课件：苏教版化学选修专题《金属键金属晶体》.ppt

专题3 微粒间作用力与物质性质,第一单元 金属键 金属晶体,已学过的金属知识,金属的分类,按密度分,冶金工业,按储量分,4.5g/cm3,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、晶体硅等都是原子晶体，靠共价键相互结合； 氯化钠、硫酸钾等都属于离子晶体，靠离子键相互结合； 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 P32,1.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方式结合的呢？ 2.你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金属为什么具有这些物理性质吗?,金属键与金属的特性,分析： 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。在金属晶体内部，它们可以从金属原子上“脱落”下来，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，而是均匀分布于整个晶体中。金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，因而使许多金属离子相互结合在一起形成晶体。,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。,1、定义： 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。,2、形成 成键微粒: 金属阳离子和自由电子 存 在: 金属单质和合金中 3、本 质： 静电作用。 4、特 征: 无方向性、无饱和性。,一、金属键,二、金属的物理通性 不透明、具有金属光泽,能导电,导热,具有良好的延展性,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。,1、导电性 2、导热性 3、延展性,通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由无规则流动的，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。,1、导电性,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。,小结：,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,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，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完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,有的金属硬如钢;有的金属熔点低,有的金属熔点高,为什么?,4、影响金属键强弱的因素,（1）金属元素的原子半径 （2）单位体积内自由电子的数目(或金属阳离子的电荷数） 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越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。 如：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。,总 结,金属键的概念 运用金属键的知识解释金属物理性质的共性和个性 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,B,3. 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,C,4.能正确描述金属物理通性的是 ( ) 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,AC,5. 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,D,6. 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 Mg,B,美丽的晶体,黄铁矿,萤 石,水晶,绿色鱼眼石,金属晶体,一、 晶体、金属晶体和晶胞 1、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。 通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。 2、通过金属离子与自由电子之间的较强作用（即金属键）形成的单质晶体称为 金属晶体 。,阅读教科书P34的化学史话 人类对晶体结构的认识,晶体的规则几何外形是构成晶体的微粒在晶体内部有规则排列的必然结果.,3、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单位 说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。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。,金属晶体,二、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞,教科书 P35,1、堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性，趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于其周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。,2、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,金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上（即二维空间里），可有两种堆积排列方式：,3、三维空间堆积方式,. 简单立方堆积,金属晶体是金属原子在三维空间按一定的规律堆积而成的。将密置层和非密置层 按一定的方式在三维空间堆积，就得到了金属晶体的4种基本堆积方式：,2019/8/20,25,可编辑,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 ：,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 ),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,A,第一种： 将第三层球对准第一层的球,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,此种立方紧密堆积的前视图,A,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、铅等属于面心立方堆积,简单立方堆积, 体心立方堆积 体心立方晶胞, 六方堆积 六方晶胞,面心立方堆积 面心立方晶胞,堆积方式及性质小结,4、晶胞中金属原子数目的计算(平均值),顶点占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,体心占1,晶胞中的微粒数是指 完全属于 该晶胞的微粒数。 晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无间隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。所以，要考虑一个晶胞中的微粒是否与其他晶胞共有。,4、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：,(4)简单立方：,在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享。 微粒数为：81/8 = 1,三、合金,1、定义：把两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。,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、合金的特性 合金的熔点比其成分中金属 (低， 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、强度和机械加工性能。,低,练 习,1. 右图是钠晶体的晶胞结构， 则晶胞中的原子数是 . 如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是 .,81/8 +1=2,121/6+21/2 + 3 = 6,2. 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 BMN C D条件不够，无法写出化学式,C,练 习,练 习,A,3.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,四、金 属 之 最,1、地壳中含量最多的金属元素铝。 日常生活中，用于保护钢铁制品所使用的“银粉”实际上是金属铝的粉末。 2、人体中含量最高的金属元素钙。 3、目前世界上年产量最高的金属铁。 4、导电、导热性最好的金属银。 银不仅可以用作装饰，还可以用于工业领域。银的化学性质极为稳定，在空气中不易生锈，即便加热也不和氧气发生反应；它的导电能力在普通金属中名列第一，超过汞和铜，因此一些精密仪表常用银丝作导线。电子管的插脚、电器表面都镀上了银，这样做不仅仅是为了美观，而是使它具有更强的导电能力。,5、硬度最高的金属铬。 6、熔点最高的金属钨。 白炽灯、碘钨灯、真空管中的灯丝，都是用钨制成的。因为钨是熔点最高的金属，它的熔点高达3410。 7、熔点最低的金属汞。 熔点-39.3，常温下呈液态，可填充在温度计中。 8、密度最大的金属锇。 我们平常用的铱金笔，笔尖上有看不到的1毫米的银白色的小圆粒，这个小圆粒用的就是金属锇的合金。锇是一种硬度很高的灰蓝色金属，耐磨性很好，故而用它做笔尖，再合适不过。 锇的最突出特征，是最重的金属，每立方厘米锇重达22.7g。也是一种非常稳定的金属，熔点为2700。它不但不溶于普通的酸，甚至溶解能力最强的王水也奈何它不得。,9、 密度最小的、最轻的金属锂。 10、光照下最易产生电流的金属铯。 纯净的铯呈银白色，是最软的金属。铯有着一种最可贵的性质，就是它的自由电子的活动性特别高。当其表面受到光线照射时，电子便能获得能量而从表面逸出，产生光电流，这种效应叫作光电效应。人们便利用它的这一特点，把金属铯喷镀在银片上，制成各种光电管。在电影、电视、无线电传真、夜视仪以及许多自动控制设备中，都要用到铯制成的光电管。 11、海水中储量最大的放射性元素铀。,12、展性最强的金属金。 金是最富有延展性的金属，最薄的金片厚度只有1/10000mm。 1g金可以拉成4000m细丝。假如将300g金拉成细丝，可以从南京沿着铁路线延伸至北京。金也可以锤成比纸还薄的金箔，厚度仅有1cm的50万分之一。也就是说，把50万张金箔叠合起来，才有1cm那样厚。 13、延性最好的金属铂。 最细的铂丝直