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BYYUSHEN選修三晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)金屬晶體與離子晶體思考1:從上述的金屬的應(yīng)用來說,金屬有哪些共同的物理性質(zhì)呢?一、金屬共同的物理性質(zhì)比較易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬的光澤等思考2:金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢?二、金屬的結(jié)構(gòu)1、電子氣理論:由于金屬原子的最外層電子數(shù)比較少,容易失去電子形成為金屬離子,金屬原子釋放出的價(jià)電子不專門屬于某個(gè)特定的金屬離子,而為許多的金屬離子所共有,并在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動,這些電子又稱之為自由電子。金屬脫落下來的價(jià)電子幾乎均勻分布在整個(gè)晶體中,像遍布整塊金屬的“電子氣”,從而把所有金屬原子維系在一起。組成粒子:金屬陽離子和自由電子3、金屬晶體:通過金屬鍵結(jié)合形成的單質(zhì)晶體。金屬單質(zhì)和合金都屬于金屬晶體微粒間作用力:金屬鍵2、金屬鍵:金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵(電子氣理論)特征:金屬鍵可看成是由許多原子共用許多電子的一種特殊形式的鍵,這種鍵既沒有方向性,也沒有飽和性,金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動,使得金屬呈現(xiàn)出特有的屬性。4、電子氣理論對金屬的物理性質(zhì)的解釋在金屬晶體中,充滿著帶負(fù)電的“電子氣”(自由電子),這些電子氣的運(yùn)動是沒有一定方向的,但在外加電場的條件下,自由電子定向運(yùn)動形成電流,所以金屬容易導(dǎo)電。不同的金屬導(dǎo)電能力不同,導(dǎo)電性最強(qiáng)的三中金屬是:Ag、Cu、Al⑴金屬導(dǎo)電性的解釋晶體類型電解質(zhì)金屬晶體導(dǎo)電時(shí)的狀態(tài)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電時(shí)發(fā)生的變化導(dǎo)電能力隨溫度的變化水溶液或
熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動的離子自由電子思考:電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電,這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同?化學(xué)變化物理變化增強(qiáng)減弱“電子氣”(自由電子)在運(yùn)動時(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“電子氣”(自由電子)能量增加,運(yùn)動速度加快,通過碰撞,把能量傳給金屬離子?!半娮託狻保ㄗ杂呻娮樱┰跓岬淖饔孟屡c金屬原子頻繁碰撞從而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。⑵金屬導(dǎo)熱性的解釋當(dāng)金屬受到外力作用時(shí),晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動,但不會改變原來的排列方式,彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用,所以在各原子層之間發(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)生形變金屬鍵不易斷裂。因此,金屬都有良好的延展性。⑶金屬延展性的解釋自由電子+金屬離子金屬原子錯(cuò)位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬離子和自由電子自由電子在外加電場的作用下發(fā)生定向移動自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對滑動仍保持相互作用【總結(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系
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。(4)金屬光澤和顏色金屬陽離子所帶電荷越多、離子半徑越小,金屬鍵越強(qiáng)。一般情況下,金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定。金屬鍵越強(qiáng),熔點(diǎn)就相應(yīng)越高,硬度也越大。影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素:金屬原子價(jià)電子越多,原子半徑越小,金屬離子與自由電子的作用力就越強(qiáng),晶體的熔沸點(diǎn)就越高,反之越低。(5)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)【思考4】已知堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大而遞減,試用金屬鍵理論加以解釋。
【思考5】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的大小。
同周期元素,從左到右,價(jià)電子數(shù)依次增大,原子(離子)半徑依次減弱,則單質(zhì)中所形成金屬鍵依次增強(qiáng),故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的大小順序是:鈉<鎂<鋁。同主族元素價(jià)電子數(shù)相同(陽離子所帶電荷數(shù)相同),從上到下,原子(離子)半徑依次增大,則單質(zhì)中所形成金屬鍵依次減弱,故堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大而遞減。1、金屬晶體熔點(diǎn)變化較大,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(qiáng)弱有密切關(guān)系.熔點(diǎn)最低的金屬:汞(常溫時(shí)成液態(tài));熔點(diǎn)很高的金屬:鎢(3410℃);鐵的熔點(diǎn):1535℃2、一般情況下,金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)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(qiáng),熔點(diǎn)就相應(yīng)越高,硬度也越大。但金屬性越弱如:KNaMgAlLiNaKRbCs﹥﹥﹥﹥﹤﹤﹤金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律熔點(diǎn)最低的金屬是--------汞[-38.87℃]熔點(diǎn)最高的金屬是--------鎢[3410℃]密度最小的金屬是--------鋰[0.53g/cm3]密度最大的金屬是--------鋨[22.57g/cm3]硬度最小的金屬是--------銫[0.2]硬度最大的金屬是--------鉻[9.0]最活潑的金屬是----------銫最穩(wěn)定的金屬是----------金延性最好的金屬是--------鉑[鉑絲直徑:mm]展性最好的金屬是--------金[金箔厚:mm]金屬之最晶體類型共價(jià)晶體分子晶體金屬晶體概念作用力構(gòu)成微粒物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)硬度導(dǎo)電性實(shí)例共價(jià)鍵范德華力金屬鍵原子分子金屬陽離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金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅
Ar、S等Au、Fe、Cu、鋼鐵等知識回顧:三種晶體類型與性質(zhì)的比較1、金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在()
A.金屬離子間的相互作用
B.金屬原子間的相互作用
C.金屬離子與自由電子間的相互作用
D.金屬原子與自由電子間的相互作用2、金屬能導(dǎo)電的原因是()
A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱
B.金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動
C.金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動
D.金屬晶體在外加電場作用下可失去電子CB練習(xí)金屬鍵的特征:自由電子可以在整塊金屬中自由移動,因此金屬鍵沒有方向性和飽和性。金屬鍵的本質(zhì):金屬鍵“電子氣理論”(自由電子理論)金屬原子脫落來的價(jià)電子形成遍布整個(gè)晶體的“電子氣”,被所有原子所共用,從而把所有的原子維系在一起。金屬陽離子和自由電子。存在于金屬單質(zhì)和合金中。金屬鍵的成鍵微粒:小結(jié)+11+17+17+11Na+Cl-NaClCl-Na+2Na+Cl2==2NaCl強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類。1、定義:由陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而成的晶體。2、成鍵粒子:陰、陽離子3、相互作用力:離子鍵
4、常見的離子晶體:二、離子晶體判斷正誤:1、離子晶體一定是離子化合物。2、含有離子的晶體一定是離子晶體。3、離子晶體中只含離子鍵。4、離子晶體中一定含金屬陽離子。5、由金屬元素與非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體?!痢獭痢痢僚湮粩?shù):離子晶體中,一個(gè)離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目??s寫為C.N.。Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+可見:在NaCl晶體中,鈉離子、氯離子按一定的規(guī)律在空間排列成立方體。(1)氯化鈉型晶胞5、晶胞類型:①鈉離子和氯離子位于立方體的頂角上,并交錯(cuò)排列。②鈉離子:體心和棱中點(diǎn);氯離子:面心和頂點(diǎn),或者反之。A、鈉離子和氯離子的位置:思考:與Na+等距離且最近的Na+
、Cl-
各有幾個(gè)?計(jì)算方法:均攤法頂點(diǎn)占1/8;棱占1/4;面心占1/2;體心占1與Na+等距離且最近的Na+
有:12個(gè)與Na+等距離且最近的Cl-有:6個(gè)B、每個(gè)晶胞含鈉離子、氯離子的個(gè)數(shù)---Cl----Na+NaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型(2)氯化銫型晶胞---Cs+---Cl-CsCl的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意圖(1)銫離子和氯離子的位置:銫離子:體心氯離子:頂點(diǎn);或者反之。(2)每個(gè)晶胞含銫離子、氯離子的個(gè)數(shù)銫離子:1個(gè);氯離子:1個(gè)(3)與銫離子等距離且最近的銫離子、氯離子各有幾個(gè)?銫離子:6個(gè);氯離子:8個(gè)CsCl晶胞(2)離子晶體硬而脆。(3)離子晶體不導(dǎo)電,熔化或溶于水后能導(dǎo)電(4)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(H2O),難溶于非極性溶劑
(如汽油,苯,CCl4)(1)離子晶體具有較高的熔點(diǎn),沸點(diǎn),難揮發(fā)。一般說來,陰陽離子的電荷數(shù)越大,離子半徑越小,則離子鍵越強(qiáng),離子晶體的熔沸點(diǎn)越高。如:熔點(diǎn)MgO>NaClKF>KCl>KBr>KI6、離子晶體的物理性質(zhì)離子晶體共價(jià)晶體分子晶體金屬晶體存在微粒陰陽離子原子分子金屬離子、自由電子微粒間作用離子鍵共價(jià)鍵范德華力金屬鍵主要性質(zhì)硬而脆,易溶于極性溶劑,熔化時(shí)能夠?qū)щ姡芊悬c(diǎn)高質(zhì)地硬,不溶于大多數(shù)溶劑,導(dǎo)電性差,熔沸點(diǎn)很高硬度小,水溶液能夠?qū)щ姡芊悬c(diǎn)低金屬光澤,是電和熱的良導(dǎo)體,熔沸點(diǎn)高或低實(shí)例食鹽晶體金剛石氨、氯化氫鎂、鋁各種晶體類型的比較1、若晶體類型不同,一般情況下:原子晶體>離子晶體>分子晶體。2、若晶體類型相同,則有:⑴離子晶體中,結(jié)構(gòu)相似時(shí),離子半徑越小,離子電荷越高,離子鍵就越強(qiáng),熔點(diǎn)就越高。⑵共價(jià)晶體中,結(jié)構(gòu)相似時(shí),原子半徑越小,共價(jià)鍵鍵長越短,鍵能越大,熔點(diǎn)越高。⑶分子晶體中(不含氫鍵時(shí)),分子組成和結(jié)構(gòu)相似時(shí),相對分子質(zhì)量越大,范德華力就越強(qiáng),熔點(diǎn)就越高。⑷金屬晶體中,離子半徑越小,離子電荷越高,金屬鍵就越強(qiáng),熔點(diǎn)就越高。合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的熔點(diǎn)低。物質(zhì)的熔點(diǎn)與晶體類型的關(guān)系總結(jié)歸納1、下表列出了有關(guān)晶體的知識,其中錯(cuò)誤的是()2、下列物質(zhì)的晶體,按其熔點(diǎn)由低到高的排列順序正確的是()A.NaCl、SiO2、CO2
B.NaCl、CO2、SiO2C.NaCl、MgO、SiO2
D.NaCl、SiO2、MgO
3、用離子的電荷和半徑解釋下列離子晶體熔點(diǎn)高低的順序。(1)MgO>KCl(2)MgO>SrS(3)NaF>NaCl>NaBrABCD晶體硫化鉀干冰金剛石碘組成晶體的微粒陰陽離子分子原子分子晶體微粒間存在的作用力離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵范德華力BC練習(xí)三、過渡晶體與混合型晶體練習(xí):如圖所示,在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中,每一個(gè)最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為
,每個(gè)C完全擁有C-C數(shù)為
。石墨中C-C夾角為:120°,
C-C鍵長:1.42×10-10m層間距:3.35×10-10m空間層狀結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)
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