金属键、金属晶体ppt课件.ppt
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1、物质结构与性质物质结构与性质2.你能根据右图中金属的用途及日常生活经验归纳出金属的物理性你能根据右图中金属的用途及日常生活经验归纳出金属的物理性质吗质吗?你知道金属为什么具有这些物理性质吗你知道金属为什么具有这些物理性质吗?金属键与金属特性金属键与金属特性1.金属键金属键(3)方向性:方向性:无方向性无方向性(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:金属单质和合金中金属单质和合金中(1) 定义:定义:金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属原子失去部分或全部外围电子形成的和和之间的强烈的相互作用。之间的强烈的相互作用。1.非金属原子之间通过共
2、价键结非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物,活泼金属合成单质或化合物,活泼金属与活泼非金属通过离子键结合与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么,金形成了离子化合物。那么,金属单质中金属原子之间是采取属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢?怎样的方式结合的呢?3根据下表的数据,请你总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.
3、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。又可以用原子化热来衡量。原子化热原子化热是指是指1mol金属固体完全气化成相互远离的金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量气态原子时吸收的能量。4(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,单位体积内自由电子数目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
4、属晶体的硬度越大,熔、沸点越越大,金属键越强,金属晶体的硬度越大,熔、沸点越高。高。 如:如:同一周期金属原子半径越来越小,单位体积内自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。少,故熔点越来越低,硬度越来越小。具有金属光泽,能具有金属光泽,能,金属的这些,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。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
5、致的。通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的,但在外加电通常情况下金属晶体内部电子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,所以金属具有导电性。场的作用下会定向移动形成电流,所以金属具有导电性。(1) 导电性导电性金属键与金属特性金属键与金属特性2. 金属的物理性质金属的物理性质6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温时升温时导电能力导电能力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比较电解质导电与金属导电的区别:比较电解质导电与金属导电的区别:化学变化化学变化物理变化物理
6、变化(2)导热性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。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)延展性延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的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使在外力作用下,发生形变也不易断裂,因此在
7、一定强度的外力作用下,金属可以发生形变,表现为良好的用下,金属可以发生形变,表现为良好的延展性延展性。金属键与金属特性金属键与金属特性8金属晶体结构具有金属光泽和颜色金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光,然,然后很快释后很快释放出各种频率的光放出各种频率的光,因此绝大,因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而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较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色的颜色。 当金属成粉末状时,金属晶体的当金属成粉末状时,
8、金属晶体的晶面取晶面取向杂乱、晶格排列不规则向杂乱、晶格排列不规则,吸收可见光,吸收可见光后辐射不出去,所以成黑色。后辐射不出去,所以成黑色。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,从而使整块金属量从温度高的部分传导温度低的部分,从而使整块金属
9、达到相同的温度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外力作用下,只发生形变而不断裂金属晶体与性质的关系金属晶体与性质的关系101.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ( ) A. 金属键没有方向性金属键没有方向性 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金属键中的电子
10、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金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关B2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是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原子只有还原性,金属离子只有氧化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金属元素的单质在常温下均为晶体B3物质结构理论推出:金属键越强,其金属的硬度越大,熔、沸点越高,物质结构理论推出:金属键越强,其金属的硬度越大,熔
11、、沸点越高,且据研究表明,一般说来,金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键且据研究表明,一般说来,金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键越强。由此判断下列说法错误的是越强。由此判断下列说法错误的是(双选双选)()A镁的硬度大于铝的硬度镁的硬度大于铝的硬度B镁的熔、沸点低于钙的熔、沸点镁的熔、沸点低于钙的熔、沸点C镁的硬度大于钾的硬度镁的硬度大于钾的硬度D钙的熔、沸点高于钾的熔、沸点钙的熔、沸点高于钾的熔、沸点AB 114. 下图是金属晶体内部的下图是金属晶体内部的“电子气电子气”理论示意图:理论示意图:仔细观察并用仔细观察并用“电子气电子气”理论解释金属导电的原因是理论解释金属导电的原因是
12、()A金属晶体中的金属离子在外加电场作用下可发生定向移动金属晶体中的金属离子在外加电场作用下可发生定向移动B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子D金属晶体中金属离子与自由电子间的相互作用较弱金属晶体中金属离子与自由电子间的相互作用较弱B5. 下列物质中含有金属键的是下列物质中含有金属键的是(双选双选)()A金属铝金属铝 B合金合金 CNaOH DNH4ClAB6. 金属晶体的形成是因为晶体中存在金属晶体的形成是因为晶体中存在()金属原子金属原子金属离子金属离子自
13、由电子自由电子 阴离子阴离子A只有只有 B只有只有 C D C 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。在金属晶体晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。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。晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。金属晶体金属晶体(1)定义:定义:通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。 通常情况下,大多数金属单质及其合金也是晶体。通常情况下,大多数金属单质及其合金也是晶
14、体。(2)晶胞:晶胞:晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位1. 晶体晶体砖块砖块与与墙墙 蜂室蜂室与与蜂巢蜂巢 晶胞晶胞与与晶体晶体平行六面体平行六面体13 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层14 三维空间堆积方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积15形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞,空间利用率较低,空间利用率较低5252 ,金,金属钋(属钋(PoPo)采取这种堆积方式。)采取这
15、种堆积方式。16. 体心立方堆积体心立方堆积NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等属于体属于体心立方堆积心立方堆积。体心立方堆积:非密置层在空间体心立方堆积:非密置层在空间一层一层的堆积的另一种方式是一层一层的堆积的另一种方式是将上层的金属原子填入下层四个将上层的金属原子填入下层四个金属原子形成的凹穴中,下一层金属原子形成的凹穴中,下一层的原子核与上一层中四个球围成的原子核与上一层中四个球围成的空在同一直线上。的空在同一直线上。 8 8 个顶点上个顶点上的球互不相切,但均与体心位置的球互不相切,但均与体心位置上的球相切。上的球相切。 配位数配位数 8 8 ,空间利用率为空间利用率为
16、68% 68% 。17密堆积的定义密堆积的定义: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。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。可能降低,而结构稳定。18第一层第一层 :19123456 第二层第二层 : 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是
17、将球对准球对准1,3,5 位。位。 ( 或对准或对准 2,4,6 位,其情形是一位,其情形是一样的样的 )123456AB, 关键是第三层,对第一、二层来说,第三层可以有两种关键是第三层,对第一、二层来说,第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。20 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种:第一种: 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期,即周期,即 AB AB 堆积方堆积方式,形成六方堆积式,形成六方堆积。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6,上下层各上下层各 3 ). .六方堆积六
18、方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 21六方最密堆积六方最密堆积分解图分解图22 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式,方式,是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2 2,4 4,6 6 位位,不同不同于于 AB AB 两层的位置两层的位置,这是这是 C C 层。层。12345612345612345623123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A,于是形成于是形成 ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位数配位数 12 12 ( (
19、 同层同层 6 6, 上下层各上下层各 3 ) 3 ) .面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 24BCA ABC ABCABC ABC 形式的堆积,形式的堆积,为什么是面心立方堆积?为什么是面心立方堆积? 我们来加以说明。我们来加以说明。2526理解金属晶体中原理解金属晶体中原子的堆积方式子的堆积方式六方堆积六方堆积面心立方堆积面心立方堆积体心立方堆积体心立方堆积立方堆积立方堆积钾钾型型铜铜型型钋钋型型镁镁型型27简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数 = 6空间利用率空间利用率 = 52.36% 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立
20、方晶胞配位数配位数 = 8空间利用率空间利用率 = 68.02% 六方堆积六方堆积 六方晶胞六方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结28不同金属晶体的堆积方式不同金属晶体的堆积方式简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方六方六方钋钋Po钠钠Na/钾钾K铬铬Cr/钨钨w等等金金Au/银银Ag铜铜Cu等等镁镁Mg/锌锌Zn等等2. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值)晶胞中金属原子数目的计算(平均值)30顶点占顶点占1/8
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