金屬鍵與金屬特性

1、專題三 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì),第一單元 金屬鍵 金屬晶體（1）,美麗的晶體,晶體的概念,晶體：,具有規(guī)則幾何外形的固體。,晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢?,構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)則排列的結(jié)果.,晶胞:反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位.,晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成晶體。,已學(xué)過(guò)的金屬知識(shí),金屬的分類,按密度分,冶金工業(yè),按儲(chǔ)量分,4.5g/cm3,大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固定的熔點(diǎn)，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華

2、力結(jié)合在一起，金剛石等都是原子晶體，靠共價(jià)鍵相互結(jié)合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結(jié)合在一起的呢？,1.非金屬原子之間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合成單質(zhì)或化合物，活潑金屬與活潑非金屬通過(guò)離子鍵結(jié)合形成了離子化合物。那么，金屬單質(zhì)中金屬原子之間是采取怎樣的方式結(jié)合的呢？2.你能歸納出金屬的物理性質(zhì)嗎?你知道金屬為什么具有這些物理性質(zhì)嗎?,金屬鍵與金屬的特性,分析： 通常情況下，金屬原子的部分或全部

3、外圍電子受原子核的束縛比較弱，在金屬晶體內(nèi)部，它們可以從金屬原子上“脫落”下來(lái)的價(jià)電子，形成自由流動(dòng)的電子。這些電子不是專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子，是均勻分布于整個(gè)晶體中。,大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說(shuō)明了什么？金屬能導(dǎo)電又說(shuō)明了什么？,說(shuō)明金屬晶體中存在著強(qiáng)烈的相互作用;金屬具有導(dǎo)電性,說(shuō)明金屬晶體中存在著能夠自由流動(dòng)的電子。,（1）定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。,（2）形成 成鍵微粒: 金屬陽(yáng)離子和

4、自由電子 存 在: 金屬單質(zhì)和合金中（3）方向性: 無(wú)方向性,1.金屬鍵,2. 金屬的物理性質(zhì) 具有金屬光澤,能導(dǎo)電,導(dǎo)熱,具有良好的延展性,金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學(xué)鍵和金屬原子的堆砌方式所導(dǎo)致的,（1）導(dǎo)電性（2）導(dǎo)熱性（3）延展性,通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)是自由流動(dòng)的，但在外加電場(chǎng)的作用下會(huì)定向移動(dòng)形成電流,所以金屬具有導(dǎo)電性。,（1）導(dǎo)電性,（2）導(dǎo)熱性,金

5、屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞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。,（3）延展性,金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒(méi)有方向性，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂,因此在一定強(qiáng)度的外力作用下,金屬可以發(fā)生形變,表現(xiàn)為良好的延展性。,金屬的延展性,小結(jié)：,在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子定

6、向運(yùn)動(dòng)，因而形成電流,由于金屬晶體中自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度,由于金屬晶體中金屬鍵是沒(méi)有方向性的，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍保持金屬鍵的作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而不斷裂,根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，請(qǐng)你總結(jié)影響金屬鍵的因素,部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點(diǎn),金屬的熔點(diǎn)、硬度與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬鍵的強(qiáng)弱又可以用原子化熱來(lái)衡量。原子化熱是指1mol金屬固

7、體完全氣化成相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)原子時(shí)吸收的能量。,有的金屬軟如蠟,有的金屬硬如鋼;有的金屬熔點(diǎn)低,有的金屬熔點(diǎn)高,為什么?,影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素,（1）金屬元素的原子半徑（2）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目一般而言： 金屬元素的原子半徑越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)目越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。 如：同一周期金屬原子半徑越來(lái)越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來(lái)越高，硬度越來(lái)越大；同一主族

8、金屬原子半徑越來(lái)越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來(lái)越低，硬度越來(lái)越小。,總 結(jié),金屬鍵的概念運(yùn)用金屬鍵的知識(shí)解釋金屬的物理性質(zhì)的共性和個(gè)性影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素,1. 下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯(cuò)誤的是 ( ) A. 金屬鍵沒(méi)有方向性 B. 金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子之間存在 的強(qiáng)烈的靜電吸引作用 C. 金屬鍵中的電子屬于整塊金屬 D. 金屬的性質(zhì)和金屬固

9、體的形成都與金屬鍵有關(guān),B,練 習(xí),2. 下列有關(guān)金屬元素特性的敘述正確的是 ( ) A. 金屬原子只有還原性,金屬離子只有氧化性 B. 金屬元素在化合物中一定顯正化合價(jià) C. 金屬元素在不同化合物中化合價(jià)均不相同 D. 金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體,B,3. 金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無(wú)關(guān)的是( ) A. 金屬不透明并具有金屬光澤 B. 金屬易導(dǎo)電

10、、傳熱 C. 金屬具有較強(qiáng)的還原性 D. 金屬具有延展性,C,4. 能正確描述金屬通性的是 ( ) A. 易導(dǎo)電、導(dǎo)熱 B. 具有高的熔點(diǎn) C. 有延展性 D. 具有強(qiáng)還原性,AC,5. 下列生活中的問(wèn)題，不能用金屬鍵知識(shí)解釋的是 （ ） A. 用鐵制品做炊具

11、 B. 用金屬鋁制成導(dǎo)線 C. 用鉑金做首飾 D. 鐵易生銹,D,6. 金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價(jià)電子數(shù)的多少有關(guān)，價(jià)電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽(yáng)離子的半徑大小也有關(guān)，金屬陽(yáng)離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是( ) A. Li Na K B. Na Mg Al

12、 C. Li Be Mg D. Li Na Mg,B,黃鐵礦,螢 石,水晶,綠色魚(yú)眼石,1. 晶體（1）定義:通過(guò)結(jié)晶過(guò)程形成的具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。 通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。,閱讀教科書P30的化學(xué)史話 人類對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),金屬晶體,2.晶胞,什么是晶胞？ 晶體中能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位 說(shuō)明：

13、 晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。,金屬晶體,1. 金屬晶體的堆積方式和對(duì)應(yīng)的晶胞,,二維平面堆積方式,I 型,II 型,行列對(duì)齊四球一空 非最緊密排列,行列相錯(cuò)三球一空最緊密排列,密置層,非密置層,三維空間堆積方式,Ⅰ. 簡(jiǎn)單立方堆積,形成簡(jiǎn)單立方晶胞，

14、空間利用率較低52％ ，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。,這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中,得到的是體心立方堆積。,Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。,Ⅱ. 體心立方堆積,第一層 ：,第二層 ： 對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 ),關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。,上圖是此種六方

15、堆積的前視圖,A,第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球,,,,,,,,于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方堆積。,配位數(shù) 12 ( 同層 6，上下層各 3 ),Ⅲ.六方堆積,鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積,六方最密堆積分解圖,,,,,,,,,,,此種立方緊密堆積的前視圖,A,第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周期。 這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。,配位數(shù) 12 ( 同層 6， 上下

16、層各 3 ),Ⅳ.面心立方堆積,金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積,①簡(jiǎn)單立方堆積,② 體心立方堆積 ——體心立方晶胞,③ 六方堆積 ——六方晶胞,④面心立方堆積——面心立方晶胞,堆積方式及性質(zhì)小結(jié),,,,,,,2. 晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算（平均值）,頂點(diǎn)占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,體心占1,2.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算,在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)

17、為：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有。 微粒數(shù)為：8×1/8 + 6×1/2 = 4,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：8×1/8 + 1 = 2,長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)： 頂點(diǎn)----1/8 棱----1/4 面心----1/2

18、 體心----1,（1）體心立方：,（2）面心立方：,（3）六方晶胞：,合金,（1）定義：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。,例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。,（2） 合金的特性 ① 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低， 高，介于兩種

19、成分金屬的熔點(diǎn)之間；) ②具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。,低,1. 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，則晶胞中的原子數(shù)是 .如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則晶胞中的原子數(shù)是 .,練 習(xí),8×1/8 +1=2,12×1/6+2×1/2 + 3 = 6,2. 最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示．頂

20、角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)式為( ),A．　　　 B．MN　　　　C．　　　　 D．條件不夠，無(wú)法寫出化學(xué)式,,,C,練 習(xí),練 習(xí),A,3.合金有許多特點(diǎn),如鈉-鉀合金 ( 含鉀50% ~80%)為液體，而鈉鉀的單質(zhì)均為固體，據(jù)此推測(cè)生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中，熔點(diǎn)最低的是 ( )