金属学与热处理教案

第一讲金属
第一节金属
一、主要内容：
金属的宏观特点，
金属原子的结构特点，
金属键，电子云，
结合力与结合能，
二、要点：
结合力与结合能，
三、方法说明：
把金属具有的宏观特性，作为传统的金属定义。

解释：金属具有正的电阻温度系数。

金属与非金属的区别是相对的。

用金属原子的微观结构特点对金属的宏观特点进一步说明，使学生对金属有一个清楚的认识。

用金属键说明金属之间的结合。

用金属键解释金属的宏观特性。

用双原子模型解释金属之间的结合力和结合能。

用最低能量理论解释金属具有晶体结构。

授课内容：
一、金属特点
（一）金属的宏观特点：
良好的导电、导热性
正的电阻温度系数
不透明、有金属光泽
良好的延展性
（二）金属原子结构的特点：
最外层电子数很少，一般1—2个，一般不超过4个。

最外层电子与原子核的结合力弱，所以很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子。

过渡族金属元素，不仅容易丢失最外层电子，而且还容易丢失次外层的1－2个电子，当过渡族金属的原子彼此互相结合时，不仅最外层电子参与结合，而且次外层电子也参与结合。

因此，过渡族金属的原子间结合力特别强，宏观表现为熔点高，强度高。

二、金属键
近代物理和化学观点认为：处以集聚状态的金属原子，将它们全部或大部的价电子贡献出来，为其整个原子集体所有，称之为电子云或电子气。

这些价电子不再只围绕自己的原子核转动，而是与所有的价电子一起在所有原子核周围按量子力学规律运动着。

贡献出来价电子的原子，变为正离子，沉浸于电子云中，它们依靠运动于其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫金属键。

三、结合力和结合能
双原子作用模型：分析表明，固态金属中两个原子之间的相互作用力包括，正离子与周围电子间的吸引力，正离子与正离子之间以及电子与电子之间的相互排斥力，吸引力力图使两个原子拉近，而排斥力却力图使两个原子分开，它们的大小都随原子间距离的变化而变化，如图：
图1.1 双原子作用模型
两个原子间的结合力为吸引力与排斥力的代数和。

当吸引力与排斥力相等时原子处于平衡位置。

当原子在平衡距离时，原子的能量最低、最稳定。

常见金属中的原子总是自发的趋于紧密排列，以保持最稳定的状态。

所有的离子和原子都在各自的平衡位置上以平衡位置为中心作微弱的热振动。

温度越高热振动的振幅越大。

作业
解释金属为什么会有正的电阻温度系数。

金属为什么具有金属光泽。

金属为什么具有良好的导电性。

知识点：金属原子的结构特点。

金属与非金属有什么区别。