金屬鍵-金屬晶體

1、專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第一單元 金屬鍵 金屬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。 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？教科書 P281.非金屬原子之間通過共價(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

2、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)，說明了什么？金屬能導(dǎo)電又說明了什么？說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,說明金屬晶體中存在著能夠自由流動(dòng)的電子。一、金屬健與金屬特性存 在：金屬單質(zhì)或合金。成鍵微粒：微粒間作用力：金屬鍵金屬陽離子和自由電子成鍵特點(diǎn)：無方向性和飽和性金屬鍵概念

3、：金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的 相互作用金屬鍵。金屬鍵的本質(zhì)：電性作用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 （2）導(dǎo)熱性 金屬容易導(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

4、性。金屬的延展性自由電子+金屬離子金屬原子位錯(cuò)+小結(jié)：共 性金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在外加電場的作用下，自由電子定向運(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)影響金屬鍵的因素金屬Na MgAlCr原子外圍電子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱/kJ

5、mol-1108.4146.4326.4397.5熔點(diǎn)/97.56506601900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衡量。原子化熱是指1mol金屬固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,有的金屬軟如鋼;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越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來越高，硬度

6、越來越大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來越低，硬度越來越小。結(jié)論：金屬元素原子的半徑越小，單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，（金屬陽離子所帶電荷越多，)則金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。同主族金屬從上到下，熔沸點(diǎn)_，硬度_；同周期金屬從左到右，熔沸點(diǎn)_，硬度_。依次降低依次增大依次減小依次升高例如：熔點(diǎn)NaMgAl例如：熔點(diǎn)LiNaK汞（熔點(diǎn)-38.72 ）鎢（熔點(diǎn)3380 ）熔點(diǎn)最低的金屬是-熔點(diǎn)最高的金屬是-密度最小的金屬是-密度最大的金屬是-硬度最小的金屬是-硬度最大的金屬是-延展性最好的金屬是-最活潑的金屬是-最穩(wěn)定的金屬是-鋰（密度克/厘

7、米3 ）鋨（密度克/厘米3 ）銫鉻金銫金資料金屬之最導(dǎo)電性最好的金屬是- 銀 描述金屬鍵的最簡單的理論是“電子氣”理論. 該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”.這些電子不是專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子,而是均勻分布于整個(gè)晶體中,被所有原子共用,從而把所有的金屬原子維系在一起.金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”中.拓展視野 金屬的分類：按顏色：黑色金屬：Fe Cr Mn有色金屬：除以上三種金屬以外按密度：輕金屬：3 Na Mg 重金屬：3 Zn Cu按含量常見金屬： Fe Mg Al稀有金屬： 鋯、釩、鉬 根據(jù)以上分類：金屬鎂、鋁屬于、金屬有色 輕 常見金

8、屬的共性 金屬的特點(diǎn)常溫下，單質(zhì)都是固體，汞(Hg)除外；大多數(shù)金屬呈銀白色，有金屬光澤，但金(Au)色，銅(Cu)色，鉍(Bi) 色，鉛(Pb) 色。 黃 紅 微紅 藍(lán)白總 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. 金屬鍵沒有方向性 B. 金屬鍵是金屬陽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

9、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B3. 金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無關(guān)的是( ) A. 金屬不透明并具有金屬光澤 B. 金屬易導(dǎo)電、傳熱 C. 金屬具有較強(qiáng)的還原性 D. 金屬具有延展性C4.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AC5. 下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識(shí)解釋的是 （ ） A. 用鐵制品做炊具 B. 用金屬鋁制成導(dǎo)線 C. 用鉑金做首飾 D. 鐵易生銹D6. 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)；與金屬陽離子的半徑大小也有關(guān)，金屬陽

10、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 C. Li Be Mg D. Li Na MgB1. 晶體(1)定義:通過結(jié)晶過程形成的具有規(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 說明： 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

11、。金屬晶體1.金屬晶體的堆積方式和對(duì)應(yīng)的晶胞教科書 P31 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. 簡單立方堆積形成簡單立方晶胞，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。. 體心立方堆積第一層 ：123456 第二層 ： 對(duì)第一層來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 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層

12、來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。 上圖是此種六方堆積的前視圖ABABA 第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球123456 于是每兩層形成一個(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 ).六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積 六方最密堆積分解圖 第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 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

13、6， 上下層各 3 ) .面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積 面心立方最密堆積分解圖體心立方簡單立方面心立方四種堆積方式,最常見的堆積為后三種:六方堆積3.晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值)均攤法頂點(diǎn)占1/8棱占1/4面心占1/2體心占1晶胞內(nèi)含的原子數(shù) =a1/8+b1/4+c1/2+d a為位于頂點(diǎn)的原子或離子數(shù)； b 為位于棱邊的原子或離子數(shù)；c為位于面上的原子或離子數(shù)； d為位于晶胞內(nèi)的原子或離子數(shù)【思考】鈉的晶胞里，含多少原子？2鈉晶體的晶胞晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則頂點(diǎn)上原子被_個(gè)晶胞共有,側(cè)棱上的原子被_個(gè)晶胞所共有，頂面棱上的原子被_個(gè)晶胞所共有思考:如果晶胞結(jié)構(gòu)為六棱柱,

14、結(jié)果如何? 12 6 4頂端原子一般只計(jì)算 1/6 面上原子一般只計(jì)算 1/2 內(nèi)部原子一般計(jì)算成 1 若此晶胞所有原子相同，則此晶胞中含 6 個(gè)原子。六方晶胞拓展：晶胞中原子的配位數(shù)計(jì)算配位數(shù)：每個(gè)金屬原子周圍距離最近的原子數(shù)稱為金屬晶體原子的配位數(shù)。（1）簡單立方堆積配位數(shù) 6（2）體心立方堆積配位數(shù)為8體心和頂角并無差別（3）六方緊密堆積（鎂型）123456配位數(shù)為 12（同層6個(gè)，上下層各3個(gè)）簡單立方堆積配位數(shù) = 6空間利用率 = 52.36% 體心立方堆積 體心立方晶胞配位數(shù) = 8空間利用率 = 68.02% 六方堆積 六方晶胞配位數(shù) = 12空間利用率 = 74.05%面心立

15、方堆積面心立方晶胞配位數(shù) = 12空間利用率 = 74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)【課堂小結(jié)】 金屬晶體中原子的堆積方式 非密置層 簡單立方堆積 體心立方堆積 密置層六方密堆積 面心立方堆積三種最常見堆積方式 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12.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)為：121/6 + 21/2 + 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：81/8 + 61/2 = 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

16、屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2長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 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 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低， 高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；) 具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。 低拓展視野合金：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。合金對(duì)應(yīng)的固體為金屬晶體。合金的特點(diǎn)：仍保留金屬的化學(xué)性質(zhì)，但物理性質(zhì)改變很大；熔點(diǎn)比各成份金屬的都低，而不是介于兩者之間；強(qiáng)度、硬度比成分金屬大，機(jī)械加工性能更好；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 .鈉晶體的晶胞練 習(xí)81/8 +1=2121/6+21/2 + 3 = 62. 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