金属晶体ppt课件.ppt

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1、金,属,晶,体,（第一课时）,Ti,金属样品,一、金属晶体,1,、定义：,通过金属阳离子与自由电子之间的较强,作用形成的单质晶体。,2,、最小微粒：,金属阳离子与自由电子,3,、微粒间的作用关系,:,金属键,4,、熔化和沸腾时破坏的作用关系,金属键,金属键,1,、金属键的成键微粒：,金属阳离子和自由电子。,存在于金属,单质和合金中。,2,、金属键的特征：,自由电子可以在整块金属中自由,移动，,因此,金属键没有方向性和饱和性。,3,、金属键的本质：,“,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。,二、

2、金属晶体的共性,容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。,金属,为什么,具有这些共同性质呢,?,三、,电子气理论对金属的物理性质的解释,1.,对金属导电性的解释,【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。导电性随温度升高而降低。,比较离子晶体、金属晶体导电的区别：,水溶液或,熔融状态下,晶体状态,自由移动的离子,自由电子,2.,对金属导热性的解释,【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

3、。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。,3.,对金属延展性的解释,【讨论,3,】,金属为什么具有较好的延展性,？,金属晶体受外力作用时，晶体中的各原子,层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排,列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起,到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以,在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保,持这种相互作用，因而即使在外力作用下，,发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延,展性。,4.,对金属光

4、泽和颜色的解释,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，所以一般呈黑灰色。,【总结】金属晶体的结构与性质的关系,自由电子在,外加电场的,作用下发生,定向移动,自由电子与,金属离子碰,撞传递热量,晶体中各原子,层相对滑动仍,保持相互作用,四、金属晶体的判定,最小微粒,物质类别,金属阳离子和自由电子,金属晶体,固态金属单质及其合金,金属晶体的共性,五、决定金

5、属晶体熔沸点高低及硬度大小的因素,金属键的强弱,金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。,金属阳离子半径越小，所带电荷越多，,金属键越强。,硬度：,Na,Mg,Al,熔点：,Na,Mg,Al,沸点：,Na,Mg,Al,知识要点小结,一、金属晶体,1,、定义：,2,、最小微粒：,3,、微粒间的作用关系,:,4,、熔化和沸腾时破坏的作用关系,二、金属晶体的共性,三、电子气理论对金属的物理性质的解释,四、金属晶体的判定,五、决定金属晶体熔沸点高低及硬度大小的因素,资料,金属之最,熔点最低的金属是,-,汞,-38.87,熔点最高的金属是,-,钨,3410,密度最小的金属是,-,锂,0.53g/cm,3,密度

6、最大的金属是,-,锇,22.57g/cm,3,硬度最小的金属是,-,铯,0.2,1,延性最好的金属是,-,铂,铂丝直径：,5000,mm,展性最好的金属是,-,金,金箔厚：,1,mm,10000,硬度最大的金属是,-,铬,9.0,最活泼的金属是,-,铯,最稳定的金属是,-,金,小结：三种晶体类型与性质的比较,相邻原子之间以共价键,相结合而成具有空间网,状结构的晶体,共价键,原子,分子间以范德,华力相结合而,成的晶体,范德华力,分子,通过金属键形成的,晶体,金属键,金属阳离子和自,由电子,差别较大,差别较大,导体,很高,很大,很低,很小,无,无（硅为半导体）,练习,下列说法错误的是（,AB,）,

7、A,、镁的硬度大于铝,B,、镁的熔沸点低于钙,C,、镁的硬度大于钾,D,、钙的熔沸点高于钾,练习,下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体,的是（,B,）,A,、有分子间作用力结合而成，熔点很低,B,、固体或熔融态易导电，熔点较高,C,、由共价键结合成网状晶体，熔点很高,D,、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于,水后能导电,金,属,晶,体,（第二课时）,四、金属晶体的原子堆积模型,1.,理论基础：,由于金属键没有方向性，每个金属原,子中的电子分布基本是球对称的，所以,可以把金属晶体看成是由直径相等的圆,球的三维空间堆积而成的。,堆积原理：,组成晶体的金属原子在没有其他因,素影响时，在空间的排列大

8、都遵循,紧,密堆积,原理。这是因为金属键没有方,向性，因此都趋向于使金属原子吸引,更多的其他原子分布于周围，并以紧,密堆积方式降低体系的能量，使晶体,变得比较稳定。,紧密堆积：,微粒之间的作用力，使微粒,间尽可能的相互接近，使它们占有最小,的空间。,空间利用率：,空间被晶格质点占据的百,分数。用来表示紧密堆积的程度。,配位数：,在密堆积中，一个原子或离子,周围距离最近且相等的原子或离子的数,目。,2.,金属晶体的原子在二维平面的堆积模型,I,型,2,1,3,4,非密置层,配位数为,4,II,型,2,3,1,4,6,5,密置层,配位数为,6,3.,金属晶体的原子在三维空间的堆积模型,（,1,）非

9、密置层在三维空间堆积,a.,简单立方堆积：,非最紧密堆积，空间利用率低（,52%,）,配位数是,6,个,只有金属（,Po,）采取这种堆积方式,金属原子半径,r,与正方体边长,a,的关系：,a,a,a,a,a=2 r,b.,钾型,-,体心立方堆积,：,这种堆积晶胞是一个体心立方，,每个晶胞含,2,个原子，空间,利用率也不高（,68%,），属于非,密置层堆积，配位数为,8,，,如碱金属、,Fe,等,采取这种堆积方,式。,金属原子半径,r,与正方体边长,a,的关系：,b,a,a,a,2,a,a,2,a,3,?,r,?,a,4,b,=,3,a,b,=4,r,3,a=4 r,第二层对第一层来讲最紧密的堆

10、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,),1,6,2,3,1,6,5,2,3,4,A,5,4,，,B,思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？,镁型和铜型,金属晶体的两种最密堆积方式,镁型和铜型,镁型,铜型,（,2,）密置层在三维空间堆积,a.,镁型,-,六方最密堆积,1,6,5,4,2,1,2,3,4,1,6,5,2,3,6,5,3,4,第三层的一种排列方式，是将球对准第一,层每一个球，,于是,每两层形成一个周期,，即,AB,堆积方式。,AB,六方最密堆积,下图是镁型紧密堆积的前视图,1,2,6,3,5,4,A,B,A,B,A,7,

11、6,5,1,8,9,4,2,3,10,12,11,这种堆积晶胞空间利用率高（,74%,），属于,最密置层堆积，配位数为,12,，许多金属（如,Mg,、,Zn,、,Ti,等）采取这种堆积方式。,金属原子的半径,r,与六棱柱的边长,a,、高,h,的关系：,a,a,=2,r,h,=,2,3,6,a,h,b.,铜型,-,面心立方最密堆积,1,6,5,4,2,3,1,6,5,2,3,4,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,两层的位置,，这是,C,层。,1,6,5,2,3,4,铜型,1,2,6,3,5,4,C,B,A,铜型,金属原子半径,r,与正方体边长

12、,a,的关系：,边长为,a,面对角线边长为,2,?,2,a,?,4,r,?,r,?,2,4,a,a,4r,下图是铜型型紧密堆积的前视图,1,2,6,3,5,4,空间利用率也为,74,，,配位数,12,(,同层,6,，,上,下层各,3,),此种立方紧密堆积的前视图,A,A,C,C,B,B,A,A,C,C,B,B,A,A,堆积方式及性质小结,简单立,方堆积,简单立方,52,68%,6,Po,Na,、,K,、,Fe,体心立方,体心立方,密堆积,六方最,密堆积,六方,8,12,74%,74%,Mg,、,Zn,、,Ti,Cu,、,Ag,、,Au,面心立方,面心立方,最密堆积,12,练习,1.,金属晶体的

13、形成是因为晶体中存在（,C,）,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（,B,）,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（,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

14、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？,5.,下列生活中的问题，不能用金属键知识,D,解释的是,（,）,A.,用铁制品做炊具,B.,用金属铝制成导线,C.,用铂金做首饰,D.,铁易生锈,6.,下列物质中含有金属键的是,A,、金属铝,B,、合金,C,、,NaOH D,、,NH,4,Cl,AB,(),7.,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,B,熔点逐渐升高的是,（,）,A,、,Li Na K B,、

15、,Na Mg Al,C,、,Li Be Mg D,、,Li Na Mg,8.,下列有关金属晶体叙述正确的是（,B,）,A,、常温下金属单质都以金属晶体形式存,在,B,、金属离子与自由电子之间的强烈作用,，在一定外力作用下，不因形变而消失,C,、钙的熔、沸点低于钾,D,、温度越高，金属的导电性越好,9.,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,10.,某些金属晶体,(Cu,、,Ag,、,Au),的原子,按面心立方的形式紧密堆积，即在

16、晶体结,构中可以划出一块正立方体的结构单元，,金属原子处于正立方体的八个顶点和六个,侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空,间利用率。,空间利用率计算,例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。,解：体心立方晶胞：中心有,1,个原子，,8,个顶点各,1,个原子，每个,原子被,8,个,晶胞共享。每个晶胞含有几个原子,:1+8,1/8=2,设原子半径为,r,、晶胞边长为,a,，根据勾股定理，,得：,2,a,2,+,a,2,=(4,r,),2,3,a,?,16,r,2,2,3,r,?,a,4,空间利用率,?,=,晶胞含有原子的体积,/,晶胞体积,?,100%,=,4,3,4,3,3,2,?,?,r,2,?,?,(,a,),3,3,4,?,?,100,%,?,68,%,3,3,a,a,10.,某些金属晶体,(Cu,、,Ag,、,Au),的原子,按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结,构中可以划出一块正立方体的结构单元，,金属原子处于正立方体的八个顶点和六个,侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空,间利用率。,11.,已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜,3,的相对原子质量为,63.54,，密度为,8.936g/cm,，试求：,（,（,1,2,）图中正方形边长,）铜的金属半径,r,a,提示：,数出面心立方中的铜的,个数：,r,r,o,r,a,r,a,，,