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1、第一单元金属键金属晶体第1页，本讲稿共38页已学过的金属知识已学过的金属知识金属的分类金属的分类按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：第2页，本讲稿共38页分析：分析：通常情况下，金属原子的部分或全部通常情况下，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属晶体内部，它们
2、可以从金属原子上“脱落脱落”下来的价电子，形成自由流动的下来的价电子，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。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说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有导金属具有导电性电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。金属键与金属的特性第3页，本讲稿共38页（1）定义：定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相
3、互作用。（2）形成）形成 成键微粒成键微粒:金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 存存 在在:金属单质和合金中金属单质和合金中（3）方向性）方向性:无方向性无方向性一、金属键与金属的物理性质1.金属键第4页，本讲稿共38页2.2.金属的物理性质金属的物理性质 具有金属光泽具有金属光泽,能导电能导电,导热导热,具有良好的延展具有良好的延展性性,金属的这些共性是有金属晶体中的化学键和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金属原子的堆砌方式所导致的（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性 第5页，本讲稿共38页导电物质电解质金属晶体状 态导电粒子升
4、温 时导电能力导电本质溶液或熔融液溶液或熔融液固态或液态固态或液态阴离子和阳离子阴离子和阳离子自由电子自由电子增强增强减弱减弱电解过程电解过程自由电子的自由电子的定向移动定向移动第6页，本讲稿共38页小结：小结：共 性金属晶体与性质的关系导电性导热性延展性在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流成电流由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从而
5、使整块金属达到相同的温度分，从而使整块金属达到相同的温度由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的作用，因而在一定发生相对滑动以后，仍保持金属键的作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂外力作用下，只发生形变而不断裂第7页，本讲稿共38页金属Na MgAlCr熔点/97.56506601900部分金属的熔点3、金属的熔点为什么金属晶体熔点差距如此巨大？为什么金属晶体熔点差距如此巨大？结论：结论：金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属的熔点高低与金属键的强弱有关。
6、金属的熔点高低与金属键的强弱有关。影响金属键的强弱的因素是什么呢？影响金属键的强弱的因素是什么呢？第8页，本讲稿共38页根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属Na MgAlCr原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半径/pm186160143.1124.9原子化热/kJmol-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
7、原子化热来衡量。原子化热是指用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全气化成相金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。互远离的气态原子时吸收的能量。第9页，本讲稿共38页4.影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素（1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目一般而言：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金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由
8、电子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，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。硬度越来越小。第10页，本讲稿共38页1.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ()A.金属键没有方向性金属键没有方向性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的强烈的静电吸引作用C.金属键中的电子属于整块金属金属键中的电子属于整块金属
9、D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键金属的性质和金属固体的形成都与金属键 有关有关B练 习第11页，本讲稿共38页2.金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半半径大小径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属也有关，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键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 A.Li Na K B.Na Mg Al C.Li Be Mg D.Li Na MgB第12页，本讲稿共38页萤 石黄铁矿水晶菱锰矿第13页，本讲稿共38页1.
10、晶体晶体(1)(1)定义定义:通过结晶过程形成的具有规则几何通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。外形的固体叫晶体。通常情况下，大多数金属单质及其通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。合金也是晶体。阅读教科书阅读教科书P34的化学史话的化学史话 人类对晶体结构的认识人类对晶体结构的认识晶体晶体第14页，本讲稿共38页2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位位 说明：说明：晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。晶胞与晶
11、体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、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有一定规律的。第15页，本讲稿共38页 3.3.密堆积：密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力等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。用空间的堆积密度最大的那些结构。密堆积方
12、式因充分利用了空间，而使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。体系的势能尽可能降低，而结构稳定。第16页，本讲稿共38页金属晶体1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞金属晶体的堆积方式和对应的晶胞教科书教科书 P35P35第17页，本讲稿共38页 二维平面堆积方式I 型II 型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层第18页，本讲稿共38页 三维空间堆积方式.简单立方堆积简单立方堆积第19页，本讲稿共38页形成简单立方晶胞，空间利用率较低52，金属钋（Po）采取这种堆积方式
13、。第20页，本讲稿共38页这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入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。下层金属原子形成的凹穴中。得到的是体心立方堆积，如金属得到的是体心立方堆积，如金属K等等。第21页，本讲稿共38页.体心立方堆积体心立方堆积第22页，本讲稿共38页第23页，本讲稿共38页123456 第二层第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的)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关键是第三层
14、，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。堆积方式。第24页，本讲稿共38页 上图是此种六方上图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图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于是每两层形成一个周期，即期，即 AB AB 堆积方式，堆积方式，形成六方紧密堆积。形成六方紧密堆积。配位数配位数 12 (同层同层 6，上下层各，上下层各 3).六方密堆积六方密堆积第25页，本讲稿共38页六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图第26页，本讲稿共38页 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。1
15、23456123456123456第27页，本讲稿共38页123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。配位数配位数 12 12(同层同层 6 6，上下层各上下层各 3)3).面心立方密堆积面心立方密堆积第28页，本讲稿共38页BCA ABC ABC 形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。第29页，本讲稿共38页面心立方最密堆积分解图第30页，本讲稿共38页简单立方堆积简单立方堆积配位数=6空间利用率=52.36%体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立方晶胞
16、配位数=8空间利用率=68.02%六方密堆积六方密堆积 六方晶胞六方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%面心立方密堆积面心立方密堆积面心立方晶胞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堆积方式及性质小结第31页，本讲稿共38页2.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占顶点占1/8棱占棱占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1第32页，本讲稿共38页2.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算(3)六方晶胞：在六方体顶点的微粒为六方晶胞：在六方体顶点的微粒为6个晶胞共个晶胞共有，在面心的为有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属个晶胞
17、共有，在体内的微粒全属于该晶胞。于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6 (2)面心立方：在立方体顶点的微粒为面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，个晶胞共有，在面心的为在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 (1)体心立方：在立方体顶点的微粒为体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。于体心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8+1=2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶顶-1/8 棱棱-1/4 面面-1/2 心心-1
18、第33页，本讲稿共38页1.右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞练练 习习第34页，本讲稿共38页2.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 BMNC D条件不够，无法写出化学式C练 习第35页，本讲稿共38页5.合金合金(1)定义：把两种或两种以上的金属定义：把两种或两种以上的金属(或金属或金属与非金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的
19、物质熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。叫做合金。例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故）；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金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。合物。第36页，本讲稿共38页(2)(2)合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，低，高，介于两种成分金属的熔点之间；高，介于两种成分金属的熔点之间；)具有比各成分金属更好的硬度、强度和具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。机械加工性能。低低第37页，本讲稿共38页练 习A3.合金有许多特点,如钠-钾合金(含钾50%80%)为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是 A.生铁 B.纯铁 C.碳 D.无法确定第38页，本讲稿共38页