金属键金属晶体课件

微粒间作用力与物质性质*已学过的金属知识金属的分类按密度分重金属：铜、铅、锌等轻金属：铝、镁等冶金工业黑色金属：铁、铬、锰有色金属：除铁、铬、锰以外的金属按储量分常见金属：铁、铝等稀有金属：锆、钒、钼4.5g/cm3金属元素在周期表中的位置及原子结构特征Ti金属样品金属的特点①常温下，单质都是固体，汞(Hg)除外；②大多数金属呈银白色，有金属光泽，但金(Au)——色，铜(Cu)——色，铋(Bi)——色，铅(Pb)——色。黄红微红蓝白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？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定的金属离子，是均匀分布于整个晶体中。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。二.金属键描述金属键的最简单的理论是“电子气”理论.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“电子气”.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,被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在一起.金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”中.（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）方向性:无方向性1.金属键2.金属的物理性质具有金属光泽,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【讨论1】金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。晶体类型离子晶体金属晶体导电时的状态导电粒子水溶液或熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系【讨论2】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，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，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。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。2、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而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。3、金属晶体结构与金属延展性的关系金属的延展性自由电子+金属离子金属原子位错+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++相对滑动4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色•由于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，因此绝大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，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属NaMgAlCr原子外围电子排布3s13s23s23p13d54s1原子半径/pm186160143.1124.9原子化热/kJ·mol-1108.4146.4326.4397.5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。P33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?四.金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系．熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（3410℃）铁的熔点：1535℃2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱如：KNaMgAlLiNaKRbCs﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤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的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.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB7下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键B一、晶体什么叫晶体?构成晶体的微粒经过结晶过程而形成的具有规则几何外形的固体。离子、分子、原子离子晶体分子晶体原子晶体晶体类型金属晶体晶体的概念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。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。通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。阅读教科书P34的化学史话人类对晶体结构的认识原子的密堆积方式密堆积的定义: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，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。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Ⅰ.简单立方堆积1、简单立方堆积钋PO型形成简单立方晶胞，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。Ⅱ.体心立方堆积体心立方堆积钾型配位数：8空间占有率：68.02%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。思考：密置层的堆积方式有哪些？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ABAB堆积方式，形成六方堆积。配位数12(同层6，上下层各3)Ⅲ.六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积六方密堆积六方最密堆积A3：金属晶体的原子空间堆积模型3六方堆积方式的金属晶体：Mg、Zn、Ti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ABCABC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)Ⅳ.面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积•面心立方（铜型）金属晶体的原子空间堆积模型4BCAABCABC形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。面心立方最密堆积分解图镁型，六方堆积铜型，面心立方堆积简单立方钾型（体心立方堆积）镁型（六方密堆积）镁型（六方密堆积）①简单立方堆积配位数=6空间利用率=52.36%②体心立方堆积——体心立方晶胞配位数=8空间利用率=68.02%③六方堆积——六方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%④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晶胞结构如图所示，则顶点上原子被______个晶胞共有,侧棱上的原子被_______个晶胞所共有，顶面棱上的原子被_______个晶胞所共有思考:如果晶胞结构为六棱柱,结果如何?12642.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：12×1/6+2×1/2+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：8×1/8+6×1/2=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：8×1/8+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(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①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；)②具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。低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.钠晶体的晶胞练习8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+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．B．MNC．D．条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC练习金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，即在立方体