属晶体。合金对应的固体为金属晶体。合金的特点：合金的特点：仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低，而不是介于两者之间；熔点比各成份金属的都低，而不是介于两者之间；强度、硬度比成分金属大，机械加工性能更好；强度、硬度比成分金属大，机械加工性能更好；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，则则晶胞中的原子数是晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞练练 习习81/8 +1=2121/6+21/2 + 3 = 62. 最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式为( )A BMNC D条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC练 习练 习A3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾50% 80%)为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁 B. 纯铁 C. 碳 D. 无法确定1 1、1183 K1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图以下纯铁晶体的基本结构单元如图1 1所示，所示，1183 K1183 K以上转变为图以上转变为图2 2所示结构的基本所示结构的基本结构单元，结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同离相同（1 1）在）在1183 K1183 K以下的纯铁晶体中，与以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为铁原子等距离且最近的铁原子数为_个；个；在在1183 K1183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为且最近的铁原子数为_； 图 1 图 2 8122、晶体硼的基本结构单、晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其二十面体的原子晶体，其中含有中含有20个等边三角形和个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观角上各有一个原子，试观察右边图形，回答：察右边图形，回答：这个基本结构单元由这个基本结构单元由 个硼原子组成，个硼原子组成，键角是键角是 ，共含有，共含有 个个BB键。键。 123060