專題微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)

1、1 / 6專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 第一單元金屬鍵和金屬晶體1、金屬的分類設(shè)問(wèn)大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說(shuō)明了什么？金屬能導(dǎo)電又說(shuō)明了什么？答案：說(shuō)明金屬晶體中存在著強(qiáng)烈的相互作用。金屬具有導(dǎo)電性，說(shuō)明金屬晶體中存在著能夠自由流動(dòng)的電子。分析：通常情況下，金屬原子的部分或全部外圍電子受原子核的束縛比較弱，在金屬晶體內(nèi)部，它們可以 從金屬原子上 脫落”下來(lái)的價(jià)電子，形成自由流動(dòng)的電子。這些電子不是專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子，是 均勻分布于整個(gè)晶體中。一、金屬鍵與金屬的物理性質(zhì)1金屬鍵（1）定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。（2）形成：成鍵微粒：金屬陽(yáng)離子和自由電子存在：金屬單

2、質(zhì)和合金中（3）方向性：無(wú)方向性2.金屬的物理性質(zhì)具有金屬光澤，能導(dǎo)電，導(dǎo)熱，具有良好的延展性，金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學(xué)鍵和金屬原子的堆砌方式所導(dǎo)致的（1）導(dǎo)電性（2）導(dǎo)熱性（3）延展性導(dǎo)電物質(zhì)電解質(zhì)金屬晶體狀態(tài)溶液或熔融液固態(tài)或液態(tài)導(dǎo)電粒子陰離子和陽(yáng)離子自由電子升溫時(shí)導(dǎo)電能力增強(qiáng)減弱導(dǎo)電本質(zhì)電解過(guò)程自由電子的定向移動(dòng)共性金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)電性在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子定向 運(yùn)動(dòng)，因而形成電流導(dǎo)熱性由于金屬晶體中自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度 低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度延展性由于金屬晶體中金屬鍵是沒(méi)

3、有方向性的，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍保持 金屬鍵的作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而不斷裂3、金屬的熔點(diǎn)部分金屬的熔點(diǎn)金屬NaMgAlCr熔點(diǎn)/C97.56506601900設(shè)問(wèn)為什么金屬晶體熔點(diǎn)差距如此巨大？結(jié)論：金屬晶體內(nèi)部微粒之間的作用存在差異，即金屬的熔點(diǎn)高低與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。設(shè)問(wèn)影響金屬鍵的強(qiáng)弱的因素是什么呢？金屬的熔點(diǎn)、硬度與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬鍵的強(qiáng)弱又可以用原子化熱來(lái)衡量。原子化熱是指 固體完全氣化成相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)原子時(shí)吸收的能量。根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請(qǐng)你總結(jié)影響金屬鍵的因素金屬NaMgAlCr原子外圍電子排布3s13s23s23p13d54s1原子半徑/pm18

4、6160143.1124.9原子化熱/kJ mol-1108.4146.4326.4397.5熔點(diǎn)/C97.565066019001mol金屬2 / 64.影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素(1) 金屬元素的原子半徑(2) 單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目一般而言：金屬元素的原子半徑越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)目越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度 越大，熔、沸點(diǎn)越高。如：同一周期金屬原子半徑越來(lái)越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來(lái)越高，硬度越來(lái)越大；同 一主族金屬原子半徑越來(lái)越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來(lái)越低，硬度越來(lái)越小。練習(xí)1下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯(cuò)誤的是(B )A.金屬鍵沒(méi)有方向性B.金屬鍵是金屬

5、陽(yáng)離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用C.金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D.金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)2.金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價(jià)電子數(shù)的多少有關(guān)，價(jià)電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽(yáng)離子的半徑大小也有 關(guān)，金屬陽(yáng)離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是(B)A. Li Na K B. Na Mg AIC. Li Be Mg D. Li Na Mg晶體1.晶體(1)定義:通過(guò)結(jié)晶過(guò)程形成的具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。 通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。2.晶胞晶體的最小重復(fù)單元，通過(guò)晶胞在空間平移無(wú)隙地堆砌而成的晶體。整塊晶體是由完全等同的晶胞無(wú) 隙并置

6、堆積而成?！盁o(wú)隙并置”即一個(gè)晶胞與它的比鄰晶胞是完全共頂角、共面、共棱、取向一致，無(wú)間 隙，從一個(gè)晶胞到另一個(gè)晶胞只需平移，不需轉(zhuǎn)動(dòng)。如 C1- NaNa.C丄可以選為晶胞的多面體很多，只要它們可無(wú)隙并置地充滿整個(gè)微觀空間，即具有平移性，都可以選 取，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，若不指明，三維的習(xí)用晶胞”都是平行六面體。如金屬鎂，在歷史上曾用六方柱作為它的晶胞，而有人說(shuō)，一個(gè)六方柱體晶胞包含三個(gè)布拉維晶胞。實(shí)際上這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的，我們只能選取任 何一個(gè)平行六面體為晶胞，而不能同時(shí)選三個(gè)，因?yàn)樵谕粋€(gè)六方柱體里的三個(gè)平行六面體盡管無(wú)隙并 置，從一個(gè)平行六面體到另一個(gè)平行六面體需要轉(zhuǎn)動(dòng)，并非平移關(guān)系。忠告：永遠(yuǎn)

7、不要把晶胞看成孤立的多面體，而應(yīng)視為晶體微觀空間中的一個(gè)單元，看見(jiàn)它，就要想像它的 上下左右前后有完全相同的晶胞。思考:3 / 64、球的密堆積球的密堆積：由無(wú)方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總 是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。密堆積方式因充分利用了空間，而 使體系的勢(shì)能盡可能降低，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。直徑相等的圓球狀金屬原子在三維空間緊密地堆積，稱為等徑球的堆積。II型非密置層密置層行列對(duì)齊四球一空非最緊密排列行列相錯(cuò)三球一空最緊密排列1空隙數(shù)2計(jì)算：三球成一個(gè)隙，每球6個(gè)隙，實(shí)際有62空隙/一球3球數(shù)1三維堆積：按照非密置層和

8、密置層的方式在三維空間堆積，就得到金屬晶體的4種基本堆積方式：簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方密堆積、六方密堆積。（1）非密置：I.簡(jiǎn)單立方堆積總結(jié)：長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)：頂 拓展：-1/8棱-1/4面-1/2丿心-1金剛石 ci-oNa+NaCl一維堆積:二維堆積:4 / 6以便萸好地考察這種堆枳的晶胞形成簡(jiǎn)單立方晶胞，配位數(shù)=6，空間利用率較低52%，金屬釙(Po)采取這種堆積方式。(球體計(jì)算公43、式：r)3n.體心立方堆積這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中。得到的是體心立方堆積，如 金屬K、Na、Cr、Mo、W等。配位數(shù)=8,空間利用率=6

9、8.02%。(2)密置：IJLUUJJJJ相鄰非密蓋層原子的原子核在同一直線上的堆積為漬晰起見(jiàn)我們使金屬原子不相接姬,6bb5 / 6一層等徑圓球的堆積方式：在一個(gè)層中，最緊密堆積方式是，一個(gè)球與周圍六個(gè)球相切，中心的周圍形成六個(gè)凹位。6 / 6二層等徑圓球的堆積方式：對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1,3,5位。（6位，其情形是一樣的）第三層球有2種放法，第一種是每個(gè)球正對(duì)第一層：若第一層為A，第二層為B,ABAB重復(fù)下去，這樣形成的堆積稱六方最密堆積，配位數(shù)12（同層6,上下層各3 ）。74.05%。已知a=bzc :- = : =90,=120在晶胞中有兩個(gè)球證明：在圖中ABDC四球緊密接觸成正四面體，所以ABDQ是邊長(zhǎng)為a的正四面體。所以邊長(zhǎng)的正四面體高的2倍?？芍猚=1.633a晶胞體積為：AB.AQ.c.sin600而球的體積為：24二（-）33224二(a)3-32二74.05%a a 1.633