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1、专题专题3 3 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质2.2.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：大家都知道晶体有固定的几何外形、有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，固定
2、的熔点，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，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉晶体，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呢？它们又是靠的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？什么作用结合在一起的呢？教科书教科书 P32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
3、的方式结合的呢？方式结合的呢？大多数金属单质都有较高的熔点，说明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？了什么？金属能导电又说明了什么？分析：分析：通常情况下，金属原子的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，它们可以从金属晶体内部，它们可以从金属原子上金属原子上“脱落脱落”下来下来,形成自由流动的电子。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。（1）定义：定义：金属离子和自由电子之间
4、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:无方向性无方向性二、金属键与金属的物理性质二、金属键与金属的物理性质1.1.金属键金属键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,具有良好具有良好的延展性的延展性,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
5、通常情况下金属晶体内部电子的运动是自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由流动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流移动形成电流导电物质导电物质电解质电解质金属晶体金属晶体状状 态态导电粒子导电粒子升升 温温 时时导电能力导电能力导电本质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，自由电子在金属晶体中，存在许
6、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，因在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流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部分，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，因而在一定外力作用下，只发生形变而作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂不断裂金属金属
7、Na MgAlCr熔点熔点/97.56506601900部分金属的熔点部分金属的熔点（4 4）金属的熔点）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。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？3.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
8、由电金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。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，硬度越来越内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大大,如如NaMgAl；同一主族金属原子半径越来越大，；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，硬单位体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小度越来越小,如如LiNaK。总总 结结金属键的概念金属键的概念运用金属键的知识解释金
9、属的物理运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性性质的共性和个性影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素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。晶体晶体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晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。晶胞与
10、晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金样，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有一定规律的属原子的紧密堆积是有一定规律的。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能充分利用空间的堆积密粒子总是趋向于能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。度最大的那些结构。密堆积方式因充分利用了空间，而使密堆积方式因充分利用了空间，
11、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。金属晶体金属晶体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 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 三维空间堆积方式（三维空间堆积方式（4种）种）.简单立方堆积简单立方堆积形成形成简单立方晶胞简单立方晶胞，空间利用率较低，金属钋，空间利用率较低，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。这是非密置层另一种堆
12、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,Na,Cr等等。.体心立方堆积体心立方堆积.面心立方密堆积面心立方密堆积六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图.六方密堆积六方密堆积简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立方晶胞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堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结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
13、1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个晶胞个晶胞共有，在面心的为共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。全属于该晶胞。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个晶胞共个晶胞共有，在面心的为有，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个晶胞个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。共享，处于体心的金属
14、原子全部属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8+1=2长方体晶胞长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：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-11.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 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习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原子子是是N原原子子，它它的的化化学学式为式为A BMNC D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