金屬鍵金屬晶體課件

微粒(wēilì)間作用力與物質性質金屬(jīnshǔ)鍵金屬(jīnshǔ)晶體*共六十五頁已學過的金屬(jīnshǔ)知識金屬(jīnshǔ)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、錳以外的金屬按儲量分常見金屬：鐵、鋁等稀有金屬：鋯、釩、鉬4.5g/cm3共六十五頁金屬元素在周期表中的位置(wèizhi)及原子結構特征共六十五頁Ti金屬(jīnshǔ)樣品共六十五頁金屬(jīnshǔ)的特點①常溫下，單質都是固體，汞(Hg)除外(chúwài)；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

藍白共六十五頁

大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固定的熔點，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華力結合在一起，金剛石等都是原子晶體，靠共價鍵相互結合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬(jīnshǔ)是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結合在一起的呢？共六十五頁1.非金屬原子之間通過共價鍵結合成單質或化合物，活潑金屬與活潑非金屬通過離子鍵結合形成了離子化合物。那么，金屬單質中金屬原子之間是采取怎樣的方式結合的呢？2.你能歸納出金屬的物理性質嗎?你知道金屬為什么具有(jùyǒu)這些物理性質嗎?金屬(jīnshǔ)鍵與金屬(jīnshǔ)的特性共六十五頁分析：

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，在金屬晶體內部，它們(tāmen)可以從金屬原子上“脫落”下來的價電子，形成自由流動的電子。這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體中。大多數(shù)金屬單質(dānzhì)都有較高的熔點，說明了什么？金屬能導電又說明了什么？說明金屬晶體中存在著強烈的相互作用;金屬具有導電性,說明金屬晶體中存在著能夠自由流動的電子。共六十五頁二.金屬鍵

描述金屬鍵的最簡單的理論是“電子(diànzǐ)氣”理論.該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”.這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子,而是均勻分布于整個晶體中,被所有原子共用,從而把所有的金屬原子維系在一起.金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”中.共六十五頁（1）定義：

金屬離子(lízǐ)和自由電子之間的強烈的相互作用。（2）形成(xíngchéng)

成鍵微粒:

金屬陽離子和自由電子

存在:金屬單質和合金中（3）方向性:無方向性1.金屬鍵共六十五頁2.金屬(jīnshǔ)的物理性質

具有金屬光澤,能導電,導熱,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鍵和金屬原子的堆砌方式所導致的（1）導電性（2）導熱性（3）延展性

共六十五頁【討論1】金屬為什么易導電？在金屬晶體(jīngtǐ)中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下自由電子就會發(fā)生定向運動，因而形成電流，所以金屬容易導電。晶體類型離子晶體金屬晶體導電時的狀態(tài)導電粒子水溶液或

熔融(róngróng)狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動的離子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導電的區(qū)別：三、金屬晶體的結構與金屬性質的內在聯(lián)系1、金屬晶體結構與金屬導電性的關系共六十五頁【討論2】金屬(jīnshǔ)為什么易導熱？自由電子在運動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運動速度(sùdù)加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。金屬容易導熱，是由于自由電子運動時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，從而使整塊金屬達到相同的溫度。2、金屬晶體結構與金屬導熱性的關系共六十五頁【討論(tǎolùn)3】金屬為什么具有較好的延展性？

原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導致共價鍵的斷裂，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)生相對滑動以后，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、金屬(jīnshǔ)晶體結構與金屬(jīnshǔ)延展性的關系共六十五頁金屬(jīnshǔ)的延展性自由電子+金屬離子金屬原子位錯+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++共六十五頁相對滑動共六十五頁4、金屬晶體結構具有(jùyǒu)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(ɡèzhǒnɡ)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。當金屬成粉末狀時，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。共六十五頁根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請你總結影響(yǐngxiǎng)金屬鍵的因素金屬NaMgAlCr原子外圍電子排布3s13s23s23p13d54s1原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱/kJ·mol-1108.4146.4326.4397.5熔點/℃97.56506601900部分金屬的原子半徑(bànjìng)、原子化熱和熔點

金屬的熔點、硬度與金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強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離的氣態(tài)原子時吸收的能量。P33有的金屬軟如蠟,有的金屬軟如鋼;有的金屬熔點低,有的金屬熔點高,為什么?共六十五頁四.金屬晶體(jīngtǐ)熔點變化規(guī)律1、金屬晶體熔點變化(biànhuà)較大，與金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子之間的金屬鍵的強弱有密切關系．熔點最低的金屬：汞（常溫時成液態(tài)）熔點很高的金屬：鎢（3410℃）鐵的熔點：1535℃2、一般情況下，金屬晶體熔點由金屬鍵強弱決定：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多，金屬鍵越強，熔點就相應越高，硬度也越大。但金屬性越弱如：KNaMgAlLiNaKRbCs﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤共六十五頁影響金屬鍵強弱(qiánɡruò)的因素（1）金屬元素的原子半徑（2）單位體積內自由電子的數(shù)目一般而言：

金屬元素的原子半徑越小，單位體積內自由電子數(shù)目越大，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點越高。

如：同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體積內自由電子數(shù)增加，故熔點(róngdiǎn)越來越高，硬度越來越大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內自由電子數(shù)減少，故熔點(róngdiǎn)越來越低，硬度越來越小。共六十五頁總結金屬鍵的概念運用金屬鍵的知識解釋(jiěshì)金屬的物理性質的共性和個性影響金屬鍵強弱的因素共六十五頁1.下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是()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烈的靜電吸引作用C.金屬鍵中的電子(diànzǐ)屬于整塊金屬D.金屬的性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有關B練習2.下列有關金屬元素特性(tèxìng)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C.金屬元素在不同化合物中化合價均不相同D.金屬元素的單質在常溫下均為晶體B共六十五頁3.金屬(jīnshǔ)的下列性質與金屬(jīnshǔ)鍵無關的是()A.金屬不透明并具有金屬光澤B.金屬易導電、傳熱C.金屬具有較強的還原性D.金屬具有延展性C4.能正確描述金屬通性的是()A.易導電、導熱B.具有(jùyǒu)高的熔點C.有延展性D.具有強還原性AC共六十五頁5.下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋(jiěshì)的是（）A.

用鐵制品做炊具B.用金屬鋁制成導線C.用鉑金做首飾D.鐵易生銹D6.金屬鍵的強弱與金屬價電子數(shù)的多少有關，價電子數(shù)越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的半徑大小也有關，金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷(pànduàn)下列金屬熔點逐漸升高的是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB共六十五頁7下列敘述正確的是（）

A.任何(rènhé)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鍵

C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵

D．分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵B共六十五頁美麗(měilì)的晶體共六十五頁一、晶體(jīngtǐ)什么叫晶體(jīngtǐ)?構成晶體的微粒經(jīng)過結晶過程而形成的具有規(guī)則幾何外形

的固體。離子、分子、原子離子晶體分子晶體原子晶體晶體類型金屬晶體共六十五頁晶體(jīngtǐ)的概念晶體為什么具有規(guī)則(guīzé)的幾何外形呢?構成晶體的微粒有規(guī)則排列的結果.晶胞:反映晶體結構特征的基本重復單位.晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形成晶體。共六十五頁

說明：

晶體的結構是晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形成的。晶胞與晶體的關系如同(rútóng)磚塊與墻的關系。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。共六十五頁

通常情況下，大多數(shù)金屬單質及其合金(héjīn)也是晶體。閱讀教科書P34的化學(huàxué)史話

人類對晶體結構的認識共六十五頁原子的密堆積(duījī)方式共六十五頁密堆積(duījī)的定義:密堆積：由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互(xiānghù)配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結構。密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢能盡可能降低，而結構穩(wěn)定。共六十五頁二維平面堆積(duījī)方式I型II型行列對齊(duìqí)四球一空非最緊密排列行列相錯三球一空最緊密排列密置層非密置層共六十五頁三維空間(sānwéikōngjiān)堆積方式Ⅰ.簡單(jiǎndān)立方堆積共六十五頁1、簡單(jiǎndān)立方堆積釙PO型共六十五頁形成簡單立方晶胞，空間利用率較低52％，金屬(jīnshǔ)釙（Po）采取這種堆積方式。共六十五頁這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層(xiàcéng)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(tǐxīn)立方堆積。Ⅱ.體心立方堆積共六十五頁共六十五頁體心立方(lìfāng)堆積鉀型配位數(shù)：8空間占有率：68.02%共六十五頁123456第二層：對第一層來講最緊密(jǐnmì)的堆積方式是將球對準1，3，5位。(或對準2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，

關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以(kěyǐ)有兩種最緊密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？共六十五頁

上圖是此種六方堆積(duījī)的前視圖ABABA

第一種：將第三層球對準(duìzhǔn)第一層的球123456

于是每兩層形成一個周期，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

共六十五頁六方密堆積(duījī)共六十五頁六方最密堆積(duījī)A3：金屬(jīnshǔ)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共六十五頁

第三層的另一種排列方式，是將球對準第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456共六十五頁123456此種立方緊密(jǐnmì)堆積的前視圖ABCAABC

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

共六十五頁面心立方(lìfāng)（銅型）金屬晶體(jīngtǐ)的原子空間堆積模型4共六十五頁BCA

ABCABC形式的堆積，為什么是面心立方(lìfāng)堆積？我們來加以說明。共六十五頁面心立方最密堆積(duījī)分解圖共六十五頁鎂型，六方堆積(duījī)銅型，面心立方(lìfāng)堆積共六十五頁簡單(jiǎndān)立方鉀型（體心(tǐxīn)立方堆積）鎂型（六方密堆積）鎂型（六方密堆積）共六十五頁①簡單(jiǎndān)立方堆積配位數(shù)=6空間利用率=52.36%②體心立方堆積(duījī)——體心立方晶胞配位數(shù)=8空間利用率=68.02%③六方堆積——六方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%④面心立方堆積——面心立方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%堆積方式及性質小結共六十五頁晶胞(jīnɡbāo)中金屬原子數(shù)目的計算(平均值)共六十五頁頂點(dǐngdiǎn)占1/8棱上占1/4面心占1/2體心(tǐxīn)占1共六十五頁晶胞(jīnɡbāo)結構如圖所示，則頂點上原子被______個晶胞共有,側棱上的原子被_______個晶胞所共有，頂面棱上的原子被_______個晶胞所共有思考:如果(rúguǒ)晶胞結構為六棱柱,結果如何?1264共六十五頁2.晶胞中微粒(wēilì)數(shù)的計算在六方體頂點(dǐngdiǎn)的微粒為6個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，在體內的微粒全屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：12×1/6+2×1/2+3=6

在立方體頂點的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。

微粒數(shù)為：8×1/8+6×1/2=4

在立方體頂點的微粒為8個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：8×1/8+1=2長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻：頂點----1/8棱----1/4面心----1/2體心----1(1)體心立方：(2)面心立方：(3)六方晶胞：共六十五頁合金(héjīn)(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叫做(jiàozuò)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。故合金可以認為是具有金屬特性的多種元素的混合物。共六十五頁(2)合金的特性

①合金的熔點比其成分中金屬(jīnshǔ)

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

低共六十五頁1.右圖是鈉晶體的晶胞(jīnɡbāo)結構，則晶胞中的原子數(shù)是

.如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則晶胞中的原子數(shù)是

.鈉晶體的晶胞練習8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=6共六十五頁2.最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬(jīnshǔ)原子M和非金屬(jīnshǔ)原子N構成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示．頂角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學式為()A．B．MNC．D．條件(tiáojiàn)不夠，無法寫出化學式C練習共六十五頁金晶體的最小重復單元(也稱晶胞(jīnɡbāo))是面心立方體，即在立方體的8個頂點各有—個金原子，各個面的中心有一個金原子，每個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表示金的摩爾質量。(1)金晶體每個晶胞中含有

個金原子。

(2)欲計