《金属晶体》课件1.ppt

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1、 金金 属属 晶晶 体体（第一课时）金属样品金属样品一、金属晶体1、定义：2、最小微粒：3、微粒间的作用关系: 金属键4、熔化和沸腾时破坏的作用关系 金属键通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。金属阳离子与自由电子1、金属键的成键微粒：、金属键的成键微粒： 金属阳离子和自由电子。金属阳离子和自由电子。存在于金属存在于金属单质和合金中。单质和合金中。 2、金属键的特征：、金属键的特征： 自由电子可以在整块金属中自由自由电子可以在整块金属中自由移动，移动， 因此因此金属键没有方向性和饱和性。金属键没有方向性和饱和性。金属键金属键3、金属键的本质：、金属键的本质： “电子气理论电子气

2、理论”(自由电子理论自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电电子气子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。一起。二、金属晶体的共性二、金属晶体的共性容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。 金属金属为什么为什么具有这些共同性质呢具有这些共同性质呢?【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？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，但电子的运动是没有一定方向的，

3、但在外加电场的条件在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以金属容易导电。导电性随温度升高而降低。金属容易导电。导电性随温度升高而降低。晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：三、三、电子气理论对金属的物理性质的解释电子气理论对金属的物理性质的解释1. 1. 对金属导电性的解释对金属导电性的解释【讨论讨论2 2】金属

4、为什么易导热？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，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，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。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与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金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。的部分，从而使整块金属达到相同的温度。2.2.对金属导热性的解释对金属

5、导热性的解释【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性金属为什么具有较好的延展性？ 金属晶体受外力作用时，晶体中的各原金属晶体受外力作用时，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之后，仍可以在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延发生形变也不断裂，因此，

6、金属有良好的延展性。展性。3.3.对金属延展性的解释对金属延展性的解释4.4.对金属光泽和颜色的解释对金属光泽和颜色的解释 由于由于自由电子可吸收所有频率的光，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然后很快释放出各种频率的光，因此绝大因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某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。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，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面晶面取向杂乱、晶格排列不规则取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可

7、见光，吸收可见光后辐射不出去，所以一般呈黑灰色。后辐射不出去，所以一般呈黑灰色。【总结】金属晶体的结构与性质的关系 导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属离金属离子和自子和自由电子由电子自由电子在自由电子在外加电场的外加电场的作用下发生作用下发生定向移动定向移动自由电子与自由电子与金属离子碰金属离子碰撞传递热量撞传递热量晶体中各原子晶体中各原子层相对滑动仍层相对滑动仍保持相互作用保持相互作用四、金属晶体的判定金属晶体最小微粒最小微粒金属阳离子和自由电子固态金属单质及其合金固态金属单质及其合金物质类别物质类别金属晶体的共性金属晶体的共性五、决定金属晶体熔沸点高低及硬度大小的因素金属键的强弱 金

8、属键越强，熔沸点越高，硬度越大。 金属阳离子半径越小，所带电荷越多， 金属键越强。 硬度： Na Mg Al 熔点： Na Mg Al 沸点： Na Mg Al知识要点小结一、金属晶体1、定义：2、最小微粒：3、微粒间的作用关系:4、熔化和沸腾时破坏的作用关系二、金属晶体的共性二、金属晶体的共性三、电子气理论对金属的物理性质的解释三、电子气理论对金属的物理性质的解释四、金属晶体的判定五、决定金属晶体熔沸点高低及硬度大小的因素资料资料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞 -38.87熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨 3410密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂 0

9、.53g/cm3密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇 22.57g/cm3硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯 0.2硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬 9.0最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂 铂丝直径：铂丝直径： mm展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电

10、性实例实例金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体共价键共价键原子原子很大很大很高很高无（硅为半导体）无（硅为半导体）分子分子分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体范德华力范德华力很低很低很小很小无无通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体金属键金属键金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子差别较大差别较大差别较大差别较大导体导体练习下列说法错误的是（ ）A、镁的硬度大于铝B、镁的熔沸点低于钙C、

11、镁的硬度大于钾D、钙的熔沸点高于钾AB练习 下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体的是（ ） A、有分子间作用力结合而成，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电B 金金 属属 晶晶 体体（第二课时）四、金属晶体的原子堆积模型四、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个金属由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。圆球的三维空间堆积而成的。1.1.

12、理论基础：理论基础：堆积原理：堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循因素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理。这是因为金属键没有原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。体变得比较稳定。紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。的空间

13、。空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。分数。用来表示紧密堆积的程度。配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数周围距离最近且相等的原子或离子的数目。目。I I 型型II II 型型配位数为配位数为4 4配位数为配位数为6 6密置层密置层非密置层非密置层12341234562.2.金属晶体的原子在二维平面的堆积模型金属晶体的原子在二维平面的堆积模型（1 1）非密置层在三维空间堆积）非密置层在三维空间堆积非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，空间利用率低（52%52%）配位

14、数是配位数是 个个只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式63.3.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型金属晶体的原子在三维空间的堆积模型a.a.简单立方堆积：简单立方堆积：b.b.钾型钾型-体心立方堆积体心立方堆积：这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含每个晶胞含 个原子，空间个原子，空间利用率也不高（利用率也不高（68%68%），属于非），属于非密置层堆积，配位数为密置层堆积，配位数为 ，如碱金属、如碱金属、FeFe等等采取这种堆积方采取这种堆积方式。式。28ar43123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对第二层对第一层来讲

15、最紧密的堆积方式是将球对准准 1 1，3 3，5 5 位位 ( ( 或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的 ) )123456AB，金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式镁型和铜型镁型和铜型镁型和铜型镁型和铜型镁型镁型铜型铜型123456123456a.a.镁型镁型123456 第三层的第三层的一种一种排列方式，排列方式，是将球对准第一是将球对准第一层层每一个球，每一个球，于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即 AB AB AB AB 堆积方式堆积方式。（2 2）密置层在三维空间堆积）密置层在三维空间堆积-六方最密堆积六方最密堆积

16、 下图是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA123456123456789101112 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于最密置层堆积，配位数为最密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如，许多金属（如MgMg、ZnZn、TiTi等）采取这种堆积方式。等）采取这种堆积方式。1212123456123456b.b.铜型铜型 第三层的第三层的另一种另一种排排列方式，列方式，是将球对准第是将球对准第一层的一层的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。412356-面心立方最密堆积面心立方最密堆积1

17、23456铜型铜型BCA铜型铜型边长为边长为 a面对角线边长为面对角线边长为 a4r2arra4242金属原子半径金属原子半径 r r与正方体边长与正方体边长a a 的关系：的关系：123456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空间利用率也为空间利用率也为74，配位数配位数 12 ( 同层同层 6， 上上下层各下层各 3 ) 下图是铜型型紧密堆积的前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图A AC CB BA AC CB BA A堆积方式堆积方式晶胞类型晶胞类型空间利空间利用率用率配位数配位数实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结简单立

18、简单立方堆积方堆积体心立方体心立方密堆积密堆积六方最六方最密堆积密堆积面心立方面心立方六方六方体心立方体心立方简单立方简单立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo1.1.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（ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B.B.金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用2.2.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ）A.A.金属晶体中金属阳离

19、子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B.B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用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下可发生定向移动 C.C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动用下可发生定向移动 D.D.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 练习练习CB3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B.B.原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中

20、只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐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升降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？高？B5.5.下列生活中的问题，不能用金属键知识下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是解释的是 （ ） A.A.用铁制品做炊具用铁制品做炊具 B.B.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.D.铁易生锈铁易生锈D D6.6.下列物质中含有金属键的

21、是下列物质中含有金属键的是 ( )( )A A、金属铝、金属铝 B B、合金、合金C C、NaOH DNaOH D、NHNH4 4ClClABAB7.7.金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的离子的半径大小半径大小也有关，金属阳离子的半也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是熔点逐渐升高的是 （ ）A A、Li Na K BLi Na K B、Na Mg AlNa Mg AlC C、Li Be Mg DLi Be Mg

22、 D、Li Na MgLi Na MgB B8.8.下列有关金属晶体叙述正确的是（下列有关金属晶体叙述正确的是（ ）A A、常温下金属单质都以金属晶体形式存、常温下金属单质都以金属晶体形式存在在B B、金属离子与自由电子之间的强烈作用、金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失，在一定外力作用下，不因形变而消失C C、钙的熔、沸点低于钾、钙的熔、沸点低于钾D D、温度越高，金属的导电性越好、温度越高，金属的导电性越好B B9.9.下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A.A.金属元素的原子只有还原性，离子只有氧金属元素的原子只有还原性，

23、离子只有氧化性化性B.B.金属元素在化合物中一定显正价金属元素在化合物中一定显正价C.C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同D.D.金属单质的熔点总是高于分子晶体金属单质的熔点总是高于分子晶体10.10.某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构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面上，试计算这类金属晶体中原子

24、的空间利用率。利用率。 空间利用率计算空间利用率计算例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。 解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 1/8 = 2 设原子半径为r 、晶胞边长为a ，根据勾股定理，得：2a 2 + a 2 = (4r) 2a43rr16a322空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =%68%100a)a43(342ar342333310.10.某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按的原子按面心立方的形式

25、紧密堆积，即在晶体结构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面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。利用率。 11.11.已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜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的相对原子质量为63.5463.54，密度为，密度为8.936g/cm8.936g/cm3 3，试求：试求：（1 1）图中正方形边长）图中正方形边长a a，（2 2）铜的金属半径）铜的金属半径r raarrorr提示：提示：数出面心立方中的铜的数出面心立方中的铜的个数：个数：