3.3金屬鍵金屬晶體課件

第三節(jié)金屬晶體已學(xué)過的金屬知識(shí)金屬的分類按密度分重金屬：銅、鉛、鋅等輕金屬：鋁、鎂等冶金工業(yè)黑色金屬：鐵、鉻、錳有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬按儲(chǔ)量分常見金屬：鐵、鋁等稀有金屬：鋯、釩、鉬4.5g/cm3金屬元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征Ti金屬樣品金屬的特點(diǎn)①常溫下，單質(zhì)都是固體，汞(Hg)除外；②大多數(shù)金屬呈銀白色，有金屬光澤，但金(Au)——色，銅(Cu)——色，鉍(Bi)——色，鉛(Pb)——色。

黃紅微紅

藍(lán)白

大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固定的熔點(diǎn)，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華力結(jié)合在一起，金剛石等都是原子晶體，靠共價(jià)鍵相互結(jié)合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結(jié)合在一起的呢？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。大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說明了什么？金屬能導(dǎo)電又說明了什么？說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,說明金屬晶體中存在著能夠自由流動(dòng)的電子。描述金屬鍵本質(zhì)的理論是電子氣理論。一、金屬鍵電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)電的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。遍布整塊晶體的“電子氣”被所有原子所共有，從而把所有的金屬原子維系在一起。1、金屬鍵的定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。（1）成鍵微粒：金屬原子（陽離子）和自由電子。（2）金屬鍵存在：金屬單質(zhì)、合金。（3）金屬鍵特征：沒有方向性、飽和性。2、金屬晶體：通過金屬鍵形成的晶體。（1）在晶體中，不存在單個(gè)分子（2）金屬原子（陽離子）被自由電子所包圍。

金屬晶體金屬原子自由電子二.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【討論1】

金屬為什么易導(dǎo)電？在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是沒有一定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下自由電子就會(huì)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。晶體類型離子晶體金屬晶體導(dǎo)電時(shí)的狀態(tài)導(dǎo)電粒子水溶液或

熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動(dòng)的離子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：1、導(dǎo)電性【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱？自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時(shí)，那個(gè)區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動(dòng)速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。2、導(dǎo)熱性【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？

原子晶體受外力作用時(shí)，原子間的位移必然導(dǎo)致共價(jià)鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。3、延展性金屬的延展性自由電子+金屬離子金屬原子位錯(cuò)+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++相對(duì)滑動(dòng)4、金屬光澤和顏色由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。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Na

MgAlCr原子外圍電子排布3s1

3s23s23p13d54s1原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱/kJ·mol-1108.4146.4326.4397.5熔點(diǎn)/℃97.56506601900部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點(diǎn)

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衡量。原子化熱是指1mol金屬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。P33有的金屬軟如蠟,有的金屬軟如鋼;有的金屬熔點(diǎn)低,有的金屬熔點(diǎn)高,為什么?三.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越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來越高，硬度越來越大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來越低，硬度越來越小。總結(jié)金屬鍵的概念運(yùn)用金屬鍵的知識(shí)解釋金屬的物理性質(zhì)的共性和個(gè)性影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素知識(shí)回顧：三種晶體類型與性質(zhì)的比較晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體概念相鄰原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合而成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以范德華力相結(jié)合而成的晶體通過金屬鍵形成的晶體作用力構(gòu)成微粒物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)硬度導(dǎo)電性實(shí)例金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅

Ar、S等Au、Fe、Cu、鋼鐵等共價(jià)鍵范德華力金屬鍵原子分子金屬原子和自由電子很高很低差別較大很大很小差別較大無（硅為半導(dǎo)體）無導(dǎo)體1.下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯(cuò)誤的是()A.金屬鍵沒有方向性

B.金屬鍵是金屬陽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)B練習(xí)2.下列有關(guān)金屬元素特性的敘述正確的是()A.金屬原子只有還原性,金屬離子只有氧化性

B.金屬元素在化合物中一定顯正化合價(jià)

C.金屬元素在不同化合物中化合價(jià)均不相同

D.金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體B3.金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無關(guān)的是()A.金屬不透明并具有金屬光澤

B.金屬易導(dǎo)電、傳熱

C.金屬具有較強(qiáng)的還原性

D.金屬具有延展性C4.能正確描述金屬通性的是()A.易導(dǎo)電、導(dǎo)熱

B.具有高的熔點(diǎn)

C.有延展性

D.具有強(qiáng)還原性AC5.下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識(shí)解釋的是（）

A.

用鐵制品做炊具B.用金屬鋁制成導(dǎo)線

C.用鉑金做首飾D.鐵易生銹D6.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)；與金屬陽離子的半徑大小也有關(guān)，金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB7下列敘述正確的是（）

A.任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子

B．原子晶體中只含有共價(jià)鍵

C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)鍵

D．分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)鍵B美麗的晶體

(1)通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。

(2)晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。什么是密堆積密堆積：由無方向性的金屬鍵、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。金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶體的原子堆積模型（a）非密置層

（b）密置層配位數(shù)=4配位數(shù)=6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金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成.那么,非密置層在三維空間里堆積有幾種方式？請(qǐng)比較不同方式堆積時(shí)金屬晶體的配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別。思考與交流三維空間堆積方式Ⅰ.簡(jiǎn)單立方堆積1、簡(jiǎn)單立方堆積釙PO型形成簡(jiǎn)單立方晶胞，空間利用率較低52％，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。簡(jiǎn)單立方晶胞空間利用率立方體的棱長(zhǎng)為2r，球的半徑為r2r過程：1個(gè)晶胞中平均含有1個(gè)原子V球=V晶胞=（2r）3=8r3空間利用率==52%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。Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。Ⅱ.體心立方堆積體心立方堆積鉀型配位數(shù)：8空間占有率：68.02%2、體心立方堆積ab空間利用率=a123456第二層：對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。(或?qū)?zhǔn)2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，

關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？

上圖是此種六方堆積的前視圖ABABA

第一種：將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球123456

于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即ABAB堆積方式，形成六方堆積。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3)Ⅲ.六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積

六方密堆積六方最密堆積A3：金屬晶體的原子空間堆積模型3六方堆積方式的金屬晶體：Mg、Zn、Ti

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個(gè)周期。這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3)Ⅳ.面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積

面心立方（銅型）金屬晶體的原子空間堆積模型4BCA

ABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？我們來加以說明。面心立方最密堆積分解圖鎂型，六方堆積銅型，面心立方堆積簡(jiǎn)單立方鉀型（體心立方堆積）鎂型（六方密堆積）銅型（面心六方密堆積）合金(1)定義：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。(2)合金的特性

①合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬

(低，高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；)②具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。

低金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體，即在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)各有—個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共有(如圖)。金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量。