金属键、金属晶体

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行列对齐四球一空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一空 最紧密排列
三维空间堆积方式
a.
简单立方堆积
a、简单立方堆积 钋PO型
形成简单立方晶胞,空间利用率较低52% ,金属钋
(Po)采取这种堆积方式。
b. 体心立方堆积
Na、K、Cr、Mo、W等属于体心立方堆积。
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,得到的是体心立方堆积。
2、一般情况下,金属晶体熔点由金属键强弱决定:
金属阳离子半径越小,所带电荷越多,自由电子越多, 金属键越强,熔点就相应越高,硬度也越大. 如:K ﹤ Na﹤ Mg ﹤Al Li ﹥Na ﹥K ﹥ Rb ﹥ Cs 熔点最低的金属:汞(常温时成液态) 熔点最高的金属:钨(3410℃) 铁的熔点:1535 ℃
晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。
说明:
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。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。金属晶体中金属原子的紧密 堆积是有一定规律的。通常情况下,大多 数金属单质及其合金也是晶体。 阅读教科书P34的化学史话“人类对晶体结 构的认识”
影响金属键强弱的因素
(1)金属元素的原子半径 (2)单位体积内自由电子的数目
一般而言:
金属元素的原子半径越小,单位体积内自由电子 数目越大,金属键越强,金属晶体的硬度越大,熔、 沸点越高。
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。
自由电子与金 晶体中各原子 属离子碰撞传 层相对滑动仍 递热量 保持相互作用
2018年5月8日星期二
14
4、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。
4.能正确描述金属通性的是 ( AC )
A. 易导电、导热 C. 有延展性 B. 具有高的熔点 D. 具有强还原性
5. 下列生活中的问题,不能用金属键知识解释的是( D A. 用铁制品做炊具 C. 用铂金做首饰 B. 用金属铝制成导线 D. 铁易生锈

6. 金属键的强弱与金属价电子数的多少有关,价电子 数越多金属键越强;与金属阳离子的半径大小也有关, 金属阳离子的半径越大,金属键越弱。据此判断下列 金属熔点逐渐升高的是( B ) A. Li Na K B. Na Mg Al
模型
堆积模型
采纳这种堆 积的典型代 表 空间 利用 率 配 位 数
晶胞
简单立方
体心立方 (钾型) 六方堆积 (镁型) 面心立方 (铜型)
Po
Na、K、Fe
52%
68%
6
8
Mg、Zn、Ti
74%
12
12
Cu、Ag、Au 74%
5.所有晶体的一个晶胞中微粒数目的计算 计算晶胞中微粒数目的常用方法是均摊法。均摊法 是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。如某个粒子为 n 个 1 晶胞所共有,则该粒子有 属于这个晶胞。 n (1)立方体晶胞中不同位置的粒子数的计算。 ①处于顶点的粒子,同时为 8 个晶胞所共有,每个 1 粒子有 属于该晶胞; 8
金属的延展性
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
自由电子 位错
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+
金属离子
金属原子
相对滑动
金属键
【总结】金属晶体的结构与性质的关系
导电性 导热性 延展性
金属离子 自由电子在外加 和自由电 电场的作用下发 子 生定向移动
金属的特点:
①常温下,单质都是固体,汞(Hg)除外;
②大多数金属呈银白色,有金属光泽,但 黄 色,铜(Cu)—— 红 色, 金(Au)——
蓝白 色。 微红 色,铅(Pb)—— 铋(Bi)——
归纳:金属还有哪些共同的物理性质?
金属的物理性质
具有金属光泽,能导电,导热,具有良 好的延展性,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


金属键的概念 运用金属键的知识解释金属的物 理性质的共性和个性 影响金属键强弱的因素

A. B.

(
1.下列有关金属键的叙述错误的是 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的强烈 的静电吸引作用
C. 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 B ) 2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是 (
3、金属晶体结构与金属延展性的关系
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性?
原子晶体受外力作用时,原子间的位移必 然导致共价键的断裂,因而难以锻压成型, 无延展性。而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。
(3)六方堆积 第一种: 将第三层球对准第一层的球 A 1 6 2 3
B
A B
5
4
于是每两层形成一个 周期,即 AB AB 堆积方 式,形成六方堆积。
A
上图是此种六方 堆积的前视图
六方密堆积
配位数 12 ( 同层 6, 上下层各 3 )
第三层的另一种 排列方式,是将球对 准第一层的 2 , 4, 6 位,不同于 AB 两层 6
(1)导电性 (2)导热性 (3)延展性
二、认真探究,掌握规律
思考:金属为什么具有这些物理性质吗?
分析: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,在金属晶体内 部,它们可以从金属原子上“脱落”下来的价 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离子,是均匀分布于整 个晶体中。金属原子失去部分或全部外围电子 形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的 相互作用,化学上把这种金属离子与自由电子 之间强烈的相互作用称为金属键。
微粒间作用力与物质性质
*
一、初步感知,引入新课
金属元素在周期表中的位置及原子结构特征
金属样品
Ti
已学过的金属知识
金属的分类
4.5g/cm3
重金属:铜、铅、锌等 按密度分
轻金属:铝、镁等
黑色金属:铁、铬、锰
冶金工业
有色金属:除铁、铬、锰以外的金属 常见金属:铁、铝等 稀有金属:锆、钒、钼
按储量分
P33有的金属软如蜡,有的金属软如钢;有 的金属熔点低,有的金属熔点高,为什么? 根据下表的数据,请你总结影响金属键的因素
部分金属的原子半径、原子化热和熔点
金属 Na Mg Al Cr
原子外围电子排布 原子半径/pm
原子化热/kJ· mol-1
186
108.4
3s2 160
146.4
3s23p1 143.1
326.4
3d54s1 124.9
397.5
熔点/℃
97.5
650
660
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。
三.金属晶体熔点变化规律
1、金属晶体熔点变化较大,
与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金 属键的强弱有密切关系.
二、原子的密堆积方式
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
可能降低,而结构稳定。
二维平面堆积方式
I 型 II 型
非密置层
1 5
2
3 4
的位置,这是
。 1 6 5 4 2
C 层
1
3
2
6
5 4
3
c.面心立方堆积 金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
A 第四层再排 A,于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 这种堆 积方式可划分出面心立方晶胞 C B 1 6 2 3 A C B 配位数 12 ( 同层 6, 上下层各 3 ) A 此种立方紧密堆积的前视图
晶体
有(能自发呈现多面体外形)
没有(不能自发呈现多面体外
性有序排列
原子排列相对无序
非晶体
形)
说明: 晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列 的宏观表象。 晶体自范性的条件之一:生长速率适当。
晶体的自范性是指:在适宜的条件下,晶体能够自发地呈现 封闭的规则和凸面体外形的性质。或者说,在适宜的条件下 ,晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形,这称为 晶体的自范性。 晶体物质在适当的结晶条件下,都能自发地 成长为单晶体,发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物 质的界面,而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范 性。 晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的 有序排列的宏观表象。 晶体自范性的条件是:生长速率适当。熔融态物质冷却凝固 ,有时得到晶体,但凝固速率过快,常常只得到看不到多面 体外形的粉末或没有规则外形的块状物。 •如:玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的,而水晶则是热液 缓慢冷却形成的。 晶体自范性的体现:如缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中 慢慢变为完美的立方体晶体
5
4
面心立方 (铜型)
空间利用率 = 74.05%
面心立方最密堆积分解图
2.配位数:
每个小球周围距离最近的小球数 简单立方堆积: 体心立方堆积: 六方紧密堆积: 6 8 12 12
面心立方紧密堆积:
整理:
总结:金属晶体的几种典型堆积
得到晶体的三条途径: 1.熔融态物质凝固 2.气态物质冷却不经液态直接凝固 (凝华) 3.溶质从溶液中析出
一、晶体
什么叫晶体? 经过结晶过程而形成的具有规则几何外 形 的固体 。
构成晶体的微粒: 离子、分子、原子
离子晶体 分子晶体
晶体类型
原子晶体 金属晶体
晶体的概念:
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. 晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位.
体心立方堆积 钾型
配位数:8 空间占有率: 68.02%
思考:密置层的堆积方式有哪些?
第二层 : 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1,3,5 位。 ( 或对准 2,4,6 位,其情形是一 样的 ) 1 6 5 4 2 3 6 5 4 , 3
1
2
A
B
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。
A.
B. C. D.
金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性
金属元素在化合物中一定显正化合价 金属元素在不同化合物中化合价均不相同 金属元素的单质在常温下均为晶体
3. 金属的下列性质与金属键无关的是( C )
A. 金属不透明并具有金属光泽
B. 金属易导电、传热 C. 金属具有较强的还原性 D. 金属具有延展性
一.金属键
1.定义: 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。 2.形成 成键微粒: 金属阳离子和自由电子 存 在: 金属单质和合金中 3.方向性: 无方向性
二、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1、金属晶体结构与金属导电性的关系
【讨论1】 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。不同的金属导电能力不同,导电性最 强的三中金属是:Ag、Cu、Al
C. Li Be Mg
D. Li Na Mg
7下列叙述正确的是( B ) 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
了解晶体与非晶体的本质差异
自范性 微观结构 原子在三维空间里呈周期
比较离子晶体、金属晶体导电的区别:
晶体类型 离子晶体 金属晶体
水溶液或 晶体状态 导电时的状态 熔融状态下 自由电子 自由移动的离子 导电粒子
2、金属晶体结构与金属导热性的关系
【讨论2】金属为什么易导热? 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞, 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时, 那个区域里的自由电子能量增加,运动速度加 快,通过碰撞,把能量传给金属离子。 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。
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