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1、第一单元金属键 金属晶体第1页，本讲稿共39页一一.已学过的金属知识已学过的金属知识1.金属的分类金属的分类(1)黑色金属和有色金属黑色金属和有色金属(2)重金属和轻金属重金属和轻金属 4.5g/cm3(3)稀有金属和常见金属稀有金属和常见金属第2页，本讲稿共39页2.金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属元素在周期表中的位置及原子结构特征第3页，本讲稿共39页二二.金属键金属键 描述金属键的最简单的理论是描述金属键的最简单的理论是“电子气电子气”理论理论.该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的整块晶体的“电子气电
2、子气”.这些电子不是专属于某几个特定这些电子不是专属于某几个特定的金属离子的金属离子,而是均匀分布于整个晶体中而是均匀分布于整个晶体中,被所有原子共被所有原子共用用,从而把所有的金属原子维系在一起从而把所有的金属原子维系在一起.金属原子则金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”中中.第4页，本讲稿共39页1.定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。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 存在存在:金属单质和合金中金属单质和合金中3.方向性方向性:无方向性无方向性第5页，本讲稿共39页4.4.
3、金属的共性金属的共性:具有金属光泽具有金属光泽,能导电能导电,导热导热,具具有良好的延展性有良好的延展性,金属的这些共性是有金属晶体中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的化学键和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6页，本讲稿共39页通常情况下金属内部电子的运动是不固定的，但通常情况下金属内部电子的运动是不固定的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流在外加电场的作用下会定向移动形成电流第7页，本讲稿共39页导电物质导电物质电解质溶液或熔融液电解质溶液或熔融液金属晶体金属晶体状态状态导电粒子导电粒子升温时导电能力升
4、温时导电能力导电本质导电本质第8页，本讲稿共39页相对滑动相对滑动第9页，本讲稿共39页5.金属的特性注：金属的熔点硬度和金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以注：金属的熔点硬度和金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。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金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。相互远离的气态原子时吸收的能量。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Na MgAlCr原子外围电子排步3s1 3s23s23p13d54s1原子半径/pm186160143.1124.9原子化热/KJ*mol-11
5、08.4146.4326.4397.5熔点/97.56506601900第10页，本讲稿共39页6.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如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由如：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；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电子数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，硬度越来越小。减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。第11页
6、，本讲稿共39页黄铁矿黄铁矿第12页，本讲稿共39页萤石萤石第13页，本讲稿共39页水晶水晶第14页，本讲稿共39页绿色鱼眼石绿色鱼眼石第15页，本讲稿共39页菱锰矿菱锰矿第16页，本讲稿共39页三三.金属晶体金属晶体1.晶体晶体(1)定义定义:通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。(2)其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的周期性周期性,即隔一定距离重复出现。即隔一定距离重复出现。2.晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单元晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单元3.原子的密堆
7、积方式原子的密堆积方式第17页，本讲稿共39页密堆积的定义密堆积的定义:密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结密堆积：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、离子或分子等微观粒子总是趋向合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。那些结构。密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可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。能降低，而结构稳定。第18页，本讲稿共39页第19页，本讲稿共39页第20页，本讲稿共39页这样得到的是简单立方堆积
8、这样得到的是简单立方堆积,自然界只有钋自然界只有钋(Po)(Po)采用这种排采用这种排列列.第21页，本讲稿共39页这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层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。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22页，本讲稿共39页第23页，本讲稿共39页第24页，本讲稿共39页123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，关
9、键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。积方式。第25页，本讲稿共39页 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即 AB AB AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积方式，形成六方紧密堆积堆积。配位数配位数 12 12。(同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 )第26页，本讲稿共39页六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图第27页，本讲稿共39页 第三层的第
10、三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2 2，4 4，6 6 位位，不同不同于于 AB AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C C 层。层。123456123456123456第28页，本讲稿共39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 第四层再排第四层再排 A A，于是形成于是形成 ABC ABC ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。得到面心立方堆积得到面心立方堆积。配位数配位数 12 12 。(同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 )第29页，本讲稿共39页BCA ABC ABC ABC ABC 形
11、式的堆积，为什么形式的堆积，为什么是面心立方堆积？是面心立方堆积？我们来加以说明。我们来加以说明。第30页，本讲稿共39页面心立方最密堆积分解图第31页，本讲稿共39页镁型，六方堆积镁型，六方堆积铜型，面心立方堆积铜型，面心立方堆积第32页，本讲稿共39页4.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33页，本讲稿共39页金晶体的最小重复单元金晶体的最小重复单元(也称晶胞也称晶胞)是面心立方体，即在立是面心立方体，即在立方体的方体的8 8个顶点各有个顶点各有个金原子，各个面的中心有一个金个金原子，各个面的中
12、心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有(如图如图)。金原子的。金原子的直径为直径为d d，用，用NANA表示阿伏加德罗常数，表示阿伏加德罗常数，M M表示金的摩尔质量。表示金的摩尔质量。(1)(1)金晶体每个晶胞中含有金晶体每个晶胞中含有 个金原子。个金原子。(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是钢性小球外，欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是钢性小球外，还应假定还应假定 。(3)一个晶胞的体积是多少一个晶胞的体积是多少?(4)金晶体的密度是多少金晶体的密度是多少?第34页，本讲稿共39页第35页，本讲稿共39页晶胞结构如图所示，则顶点上原子被晶胞结
13、构如图所示，则顶点上原子被_个个晶胞共有晶胞共有,侧棱上的原子被侧棱上的原子被_个晶胞所共个晶胞所共有，有，顶面棱上的原子被顶面棱上的原子被_个晶胞所共有个晶胞所共有思考思考:如果晶胞结构为六棱柱如果晶胞结构为六棱柱,结果如何结果如何?12 6 4第36页，本讲稿共39页晶体硼的基本结构单元都是晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有的原子晶体，其中含有20个个等边三角形和一定数目的顶等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原角，每个顶角上各有一个原子，试观察右边图形，回答：子，试观察右边图形，回答：这个基本结构单元由这个基本结构单元由
14、 个硼原子组成，个硼原子组成，键角是键角是 ，共含有，共含有 个个BB键。键。1230第37页，本讲稿共39页最最近近发发现现一一种种由由某某金金属属原原子子M和和非非金金属属原原子子N构构成成的的气气态态团团簇簇分分子子，如如图图所所示示顶顶角角和和面面心心的的原原子子是是M原原子子，棱棱的的中中心心和和体体心心的的原原子子是是N原子，它的化学式为原子，它的化学式为A BMNC D条件不够，无法写出化学式C第38页，本讲稿共39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(或金属与非或金属与非金属金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。(2)特点特点 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，高，低，高，介于两种成分金属的熔点之间；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、强度和机械具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。加工性能。低低第39页，本讲稿共39页