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1、金属键金属晶体第1页，本讲稿共43页第2页，本讲稿共43页晶体的概念晶体的概念晶体：晶体：具有规则几何外形的固体。具有规则几何外形的固体。晶体为什么具有规则的几何外形呢晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排列的结果.晶胞晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位反映晶体结构特征的基本重复单位.晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。第3页，本讲稿共43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
2、、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：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm3第4页，本讲稿共43页 大家都知道晶体有固定的几何外形、有固定的大家都知道晶体有固定的几何外形、有固定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石等都是原子晶体，靠共价键相互合在一起，金刚石等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一
3、起的呢？呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？第5页，本讲稿共43页1.1.非金属原子之间通过共价键结合成单质非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，活泼金属与活泼非金属通过或化合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么，离子键结合形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？方式结合的呢？2.2.你能归纳出金属的物理性质吗你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金你知道金属为什么具有这些物理性质吗属为什么具有这些物理性质吗?金属键与金属的特性金属键与金属的特性第6页，本讲稿共43页分析：分析：通常情况下，金属原子的
4、部分或全通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在部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金属晶体内部，它们可以从金属原子上“脱落脱落”下来，形成自由流动的电子。下来，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属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。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？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;金属具有导电性金属具有导电性,说
5、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。第7页，本讲稿共43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（4）饱和性：）饱和性：无饱和性无饱和性1.1.金属键金属键第8页，本讲稿共43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,具有良好的延具有良好的延展性展性,金属的这些共性是由金属晶体中的化学键和金属的
6、这些共性是由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9页，本讲稿共43页通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流电流,所以金属具有导电性。所以金属具有导电性。（1）导电性）导电性第10页，本讲稿共43页（2）导热性）导热性 金属容易导热，是由于自由电子运动时与金金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低
7、的部分，从而使整块金属达到相同的温度。部分，从而使整块金属达到相同的温度。（3）延展性）延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互相互作用没有方向性作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂下，发生形变也不易断裂,因此在一定强度的外力因此在一定强度的外力作用下作用下,金属可以发生形变金属可以发生形变,表现为良好的表现为良好的延展性延展性。第11页，本讲稿共43页金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离
8、子金属原子金属原子位错位错+第12页，本讲稿共43页小结：小结：共共 性性金属晶体与性质的关系金属晶体与性质的关系导电性导电性导热性导热性延展性延展性在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加在金属晶体中，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，因而形成电流电场的作用下，自由电子定向运动，因而形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分，碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度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，各原子层由于金
9、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，因之间发生相对滑动以后，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而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂第13页，本讲稿共43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金属NaMgAlCr原子外围电子排布原子外围电子排布3s13s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kJmol-1108.4146.4326.4397.5熔点熔点/97.56506601900部分金属的原子半径、原子化热和熔点部分
10、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原子化热来衡量。原子化热是指以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全气化金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。成相互远离的气态原子时吸收的能量。有的金属软如蜡有的金属软如蜡,有的金属软如钢有的金属软如钢;有的金有的金属熔点低属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什么为什么?第14页，本讲稿共43页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
11、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金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越多，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。越多，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，单位体积内自由电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。来越低，硬度越来越小。第15页，本讲稿共43页总总
12、 结结v金属键的概念金属键的概念v运用金属键的知识解释金属的物理性质运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性的共性和个性v影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素第16页，本讲稿共43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D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关B练练 习习2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是下
13、列有关金属元素特性的叙述正确的是()A.金属原子只有还原性金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性金属离子只有氧化性B.金属元素在化合物中一定显正化合价金属元素在化合物中一定显正化合价C.金属元素在不同化合物中化合价均不相同金属元素在不同化合物中化合价均不相同D.金属元素的单质在常温下均为晶体金属元素的单质在常温下均为晶体B第17页，本讲稿共43页3.金属的下列性质与金属键无关的是金属的下列性质与金属键无关的是()A.金属不透明并具有金属光泽金属不透明并具有金属光泽B.金属易导电、传热金属易导电、传热C.金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性D.金属具有延展性金属具有延展性C4.能正确描述金属
14、通性的是能正确描述金属通性的是()A.易导电、导热易导电、导热B.具有高的熔点具有高的熔点C.有延展性有延展性D.具有强还原性具有强还原性AC第18页，本讲稿共43页5.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）A.用铁制品做炊具用铁制品做炊具B.B.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.D.铁易生锈铁易生锈D6.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，价电子数越多的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的金属键越强；与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，金属阳离子的也有关，金属阳离
15、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是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB第19页，本讲稿共43页黄铁矿黄铁矿萤萤 石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石第20页，本讲稿共43页1.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金属金属晶体晶体
16、第21页，本讲稿共43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位晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位说明：说明：晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼晶体中，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有一定规律的的紧密堆积是有一定规律的。第22页，本讲稿共43页金属晶体金属晶体1.金属晶体的
17、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第23页，本讲稿共43页 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型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最行列相错三球一空最紧密排列紧密排列密置层密置层非密置层非密置层第24页，本讲稿共43页 三维空间堆积方式三维空间堆积方式.简单立方堆积简单立方堆积第25页，本讲稿共43页形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，空间利用率较低5252 ，金属钋，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。第26页，本讲稿共43页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
18、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形成的凹穴中,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等属于体心等属于体心立方堆积立方堆积。.体心立方堆积体心立方堆积第27页，本讲稿共43页第28页，本讲稿共43页第一层第一层 ：第29页，本讲稿共43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，对第一、二层
19、来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。堆积方式。第30页，本讲稿共43页上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA第一种：第一种：将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即ABAB堆积方式，形成六方堆积方式，形成六方堆积。堆积。配位数配位数12(同层同层6，上下层各，上下层各3).六方堆积六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 第31页，本讲稿共43页六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图第32页，本讲稿共43页第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第
20、一层的的 2 2，4 4，6 6 位，不同位，不同于于 AB AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C C 层。层。123456123456123456第33页，本讲稿共43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，于是形成，于是形成ABCABC三层一个周期。三层一个周期。这种这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。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).面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 第34页，本讲稿共43页简单立方堆积
21、简单立方堆积配位数配位数=6空间利用率空间利用率=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配位数配位数=8空间利用率空间利用率=68.02%六方堆积六方堆积 六方晶胞六方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数=12空间利用率空间利用率=74.05%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结第35页，本讲稿共43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)第36页，本讲稿共43页顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1第37页，本讲稿共43页2.晶胞
22、中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个个晶胞共有。晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。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
23、胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶点顶点-1/8棱棱-1/4面心面心-1/2体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：第38页，本讲稿共43页合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。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。故合金
24、）；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物。可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。第39页，本讲稿共43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40页，本讲稿共43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
25、的原子数是.钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习81/8+1=2121/6+21/2+3=6第41页，本讲稿共43页2.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子是原子是N原子，它的化学式为原子，它的化学式为()ABMNCD条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式C练 习第42页，本讲稿共43页练 习A3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金(含钾含钾50%80%)为液体，而钠钾的单质均为固为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是熔点最低的是()A.生铁生铁B.纯铁纯铁C.碳碳D.无法确定无法确定第43页，本讲稿共43页