【教学课件】第三节金属晶体.ppt
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1、第三节金属晶体第三节金属晶体 内江二中内江二中吴冰吴冰19世世纪纪中叶的一个冬天,中叶的一个冬天,驻驻守在彼得堡的俄守在彼得堡的俄军发军发棉衣棉衣时发时发现现,成千上万套棉衣上的扣子都没有了。俄皇大,成千上万套棉衣上的扣子都没有了。俄皇大发发雷霆,要雷霆,要把把负责监负责监制制军军服的大臣服的大臣问问罪。但所有罪。但所有军军服都是服都是钉钉了扣子的,了扣子的,为为什么都什么都丢丢了呢?原来,了呢?原来,这这些扣子是用些扣子是用锡锡做成的,而做成的,而锡锡一遇一遇低温,就会低温,就会变变成粉末,成粉末,这这种种现现象叫象叫“锡锡疫疫”。一般情况下,只。一般情况下,只要在要在13.2 以下,以下,
2、锡锡就会就会变变成粉末。当成粉末。当时时是彼得堡的初冬,是彼得堡的初冬,气温很低,气温很低,锡锡当然都当然都“化化”了。了。那么,那么,锡为锡为什么会什么会发发生生“锡锡疫疫”?在?在发发生生“锡锡疫疫”前,前,锡锡原子原子之之间间是如何是如何结结合在一起的呢?合在一起的呢?1了解金属了解金属键键的含的含义义“电电子气子气”理理论论。2能用金属能用金属键键理理论论解解释释金属的物理性金属的物理性质质。3了解金属晶体的原子堆了解金属晶体的原子堆积积模型。模型。1金属键金属键(1)概概念念:金金属属原原子子脱脱落落下下来来的的 形形成成遍遍布布整整块块晶晶体体的的“”,被被所所有有原原子子共共用用
3、,从从而而把把所所有有 维维系在一起。系在一起。(2)成成键键微粒是微粒是 和和 。2金属晶体金属晶体(1)在金属晶体中,原子在金属晶体中,原子间间以以 相相结结合。合。(2)金属晶体的性金属晶体的性质质:优优良的良的 、和和 。电子气电子气金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子金属键金属键导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属原子金属原子价电子价电子(3)用用电电子气理子气理论论解解释释金属的性金属的性质质。金属键与金属的性质金属键与金属的性质(1)几种化学键的比较几种化学键的比较类类型型比比较较离子离子键键共价共价键键金属金属键键非极性非极性键键极性极性键键配位配位键键本本质质阴、阳离阴、
4、阳离子子间间通通过过静静电电作用形成作用形成相相邻邻原子原子间间通通过过共用共用电电子子对对(电电子云重叠子云重叠)与原子核与原子核间间的的静静电电作用形成作用形成金属阳离金属阳离子与自由子与自由电电子子间间的作用的作用成成键键条件条件(元素元素种种类类)成成键键原子原子的得、失的得、失电电子子能力差能力差别别很大很大(金属与非金属金属与非金属之之间间)成成键键原子得、失原子得、失电电子能力相子能力相同同(同种非同种非金属金属)成成键键原原子得、失子得、失电电子能力差子能力差别较别较小小(不同非金属不同非金属)成成键键原子一原子一方有孤方有孤对电对电子子(配位配位体体),另一方有空,另一方有空
5、轨轨道道(中心离子中心离子)同种金属同种金属或不同种金属或不同种金属(合金合金)(2)金属具有金属具有导电导电性、性、导热导热性和延展性的原因性和延展性的原因延延展展性性:当当金金属属受受到到外外力力作作用用时时,晶晶体体中中各各原原子子层层就就会会发发生生相相对对滑滑动动,但但不不会会改改变变原原来来的的排排列列方方式式,而而且且弥弥漫漫在在金金属属原原子子间间的的电电子子气气可可以以起起到到类类似似轴轴承承中中滚滚球球之之间间润润滑滑剂剂的的作作用用,即即金金属属的的离离子子和和自自由由电电子子之之间间的的较较强强作作用用仍仍然然存存在在,因因而金属都有良好的延展性。而金属都有良好的延展性
6、。导导电电性性:金金属属内内部部的的原原子子之之间间的的“电电子子气气”的的流流动动是是无无方方向向性性的的,在在外外加加电电场场的的作作用用下下,电电子子气气在在电电场场中中定定向向移移动动形形成成电电流。流。金金属属的的热热导导率率随随温温度度的的升升高高而而降降低低,是是由由于于电电子子气气中中的的自自由由电电子子在在热热的作用下与金属原子的作用下与金属原子频频繁碰撞的繁碰撞的缘缘故。故。(3)金属金属导电导电与与电电解解质质溶液溶液导电导电的比的比较较运运动动的的微粒微粒过过程中程中发发生的生的变变化化温度的影温度的影响响金属金属导电导电自由自由电电子子物理物理变变化化升温,升温,导导
7、电电性减弱性减弱电电解解质质溶溶液液导导电电阴、阳阴、阳离子离子化学化学变变化化升温、升温、导导电电性增性增强强(4)影响金属熔点、硬度的因素影响金属熔点、硬度的因素一一般般地地,熔熔点点、硬硬度度等等取取决决于于金金属属晶晶体体内内部部作作用用力力的的强强弱弱。一一般般来来说说,金金属属原原子子的的价价电电子子数数越越多多,原原子子半半径径越越小小,金金属属晶体内部作用力越晶体内部作用力越强强,晶体熔点越高,硬度越大。,晶体熔点越高,硬度越大。1下列下列说说法正确的是法正确的是()A金金属属的的通通性性表表明明金金属属具具有有类类似似的的内内部部结结构构和和相相同同的的化化学学键类键类型型B
8、金属原子之金属原子之间间的相互作用即的相互作用即为为金属金属键键C电电子很小,不可能是形成化学子很小,不可能是形成化学键键的微粒的微粒D金属金属键键的的强强弱与金属阳离子的半径无关弱与金属阳离子的半径无关解解析析:金金属属具具有有特特殊殊的的金金属属光光泽泽、导导电电性性、导导热热性性及及延延展展性性等等通通性性,多多数数金金属属具具有有较较高高的的密密度度、硬硬度度、熔熔点点和和沸沸点点。这这些些共共同同性性质质表表明明金金属属具具有有类类似似的的内内部部结结构构和和相相同同的的化化学学键键类类型型。金金属属阳阳离离子子与与自自由由电电子子之之间间存存在在着着较较强强的的相相互互作作用用,这
9、这种种相相互互作作用用称称为为金金属属键键。金金属属晶晶体体中中金金属属阳阳离离子子半半径径越越小小,离子电荷数越多,其金属阳离子与自由电子间的作用力越强。离子电荷数越多,其金属阳离子与自由电子间的作用力越强。答案:答案:A1二维空间模型二维空间模型如如图图所示:所示:1 1、二维空间堆积模型、二维空间堆积模型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1234123456(1 1).简单立方堆积:简单立方堆积:2、金属晶体基本构型、金属晶体基本构型 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%)配位数是配位数是
10、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6(2 2)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,空间利个原子,空间利用率不高(用率不高(68%68%),属于非密置层),属于非密置层堆积,配位数为堆积,配位数为 ,许多金属许多金属(如(如NaNa、K K、FeFe等)等)采取这种堆积采取这种堆积方式。方式。28123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准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。位。(或对准或对准 2,4,6 位,其情形是一样的位,其情形
11、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。密的堆积方式。思考:密置层的堆积方式有哪些?思考:密置层的堆积方式有哪些?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(3 3)镁型和铜型)镁型和铜型镁型镁型铜型铜型123456123456镁型(六方最密堆积)镁型(六方最密堆积)123456 第三层的第三层的另一种排列方式,是将球对准第一层每一另一种排列方式,是将球对准第一层每一个球,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 堆堆积方式。积方
12、式。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ABABA123456123456123456铜型(面心立方最密堆积)铜型(面心立方最密堆积)第三层的第三层的另一种排列另一种排列方式,是将球对准第一层方式,是将球对准第一层的的 2,4,6 位,不同于位,不同于 AB 两层的位置,这是两层的位置,这是 C 层。层。412356123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 第四层再排第四层再排 A,于是形,于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。得到面心立方堆积得到面心立方堆积。配位数配位数 12。(同层同层 6,上下层各上下层各 3)下图是铜型型紧密堆积的
13、前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图ACBACBA镁型123456789101112 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),属于最密置层堆集,配位数为最密置层堆集,配位数为 ,许多金属,许多金属(如(如MgMg、ZnZn、TiTi等)等)采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。121200平行六面体平行六面体镁型(六方紧密堆积)镁型(六方紧密堆积)123456铜型(面心立方最密堆积)铜型(面心立方最密堆积)BCA铜型铜型金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型堆堆积积模模型型采采纳这纳这种堆种堆积积的典型代表的典型代表空空间间利用率利用率配配位数位数晶胞晶胞
14、非非密密置置层层简简单单立立方堆方堆积积Po(钋钋)52%6体体心立心立方堆方堆积积(bcp)Na、K、Fe68%8堆堆积积模型模型采采纳这纳这种种堆堆积积的典型代的典型代表表空空间间利用利用率率配配位数位数晶胞晶胞非非密密置置层层密置密置层层六方六方最密堆最密堆积积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心面心立方最立方最密堆密堆积积(ccp)Cu、Ag、Au74%12简简简简单单单单立立立立方方方方钾钾钾钾型型型型(体体体体心心心心立立立立方方方方密密密密堆堆堆堆积积积积)镁镁镁镁型型型型(六六六六方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积)镁镁镁镁型型型型(六六六六方方方方最最最最密密密密堆
15、堆堆堆积积积积)1.已已知知铜铜的的晶晶胞胞结结构构如如图图所所示示,则则在在铜铜的的晶晶胞胞中中所所含含铜铜原原子数及配位数分子数及配位数分别为别为()A14、6 B14、8C4、8 D4、12答案:答案:D 2011武武汉汉高高二二质质检检)物物质质结结构构理理论论指指出出:金金属属晶晶体体中中金金属属离离子子与与自自由由电电子子之之间间的的强强烈烈相相互互作作用用,叫叫金金属属键键。金金属属键键越越强强,其其金金属属的的硬硬度度越越大大,熔熔沸沸点点越越高高。根根据据研研究究表表明明,一一般般来来说说,金金属属原原子子半半径径越越小小,价价电电子子数数越越多多,则则金金属属键键越越强强。
16、由此判断下列由此判断下列说说法法错误错误的是的是()A镁镁的硬度大于的硬度大于铝铝B镁镁的的熔熔、沸沸点点高高于于钙钙C镁镁的硬度大于的硬度大于钾钾 D钙钙的熔、沸点高于的熔、沸点高于钾钾思路指引:思路指引:解答本题时要注意以下两点:解答本题时要注意以下两点:(1)金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。(2)金属阳离子所带电荷越多,半径越小,金属键越强。金属阳离子所带电荷越多,半径越小,金属键越强。此此题题考考查查的的是是金金属属晶晶体体的的性性质质,如如硬硬度度、熔熔沸沸点点的的比比较较,比比较较依依据据:看看价价电电子子数数和和原原子子半半径径,价
17、价电电子子数数:MgK,KAl,MgCa,MgCa,综综合合分分析析:镁镁的的硬硬度度小小于于铝铝;镁镁的的熔熔、沸沸点点高高于于钙钙;镁的硬度大于钾;钙的熔、沸点高于钾。故镁的硬度大于钾;钙的熔、沸点高于钾。故A错误。错误。答案:答案:A金属晶体的熔点变化规律金属晶体的熔点变化规律金金属属晶晶体体熔熔点点变变化化差差别别较较大大。如如:汞汞在在常常温温下下是是液液体体,熔熔点点很很低低(38.9),而而铁铁等等金金属属熔熔点点很很高高(1 535)。这这是是由由于于金金属属晶晶体体紧紧密密堆堆积积方方式式、金金属属阳阳离离子子与与自自由由电电子子的的作作用用力力不同而造成的差别。不同而造成的
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