金属键和金属晶体结构理论
第一章金属的晶体结构 本章重点与难点: ①金属键; ②最常见

第一章金属的晶体结构本章重点与难点:①金属键;②最常见的晶体结构:面心立方结构(fcc)、体心立方结构(bcc)、密排六方结构(hcp);晶向指数和晶面指数;③晶体中存在的缺陷:点缺陷、面缺陷、线缺陷。
内容提要:固体物质的原子是由键结合在一起。
这些键提供了固体的强度和有关电和热的性质。
由于原子间的结合键不同,我们经常将材料分为金属、聚合物和陶瓷三类。
金属的原子之间时依靠金属键结合在一起的。
在结晶固体中,材料的许多性能都与其内部原子排列有关,可将晶体分为7种晶系,14种布拉菲点阵。
金属中最常见的晶体结构有面心立方结构(fcc)、体心立方结构(bcc)、密排六方结构(hcp)结构。
本章还介绍了晶向、晶面的概念及其表示方法(指数),因为这些指数被用来建立晶体结构和材料性质及行为间的关系。
实际的晶体结构中存在着一些缺陷,根据几何形态特征,分为点缺陷、面缺陷、线缺陷。
基本要求:1.建立原子结构的特征,了解影响原子大小的各种因素。
3.建立单位晶胞的概念,以便用来想像原子的排列;在不同晶向和镜面上所存在的长程规则性;在一维、二维和三维空间的堆积密度。
4.熟悉常见晶体中原子的规则排列形式,特别是bcc,fcc以及hcp。
我们看到的面心立方结构,除fcc金属结构外,还有NaCl结构和金刚石立方体结构。
5. 掌握晶向、晶面指数的标定方法。
一般由原点至离原点最近一个结点(u,v,w)的连线来定其指数。
如此放像机定为[u,v,w]。
u,v,w之值必须使互质。
晶面指数微晶面和三轴相交的3个截距系数的倒数,约掉分数和公因数之后所得到的最小整数值。
若给出具体的晶向、镜面时会标注“指数”时,会在三维空间图上画出其位置。
6.认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。
注意位错线与柏氏矢量,位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力方向之间的关系。
7 了解位错的应力场和应变能,位错的增殖、塞积与交割。
第一节金属1 金属原子的结构特点金属原子的结构特点是外层电子少,容易失去。
金属键

金属键一、金属键的涵义1定义:金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用所形成的化学健叫金属键。
2强度:金属键的强弱与原子半径、价电子数有关。
原子半径越小,价电子越多,金属键就越强。
3对性质的影响:金属键越强,金属晶体的熔、沸点就越高、硬度就越大。
同一主族从上到下,价电子数相同,原子半径依次增大,金属键依次减弱;同一周期从左到右,价电子数依次增多,原子半径依次减小,金属键依次增强。
4金属晶体:通过金属键所形成的晶体叫做金属晶体。
5金属的原子结构特点(1)自由电子:金属原子的价电子比较少,容易失去价电子变成金属阳离子,这些释放出的电子在整个晶体中可以自由地运动,这些价电子叫做自由电子。
(2)自由电子的特性:价电子不专属某个或某几个金属原子,为整个晶体所有。
“自得自失,互得互失”。
(3)金属晶体的结成:金属阳离子、自由电子。
正因为金属晶体中存在自由电子,所以表现出一些相似的物理性质。
二、对金属物理通性的解释1、金属的物理通性:金属都具有一定的金属光泽、延展性、导电性、导热性,A、金属光泽:大多数金属呈现银白色,是因为自由电子能吸收所有频率的光又立即将它们反射出来。
在粉末状时多显灰色或黑色,如Pt、Ag在粉末时呈黑色,是因为金属粉末表面凹凸不平,光线照射地上面经过多次反射和吸收后,几乎全部被吸收,所以呈黑色。
B、不透明:由于各种波长的光在金属表面都能被自由电子阻挡,所以除极薄的铂片外,金属都不透明。
C、导电性:自由电子在电场作用下作定向移动的结果。
D、导热性:自由电子通过碰撞,把能量从高温部分传到低温部分,从而使整个晶体达到同样的温度。
E、延展性:金属阳离子与自由电子之间的作用不是固定的,所以在外力作用下可以产生相对的滑动,滑动的结果,金属发生了形变,但各层之间的金属键的作用仍然存在,金属并没有断裂,所以大多数金属都有不同程度的延展性。
(说明:如果外力的作用破坏了金属键的作用,金属还是会发生断裂的。
)F如:白金丝拉到直径为1/5000 mm不断裂;金箔可过到厚度为1/10000 mm。
金属学与热处理第一章 金属的晶体结构

晶体结构特征:
点阵参数: a1=a2=a3=a,
α 1=α 2=α 3=1200
平面轴X1、X2、X3和Z轴的夹角=90 ——四轴坐标系
O
Z轴的单位长度=c,用a、c两个量来度量
点阵参数:α=β=90º, γ=120º; a1=a2=a3≠c, 理想状态:c/a=1.633
第一章 金属的晶体结构
本章教学目的
建立金属晶体结构的理想模型 揭示金属的实际晶体结构
§1-1 金属
一. 金属的特性和概念
1. 特性
金属通常表现出的特性:良好的导电性、导 热性、塑性、金属光泽、不透明。
2. 概念
(1) 传统意义上的概念。 (2) 严格意义上的概念:具有正的电阻温度系 数的物质,即电阻随温度的升高而增加的物质。
晶向─晶体点阵中,由阵点组成的任一直线,代 表晶体空间内的一个方向,称为晶向。 晶面─晶体点阵中,由阵点所组成的任一平面, 代表晶体的原子平面,称为晶面。
1.晶向指数的标定
晶向指数─用数字符号定量地表示晶向,这种数字符 号称为晶向指数。 以晶胞为基础建立三维坐标体系: z C′ O′ A′ c
γ O β α
晶体有各向异性, 非晶体则各向同性。
各向异性:不同方向上的性能有差异。
3.晶体与非晶体的相互转化性
玻璃
长时间保温
金属 极快速凝固
“晶态玻璃”
“金属玻璃”
非晶新材料的发展:光、电、磁、耐蚀 性、高强度等方面的高性能等。
二.晶体学简介
1.晶体结构模型的建立
(1) 假设:原子为固定不动的刚性小球,每个原子 具有相同的环境。
O′
z B′
C′
1-3-1 金属的晶体结构

2
一、典型金属的晶体结构
最常见的金属晶体结构有三种:面心立方结 构、体心立方结构和密排六方结构。 本节主要讨论原子的排列方式、晶胞内原子 数、点阵常数、原子半径、原子配位数、致密度 和原子间隙大小。 下面分别加以讨论:
3
1、原子排列方式
1) 球体的紧密堆积
① 单一质点的等大球体最紧密堆积,如纯金属晶体。 ② 几种质点的不等大球体的紧密堆积,如离子晶体。
16
2) 密排六方结构
属于六方紧密堆积,以ABABAB…的方式堆积, 从结构中可分析出六方晶胞。 具有这种结构的金属:Be、Mg、Zn、Cd、 -Ti和-Co。
3) 体心立方结构
属于体心立方紧密堆积,原子是以体心立方空间 点阵的形式排列,可分析出体心立方晶胞。
具有这种结构的金属:V、-Fe、Nb、Mo、 Cr和W。
3、晶胞中的原子数
1) 简单立方结构 (SC / Simple cubic)
1 8 1 8
20
2) 体心立方结构
(bcc / Body-centered cubic)
3) 面心立方结构
(fcc / Face-centered cubic)
1 8 1 2 8
1 1 8 6 4 8 2
第三层堆积的特征: 有两种完全不同的堆积方式。 a. 堆积在单层空隙位置 从垂直图面的方向观察,第三层球的位置正好与 第一层相重复。如果继续堆第四层,其又与第二 层重复,第五层与第三层重复,如此继续下去, 这种紧密堆积方式用ABABAB……的记号表示。
六方紧密堆积hcp (ABAB…)
对应ABAB……紧密堆积方式,其球体
r(Ag)=0.288nm, r(Al)=0.286nm,但都不能形成连续 (无限)固溶体,为什么? 3、(1)叙述形成固溶体的影响因素; (2)形成连续固溶体的充分必要条件是什么?
第一章金属的晶体结构

图2-6密排六方晶胞
第三节 晶体学概念
• • • • • • • 1.3.1 晶胞中的原子数 体心立方: 面心立方: 密排六方: 1.3.2 原子半径 1.3.3 配位数和致密度 配位数:指晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原 子数目。 • 体心立方晶体8个,面心立方12个,密排六方12个,所以 面心立方和密排六方致密度高 • 致密度分别为0.68、0.74、0.74
图2-5
面心立方晶胞
• (3)密排六方晶胞(close packed lattice hexagonal):密排六方晶体的晶胞如图1.6所示。 • 它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的 底面所组成的一个六方柱体。因此,需要用两个 晶格常数表示,一个是正六边形的边长a,另—个 是柱体的高c。在密排六方晶胞的每个角上和上、 下底面的小心都有一个原子,另外在中间还有三 个原子。因此,密排六方晶格的晶胞中所含的原 子数为:6×1/6×2+2×1/2+3=6个。 • 具有密排六方晶体结构的金属有Mg、Zn、Be、 Cd、α-Ti、α-Co等。
A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为 溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表 示, 亦可表示为Cu(Zn)。
• 固溶体特性:1固溶体成分可以在一定范围内变化, 在相图上表现为一个区域。2固溶体必须保持溶剂 组元的点阵类型。3纯金属结构有哪些类型,固溶 体也应有哪些类型,即固溶体本身没有独立的点 阵类型。4组元的原子尺寸不同会引起的点阵畸变, 原子尺寸相差越大,引起的畸变也越大。
• 1.3.4晶体中原子的排列方式(略) • 1.3.5 晶体结构中的间隙 • 三种典型晶体结构的四面体间隙、八面体间 隙(图1-13,1-14,1-15) • 间隙半径与原子半径之比rB/rA=?(见表1-2) • 可见面心立方结构八面体间隙比体心立方结 构四面体间隙还大,因此溶碳量大的分类 • 1.按溶剂分类 • (1)一次固溶体:以纯金属组元作为溶剂的 固溶体称为一次固溶体,也叫边际固溶体。 • (2)二次固溶体:以化合物为溶剂的固溶体 称二次固溶体,或叫中间固溶体。如电子 化合物、间隙相。 • 有的化合物和化合物之间,也可以相互溶 解而组成固溶体,如Fe3C和Mn3C,TiC和 TiN等。
金属的分子结构名词解释

金属的分子结构名词解释金属是一类具有特殊特性和广泛应用的物质,其结构与其他材料有着明显的区别。
金属的分子结构是指金属中原子的排列方式以及原子之间的相互作用。
下面将对金属分子结构涉及到的一些重要名词进行解释。
1. 金属晶体结构金属晶体结构是金属内部原子有序排列的方式。
最常见的金属晶体结构是面心立方(FCC) 和体心立方(BCC)。
在FCC结构中,金属原子以正六面体的形式排列,每个面心立方晶胞中有4个原子;而在BCC结构中,金属原子也以正六面体的形式排列,但每个体心立方晶胞中只有2个原子。
2. 点阵常数点阵常数是指晶格中相邻原子之间的距离。
对于FCC结构,点阵常数a是指相邻面心立方晶胞的边长;对于BCC结构,点阵常数a是指相邻体心立方晶胞的对角线长度。
3. 电子云金属中的原子通常会失去部分或全部的外层电子,形成正离子。
这些失去电子的原子核周围会形成电子云,是金属的重要特征。
电子云具有自由移动的特性,使得金属具有导电和热导的性质。
4. 金属键金属中的原子之间通过共享电子形成金属键。
金属键是一种强电子共享的键,使得金属原子能紧密地结合在一起。
5. 金属的堆积序金属的堆积序是指金属晶体中原子间的排列方式。
常见的堆积序包括紧密堆积、六方最密堆积和立方密堆积。
紧密堆积是一种原子以八面体或正十二面体堆积的方式,相邻两层原子的排列方式相互平行;六方最密堆积是一种原子以六边形堆积的方式,具有六方对称性;立方密堆积是一种原子以面心立方的方式堆积,具有四方对称性。
6. 晶胞晶胞是指晶体中最小的重复单元。
金属晶体的晶胞通常由多个原子组成,可以是立方形、正六面体形或其他几何形状。
7. 缺陷金属晶体中存在缺陷,主要包括点缺陷和线缺陷。
点缺陷指的是由于原子的缺失或替代等原因造成晶体结构中的局部不完整;线缺陷指的是晶格中某一部分原子排列出现错误,例如位错或脆性断裂。
8. 金属的相变金属在不同的温度和压力下可能会发生相变,即从一种晶体结构转变为另一种晶体结构。
机械工程材料:第二章 金属的晶体结构与结晶

亚晶界:实际金属晶体内部,晶粒内原子排列也不完全理想 的规则排列,也存在很小位向差的小晶块,即亚晶 粒,亚晶粒的交界即亚晶界。
在实际晶体中,这三种缺陷随加工条件变化而变化,可产 生、发展,也可消失,对材料性能有很大影响。
常见的利用增加材料的缺陷,提高强度的方法
第二章 金属的晶体结构与结晶
金属特性与金属键 金属的晶体结构 实际金属结构 金属的结晶 金属铸锭组织
一、金属特性与金属键
原子的构造
①金属原子的最外层轨道电子少。 ②金属原子易失去电子而成为正离子。 ③金属键
金属正离子与自由电子间的静电作用, 使金属原子结合起来形成金属整体。
金属特性
关系
①优良的导电性和导热性。 ①导电:在电势作用下,自由
②不透明和具有金属光泽。
电子定向移动;
③较高的强度和较好的塑性。②正的电阻温度系数:
④正的电阻温度系Βιβλιοθήκη 。T↗,离子振动↗,电子运动阻力↗ ③塑性:金属中离子与电子间能保
持一定的相对关系。
二、金属的晶体结构
1. 晶体的基本知识
晶体与非晶体 晶体:内部原子在空间呈一定的有规则排列,具有固定熔 点和各向异性。(金刚石、盐) 非晶体:内部原子是无规则堆积在一起的。没有固定的熔 点,具有各向同性。(玻璃、石蜡)
晶格(点阵) 表示晶体中的原子(正离子)排列方式的空间几何体。 假设:A.金属中的原子(正离子)都是刚性小球; B.金属中的原子都缩小为一个点,线将点连 接起来,线与线的交点为节点。
晶胞:表示晶格几何特征的最小几何单元。 (1)晶格常数: 棱边长度 (a,b,c),单位A0(10-10m) ; 轴间夹角 (α、β、γ ) (2)晶面、晶向 : 晶面:在晶体中通过原子中心的平面,用晶面指数表示。
金属材料晶体结构特征

金属材料晶体结构特征
1.原子排列有序:金属材料中的原子排列有序,呈现出高度的规则性和对称性。
这种有序排列决定了金属材料具有很高的韧性和强度。
2. 金属键:金属材料中的原子之间形成的是金属键,这种键的
强度比共价键或离子键要弱,但却能够保持金属材料的整体结构稳定。
3. 晶格结构:金属材料的晶体结构由晶格和点阵组成。
晶格是
一种由点阵排列而成的三维结构,每个点阵都代表着一种原子或离子的位置。
不同的金属材料有不同的晶格结构,如立方晶格、六方晶格、四方晶格等。
4. 点阵类型:不同的金属材料中,原子的排列方式也存在差异,可以分为充分填充型、半填充型和空穴型三种点阵类型。
5. 密堆积结构:金属材料的原子在晶体结构中的排列方式往往
是密堆积结构,这种结构可以使得金属材料的密度很高,同时也保证了金属材料的整体强度和韧性。
总的来说,金属材料的晶体结构特征决定了其在力学性能、热学性能、电学性能等方面的表现,对于金属材料的制备和应用都有着重要的意义。
- 1 -。
第四章 金属键

导体、半导体和绝缘体
晶体按导电性能的高低可以分为
导体 半导体 绝缘体
它们的导电性能不同,
是因为它们的能带结构不同。
导体
导体
Eg
导体
半导体
绝缘体 Eg
Eg
导体 在外电场的作用下,大量共有化电子很 易获得能量,集体定向流动形成电流。 E
从能级图上来看,是因为其共有化电子 很易从低能级跃迁到高能级上去。
上面介绍的是最早提出的经典自由电子理论.1930年前后,由于将量子 力学方法应用于研究金属的结构,这一理论已获得了广泛的发展.在金 属的物理性质中有一种最有趣的性质是,包括碱金属在内的许多金属 呈现出小量的顺磁性,这种顺磁性的大小近似地与温度无关.泡利曾在 1927年对这一现象进行探讨,正是这一探讨开辟了现代金属电子理论 的发展.它的基本概念是:在金属中存在着一组连续或部分连续的“自由 电子能级.在绝对零度时,电子(其数目为N个)通常成对地占据N/2个最 稳定的能级.按照泡利不相容原理的要求,每一对电子的自旋方向是相 反的;这样,在外加磁场中,这些电子的自旋磁矩就不能有效地取向.当 温度比较高时,其中有一些配对的电子对被破坏了,电子对中的一个电 子被提升到比较高的能级.未配对的电子的自旋磁矩能有效地取向, 所以使金属具有顺磁性.未配对电子的数目随着温度的升高而增多; 然而,每个未配对电子的自旋对顺磁磁化率的贡献是随着温度的升高 而减小的.对这二种相反的效应进行定量讨论,解释了所观察到的顺磁 性近似地与温度无关.
设孤立原子的一个能级 Enl ,它最多能容纳 2 (2 l +1) 个电子。 这一能级分裂成由 N条能级组成的能带后,能带最多 能容纳 2N(2l +1)个电子。
2N(2l+1)
什么是金属键理论

什么是金属键理论
金属键理论是描述金属晶体中原子之间化学作用力的理论。
根据该理论,金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键,是金属晶体内的基本作用力。
在金属晶体中,由于自由电子的存在和晶体的紧密堆积结构,使金属获得了共同的性质,例如具有较大的密度、有金属光泽、良好的导电性、导热性、机械加工性等。
金属键的强度可以由原子化热来衡量。
原子化热是指1mol金属转化成气态原子时所需要吸收的能量。
原子化热较小的金属,硬度较小、熔点较低;反之亦然。
金属键的强弱造成了不同金属晶体的熔沸点、硬度等性质的差异。
对此,不同的理论也有不同的解释层面。
例如,“电子气论”(即自由电子理论)认为,金属键的本质是自由电子与金属阳离子之间的静电作用,那么金属键的影响因素主要就是金属阳离子所带的电荷与离子半径(与离子电荷成正相关、与离子半径成反相关)。
以上信息仅供参考,建议查阅专业书籍或咨询专业人士获取更全面和准确的信息。
金属键金属晶体ppt课件.ppt

Na 3s1 186 108.4 97.5
Mg 3s2 160 146.4 650
Al 3s23p1 143.1 326.4
660
Cr 3d54s1 124.9 397.5 1900
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1mol金属固体完全气化成相互远离的 气态原子时吸收的能量。
⑷金属晶体结构具有金属光泽和颜色
• 由于自由电子可吸收所有频率的光,然 后很快释放出各种频率的光,因此绝大 多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而 某些金属(如铜、金、铯、铅等)由于 较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊 的颜色。
• 当金属成粉末状时,金属晶体的晶面取
向杂乱、晶格排列不规则,吸收可见光
后辐射不出去,所以成黑色。
a
ρ= m = 4 M/NA V 2 2 d3
解此类题的关键! 37
已知铜晶胞是面心立方晶胞,该晶胞的边长为 3.6210-10m,每一个铜原子的质量为1.0551025kg ,试回答下列问题:
(1)一个晶胞中“实际”拥有的铜原子数是多少?
(2)该晶胞的体积是多大?
(3)利用以上结果计算金属铜的密度。
2. 晶胞中微粒数个晶胞共享,处于体心的 金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为:8×1/8 + 1 = 2 (2)面心立方:
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有,在面心的为2 个晶胞共有。 微粒数为:8×1/8 + 6×1/2 = 4 (3)六方棱柱:
在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有,在面心的为2 个棱柱共有,在体内的微粒全属于该棱柱。 微粒数为:12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
(1)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 各面对角线上。的三个球两两相切
22人教版高中化学新教材选择性必修2--课时1 金属键与金属晶体

B. 反应中易失电子
C. 良好的延展性
D. 良好的导热性
[解析] A 、 C 、 D 三项都是金属共有的物理性质,这些性质都是由金属晶
体结构所决定的。 B 项,金属易失电子是由金属原子的结构决定的,和晶体
结构无关。
3. 下列关于金属键的叙述中,不正确的是( B )
A. 金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间的强烈相互
则熔、沸点比镁高,故答案选 C 。
5. 金属不透明的原因是( B )
A. 自由电子能够反射所有频率的光
B. 自由电子能够吸收所有频率的光并很快放出
C. 金属阳离子能够反射所有频率的光
D. 金属阳离子能够吸收所有频率的光
[解析] 由于固态金属中有“自由电子”,当可见光照射到金属表面上时,
“自由电子”能够吸收所有频率的光并很快放出,使得金属不透明。
性质。
知识点 金属键与金属晶体
1.金属键
(1)定义:在金属晶体中原子之间由金属阳离子与自由电子形成的强烈的
相互作用。
金属阳离子
自由电子
(2)成键粒子:① ____________和②__________。
金属单质
合金
(3)成键条件:③__________或④______。
(4)成键本质
价电子
电子气理论:金属原子脱落下来的⑤________形成遍布整块晶体的“电子
作用,其实质与离子键类似,也是一种电性作用
B. 金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所
以与共价键类似,也有方向性和饱和性
C. 金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键
无饱和性和方向性
D. 构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动
第3章金属的晶体结构

1.1 1.2 1.3 金属的特征 金属的晶体结构 实际金属晶体中的晶体缺陷
1.1
金属的特征
良好的导电性和导热性;
良好的延展性(塑性变形能力);
不透明,具有光泽;
具有正的电阻温度系数,即电阻随温度升 高而升高。
金属:最外层电子数少,易变 成自由电子——正电性元素
原子结合:电子逸出共有,结合 力较大,无方向性和饱和性;
原子半径: a / 2 配位数:
a
密排六方晶格的配位数
晶格常数
底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90
晶胞原子数:
c
1 1 12 2 3 6 6 2
原子半径: a / 2 配位数: 12
a
致密度: 0.74
表 常见晶格类型的晶格参数 BCC 常见金属 原子半径R 原子个数N 配位数CE 致密度K
例:体心立方单晶体Fe其弹性 模量在 <111>方向为290000MN/m 2, 而在<100>方向为135000MN/m 2 体心立方单晶体Fe在磁场中, 沿<100>方向磁化比沿<111>方向磁 化容易。
1.3
实际金属晶体中的晶体缺陷
实际使用的金属是多晶体,并存在晶体缺陷。
单晶体:内部晶格位向完全一致的晶体(理想晶体)。 如单晶Si半导体。 多晶体:由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错,用符号“┴”表 示,反之为负刃型位错,用“┬”表示。立体模型
(b)平面图 刃型位错示意图
(2)螺型位错
设想在简单立方晶体右端施加一切应力,使右端ABCD滑移面上下两
高中化学金属晶体与离子晶体

物质结构与性质金属晶体与离子晶体一、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等二、金属的结构1.“电子气理论”(自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有的原子维系在一起。
2.金属键:这种金属原子间由于电子气产生的作用(在金属晶体中,金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用)。
3、金属晶体:通过金属键作用形成的单质晶体金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小-金属键强,熔沸点高。
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系金属为什么易导电?在金属晶体中,存在着许多自由电子,这些自由电子的运动是没有一定方向的,但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动,因而形成电流,所以金属容易导电。
金属为什么易导热?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部分,从而使整块金属达到相同的温度。
金属为什么具有较好的延展性?金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性,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下,发生形变也不易断裂。
1、金属晶体的形成是因为晶体中存在A.金属离子间的相互作用B .金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用D.金属原子与自由电子间的相互作用2.金属能导电的原因是A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B .金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C .金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D .金属晶体在外加电场作用下可失去电子3、下列叙述正确的是A.任何晶体中,若含有阳离子也一定含有阴离子B .原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键,不含有共价键D .分子晶体中只存在分子间作用力,不含有其他化学键4、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低,而卤素单质的熔沸点从上到下却升高?四、金属晶体的密堆积结构1.下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A.金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性B.金属元素在化合物中一定显正价C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同D.金属单质的熔点总是高于分子晶体2.关于ⅠA族和ⅡA族元素的下列说法中正确的是A.同一周期中,ⅠA族单质的熔点比ⅡA族的高B.浓度都是0.01mol·L-1时,氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小C.氧化钠的熔点比氧化镁的高D.加热时碳酸钠比碳酸镁易分解关于离子晶体1、离子键2、成键的微粒:3、成键的本质:4、成键的条件:5.常见的离子化合物1、活泼的金属元素(IA、IIA)和活泼的非金属元素(VIA、VIIA)形成的化合物。
材料概论金属键特点

材料概论金属键特点金属键是指由金属元素形成的化学键,是一种相对较强的化学键。
金属键的特点主要有以下几个方面:1. 金属键的特殊电子结构:金属元素的外层电子结构具有特殊的特点,通常是一个或多个电子从外层能级跃迁到更高的能级形成自由电子。
这些自由电子在金属晶体中可以自由移动,形成了一种流动的电子气,与金属离子核形成强烈的相互作用力,从而形成金属键。
2. 金属键的金属性质:金属键具有一系列的金属性质,如良好的导电性、导热性、延展性和塑性等。
这是因为金属键的电子自由移动性使得电子可以在金属晶格中快速传递,从而导致了金属的导电性和导热性;同时,金属键的电子流动性也使得金属具有良好的延展性和塑性,可以通过外力改变形状而不断变形。
3. 金属键的晶体结构:金属键通常形成金属晶体,金属晶体通常具有紧密堆积的结构。
这是因为金属键的电子云对金属离子核的相互作用力较强,使得金属离子之间的距离较近,形成紧密堆积的结构。
金属晶体的晶格结构对金属的性质有重要影响,如晶格缺陷可以影响金属的强度和韧性。
4. 金属键的高熔点和高沸点:金属键的强度较高,使得金属具有较高的熔点和沸点。
这是因为金属键的电子云对金属离子核的相互作用力较强,需要克服较大的能量才能破坏金属键。
因此,金属通常具有较高的熔点和沸点,能够在较高温度下保持稳定。
5. 金属键的氧化性和还原性:金属键的电子自由移动性使得金属具有一定的氧化性和还原性。
金属可以失去自由电子形成阳离子,也可以接受外来电子形成阴离子。
这使得金属可以与非金属元素发生氧化还原反应,产生金属氧化物或金属化合物。
金属键是一种由金属元素形成的较强化学键,具有特殊的电子结构和一系列的金属性质。
金属键的特点主要体现在金属的导电性、导热性、延展性、塑性、高熔点和高沸点等方面。
金属键的电子自由移动性也赋予金属一定的氧化性和还原性。
金属键的特点使得金属在工业和生活中具有广泛的应用价值。
金属晶体及晶体结构的能带理论ppt实用资料

(b)
六 方 晶 胞
a
b
1b 3
2a
3
(C)六方晶胞中的圆球位置
金属晶体及晶体结构的能带理论
由下面的(d)、(e)图我们可清楚看出A3型堆积 中的四面体空隙和八面体空隙 在立方面心晶胞中,有8个四面体空隙,4个八面体空隙,见图5 (e)、(f)
图3(a)
金属晶体及晶体结构的能带理论
在密置双层中可形成两种空隙:即四面体空隙( 3个相邻的 A球+1个B球或3B+A)和八面体空隙(由3个A球和3个B球结合 而成,两层球的投影位置相互错开60º,连接这六个球的球心得 到一个正八面体3A+3B)。 如下图所示
(b)正四面体空隙
(c)正八面体空隙
金属晶体及晶体结构的能带理论
图2:等径圆球的密置层 2、密置列、密置层和密置双层 (图如2:图等2)径在圆密球置的层密中置每层个球都与周围六个球紧密接触,配位数为6,三个球形成一个三角形空隙,因此每个球分摊两个三角形空隙。 二(、如金 图属2)晶在体密结置构层密中堆每积个的球几都种与常周见围形六式个球紧密接触,配位数为6,三个球形成一个三角形空隙,因此每个球分摊两个三角形空隙。 面晶心胞立 中方球最的密配堆位积数(为A121,)球型的半径r与晶胞参数a的关系为 图4、2: 面等心径立圆方球最的密密堆置积层(A1)型 在(立如方 图面4(心b晶)胞(中c),)有8个四面体空隙,4个八面体空隙,见图5 (e)、(f) (这d种)自晶由胞电参子数我与们圆用球三半维径势的箱关模系型和电子能带理论进行处理。 4本、节面课心我立们方专最门密讨堆论积怎(样A用1)等型径圆球的密堆积模型来形成这种骨架。 叠以合后过 第程四为、:五将、第六二层层的球投的影球位心置投分影别到与第一层、中二由、三个层球重所合围。成的三角形空隙的中心上,及上、下两层密置层相互接触并平行地互相 错4、开面。心立方最密堆积(A1)型 二、金属晶体结构密堆积的几种常见 形式 2、密金置属列的、晶密体置结层构和,密除置A1双、层A3型外,还有体心立方堆积A2型。 二以、后金 第属四晶、体五结、构六密层堆的积投的影几位种置常分见别形与式第一、二、三层重合。 这在种由自 无由方电向子的我金们属用键三力维、势离箱子模键型力和电范子德能华带力理等论化进学行键处力理结。合的晶体中,原子、离子和分子等微粒总是趋向于相互配位数高,能充分 晶利胞用中 空球间的配堆位积数密为度大12的,那球些的结半构径。r与晶胞参数a的关系为 叠合过程为:将第二层球的球心投影到第一层中由三个球所围成的三角形空隙的中心上,及上、下两层密置层相互接触并平行地互相 错开。 (d)晶胞参数与圆球半径的关系
化学金属细节知识点总结

化学金属细节知识点总结金属元素的特性1. 金属元素的晶体结构:金属元素通常具有紧密的结晶结构,其原子之间通过金属键相互连接。
金属键是一种特殊的化学键,是由金属原子之间的电子云共享形成的。
金属键的存在使得金属元素具有良好的导电性和导热性,因为电子在金属中可以自由流动。
2. 金属元素的物理性质:金属元素通常具有良好的延展性和韧性。
这是由于金属元素的结晶结构和金属键的存在使得金属元素可以在受力作用下发生塑性变形,而不易断裂。
此外,金属元素的延展性还使得金属可以被拉成细丝或者轧制成薄片。
3. 金属元素的化学性质:金属元素通常具有较强的还原性,能够失去电子形成阳离子。
此外,金属元素在化学反应中通常是电负性较低的,因此通常表现出氧化性。
金属元素的化学反应1. 金属的氧化反应:金属在空气中与氧气发生氧化反应,产生金属氧化物。
金属氧化物通常是碱性或者弱碱性的,可以与酸发生中和反应,生成盐和水。
2. 金属的酸反应:金属与酸发生反应,生成氢气和相应的盐。
3. 金属的碱反应:金属与碱发生反应,生成氢气和相应的盐。
4. 金属的还原反应:金属在一些化学反应中可以发生还原反应,失去电子形成阳离子。
例如,金属可以与一些金属离子发生置换反应,生成新的金属和金属离子。
金属元素的应用1. 电工材料:金属元素具有良好的导电性和导热性,因此广泛应用于电线、电缆、电路板等电器材料中。
2. 结构材料:金属元素通常具有较好的机械性能,因此广泛应用于建筑结构、汽车、航空航天器等领域。
3. 金属合金:金属元素可以与其他元素合金化,形成具有特定性能的金属合金。
金属合金具有较好的性能,广泛应用于各种领域。
4. 化学催化剂:一些金属元素及其化合物具有较好的催化活性,被广泛应用于化学反应中。
总之,金属元素是化学中重要的一类元素,具有独特的物理化学性质及广泛的应用价值。
对金属元素的深入了解不仅有助于深入理解化学原理,同时也能够为金属材料的应用提供理论指导。
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金属键和金属晶体结构理论
在高中化学课本“金属键”一节中,简略地讲了金属键的自由电子理论和金属晶体的圆球密堆积结构。
在本节中将介绍这两种理论的有关史实,并对理论本身进一步加以阐述。
一、金属键理论及其对金属通性的解释
一切金属元素的单质,或多或少具有下述通性:有金属光泽、不透明,有良好的导热性与导电性、有延性和展性,熔点较高(除汞外在常温下都是晶体),等等。
这些性质是金属晶体内部结构的外在表现。
金属元素一般比较容易失去其价电子变为正离子,在金属单质中不可能有一部分原子变成负离子而形成离子键。
由于X射线衍射法测定金属晶体结构的结果可知,其中每个金属原子与周围8到12个同等(或接近同等)距离的其它金属原子相紧邻,只有少数价电子的金属原子不可能形成8到12个共价键。
金属晶体中的化学键应该属于别的键型。
1916年,荷兰理论物理学家洛伦兹(Lorentz.H.A.1853-1928)提出金属“自由电子理论”,可定性地阐明金属的一些特征性质。
这个理论认为,在金属晶体中金属原子失去其价电子成为正离子,正离子如刚性球体排列在晶体中,电离下来的电子可在整个晶体范围内在正离子堆积的空隙中“自由”地运行,称为自由电子。
正离子之间固然相互排斥,但可在晶体中自由运行的电子能吸引晶体中所有的正离子,把它们紧紧地“结合”在一起。
这就是金属键的自由电子理论模型。
根据上述模型可以看出金属键没有方向性和饱和性。
这个模型可定性地解释金属的机械性能和其它通性。
金属键是在一块晶体的整个范围内起作用的,因此要断开金属比较困难。
但由于金属键没有方向性,原子排列方式简单,重复周期短(这是由于正离子堆积得很紧密),因此在两层正离子之间比较容易产生滑动,在滑动过程中自由电子的流动性能帮助克服势能障碍。
滑动过程中,各层之间始终保持着金属键的作用,金属虽然发生了形变,但不至断裂。
因此,金属一般有较好的延性、展性和可塑性。
由于自由电子几乎可以吸收所有波长的可见光,随即又发射出来,因而使金属具有通常所说的金属光泽。
自由电子的这种吸光性能,使光线无法穿透金属。
因此,金属一般是不透明的,除非是经特殊加工制成的极薄的箔片。
关于金属的良好导电和导热性能,高中化学课本中已用自由电子模型作了解释。
上面介绍的是最早提出的经典自由电子理论。
1930年前后,由于将量子力学方法应用于研究金属的结构,这一理论已获得了广泛的发展。
在金属的物理性质中有一种最有趣的性质是,包括碱金属在内的许多金属呈现出小量的顺磁性,这种顺磁性的大小近似地与温度无关。
泡利曾在1927年对这一现象进行探讨,正是这一探讨开辟了现代金属电子理论的发展。
它的基本概念是:在金属中存在着一组连续或部分连续的“自由”电子能级。
在绝对零度时,电子(其数目为N个)通常成对地占据N/2个最稳定的能级。
按照泡利不相容原理的要求,每一对电子的自旋方向是相反的;这样,在外加磁场中,这些电子的自旋磁矩就不能有效地取向。
当温度比较高时,其中有一些配对的电子对被破坏了,电子对中的一个电子被提升到比较高的能级。
未配对的电子的自旋磁矩能有效地取向,所以使金属具有顺磁性。
(前一节中介绍价键理论的局限性时已指出,顺磁性物质一般是具有自旋未配对电子的物质。
)未配对电子的数目随着温度的升高而增多;然而,每个未配对电子的自旋对顺磁磁化率的贡献是随着温度的升高而减小的。
对这二种相反的效应进行定量讨论,解释了所观察到的顺磁性近似地与温度无关。
索末菲与其他许多研究工作者,从1928年到30年代广泛地发展了金属的量子力学理论,建立起现代金属键和固体理论──能带理论,可以应用分子轨道理论去加以理解。
(可参看大学《结构化学》教材有关部分)
二、等径圆球密堆积模型和金属单质的三种典型结构
在高中化学课本“金属键”一节中,讲到金属晶体内原子的排列,好象许多硬球一层一层地紧密地堆积在一起,形成晶体。
课本中还画出了示意图。
所谓等径圆球紧密堆积,就是要把许多直径相同的圆球堆积起来做到留下的空隙为最小。
这个问题曾经引起许多研究工作者的兴趣。
1883年,英国学者巴罗发现等径圆球的最紧密堆积只有两种排列方式:一种是立方对称的,一种是六方对称的,分别相当于现在知道的金属单质的A1型和A3型结构。
巴罗在1898年发表的论文中,还提出用大球和球相间排列形成的NaCl型和CsCl型密堆积,并且指出其中大球是按立方最紧密堆积排列的。
他的这些成就当时没有受到应有的重视。
直到1913年,布拉格父子在建立X射线晶体学时从巴罗的假说中得到了帮助。
W.L.布拉格用X射线测定氯化钠和氯化钾的晶体结构,测定结构证实了巴罗假设。
测定所得化钠晶胞参数的数值,对建立X射线结构分析方法起了重要作用。
劳厄、布拉格等人用X射线测定铜和其它金属的晶体结构,也证实了巴罗的等径圆球最密堆积假说。
现在,我们详细说明一下等径圆球最密堆积模型。
取许多直径相同的硬圆球,把它们相互接触排列成一条直线(所有的球心准确地在一条直线上),形成了一个等径圆球密置列。
将许多互相平行的等径圆球密置在一个平面上最紧密地相互靠拢(要做到最紧密只能有一个方式,就是每个球与周围其它六个球相接触),就形成了一个等径圆球密置层。
它是沿二维空间伸展的等径圆球密堆积唯一的一种排列方式。
取A、B两个等径圆球密置层,将B层放在A层上面。
要做最密堆积使空隙最小也只有一种唯一堆积方式,就是将两个密置平行地错开一点,使B层的球的投影位置正落在A层中三个球所围成的空隙的中心上,并使两层紧密接触。
这时,每一个球将与另一层的三个球相接触。
值得重视的是这个密置双层结构中的空隙有两种:一种是由三个相邻A球和一个B球(或三个B球和一个A球)所组成的空隙,称为正四面体空隙,因为将包围空隙的四个球的球心连接起来得正四面体;另一种空隙是由三个A球和三个B球(两层球的投影位置错开60°)所组成,称为正八面体空隙,因为连接这六个球的球心得正八面体。
显然八面体空隙比四面体空隙大。
在密置的双层的基础上进一步了解等圆球的三维最密堆积就很容易了。
将第三个等径圆球密置层C放在上述密置双层的上面,与B层紧密接触,注意将C层中的球的投影位置对准前二层组成的正八面体空隙中心,以后第四、五、六;第七、八、九个密置层的投影位置分别依次与A、B、C层重合。
这样我们就得到了A1型的密堆积,它可用符号…ABCABC…来表示,因为可从A1型密堆积结构中抽出立方晶胞来,所以它又称为立方最密堆积。
具有A1型密堆积结构的金属单质有铝、铅、铜、银、金、铂、钯、镍、γ-Fe等。
如果加在密置双层AB上的第三、五、七……个密置层的投影位置正好与A层重合,第四、六、八……个密置层的投影位置正好与B层重合,各层间都紧密接触,则得到A3型的密堆积,它可用符号……ABAB……来表示。
它又称为六方最密堆积,因为从其中可抽出六方晶胞。
具有A3型堆积结构的金属单质有铍、镁、钛、锆、锌、镉、锇等。
在A1和A3型结构的金属单质晶体中,每个金属原子的配位数均为12,即每个原子是与12个原子(同一密置层中六个原子,上、下层中各三个原子)相邻接。
这两种堆积方式是在等径圆球密堆积中最紧密的,配位数最高,空隙最小(只占总体积的25.95%)。
金属单质有三种典型的结构型式,除A1和A3型外,还有一种A2型密堆积。
在A2型结构中,最小单位是立方体,立方体中心有一个球(代表原子),立方体的每一顶角各有一个球,所以原子的配位数为8。
空隙占总体积的31.98%。
虽然不是最密堆积,仍是一种高配位密堆积结构。
钠、钾等常见的碱金属和钡、钡、铬、钼、钨、α-Fe等金属单质都具有A2型结构。
在金属单质中,上述三种高配位密堆积结构型式占了统治地位。
这表明用等径圆球密堆积的理论模型来处理金属单质的结构是正确的。
由于在金属晶体、离子晶体和分子晶体中的金属键、离子键和分子间力,都没有方向性和饱和性,这些作用力都趋向使原子(离子)具有较大的配位数以降低体系的能量。
因此许多晶态物质都是原子或离子相当紧密堆积的集合体,许多晶体的结构可以用球体的堆积来讨论,这是不足为奇的。