金属键-金属晶体教案课件.pptx

1、金属键金属键 金属晶体金属晶体第1页/共61页按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm3第2页/共61页一、金属键与金属特性一、金属键与金属特性存存 在：在：金属单质或合金。金属单质或合金。成键微粒：成键微粒：微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子成键特点：成键特点：无方向

2、性和饱和性无方向性和饱和性金属键概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的金属阳离子与自由电子之间的强烈的 相互作用相互作用金属键金属键。金属键的本质：静电作用第3页/共61页根据金属的用途和日常生活经验，金根据金属的用途和日常生活经验，金属有哪些的物理性质属有哪些的物理性质?金属物理性质：金属物理性质：容易导电、导热，有延展性等。不同的金属有容易导电、导热，有延展性等。不同的金属有不同的熔沸点。硬度也不相同。不同的熔沸点。硬度也不相同。第4页/共61页通常情况下金属晶体内部电子的运动是自通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的，但在外加电场的作用下会定向由流动的，但在外加电场的作用下会定向移

3、动形成电流移动形成电流,所以金属具有导电性。所以金属具有导电性。（1）导电性）导电性第5页/共61页（2）导热性）导热性由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度而使整块金属达到相同的温度第6页/共61页自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+第7页/共61页第8页/共61页 黄黄 红红 微红微红 蓝白蓝白第9页/共61页单位：单位：kJ/mol影响金属键的因素影响金属键的因素有的金属软如蜡有的金属软如蜡,有的金属硬如钢有的

4、金属硬如钢;有的金属熔点低有的金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什么为什么?第10页/共61页观察下表，思考金属的原子化热与什么因素有观察下表，思考金属的原子化热与什么因素有关，其可能会影响金属的什么性质？关，其可能会影响金属的什么性质？金属金属Na MgAlCr原子外围电子排布原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kJmol-1108.4146.4326.4397.5熔点熔点/97.56506601900 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱

5、又可以用的强弱又可以用原子化热原子化热来衡量。来衡量。第11页/共61页第12页/共61页第13页/共61页1.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ()A.金属键没有方向性金属键没有方向性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的强烈的静电吸引作用C.金属键中的电子属于整块金属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金属的性质和金属固体的形成都与金属键 有关有关B练 习第14页/共61页第15页/共61页晶胞晶胞：从晶体中：从晶体中“截取截取”出来具有代表性的出来具有代表性的最小部分最小部

6、分。是能够反映晶体结构特征的是能够反映晶体结构特征的基本重复单元基本重复单元。晶胞与晶体砖块与 墙蜂室与蜂巢NaCl晶胞晶胞第16页/共61页第17页/共61页 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最非最紧密排列紧密排列行列相错三球一空最紧行列相错三球一空最紧密排列密排列密置层密置层非密置层非密置层第18页/共61页2134213645第19页/共61页金属晶体金属原子自由电子第20页/共61页(2)三维空间堆积方式三维空间堆积方式.简单立方堆积简单立方堆积第21页/共61页形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，配位数为，配位数为6 6，

7、为，为非密置非密置堆积，空间利用率较低，为堆积，空间利用率较低，为5252 ，金属钋（金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。第22页/共61页形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，为，空间利用率较低，为5252 ，教科书教科书P36图图3-10第23页/共61页NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等.体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的下层的金属原子形成的凹穴中凹穴中第24页/共61页这是另一种这是另一种非密置非密置堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中堆

8、积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。其配位数为。其配位数为8 8，空间利用率为，空间利用率为68.02%68.02%。第25页/共61页配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%第26页/共61页第27页/共61页第一层第一层 ：密置堆积密置堆积第28页/共61页123456 第二层第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，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

9、式。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。第29页/共61页 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种：第一种：将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方堆积堆积方式，形成六方堆积。III.六方堆积六方堆积镁、锌、钛等镁、锌、钛等第30页/共61页 配位数配位数 12 (同层同层 6，上下层各上下层各 3)第31页/共61页（1）ABAB堆积方式堆积方式 （2）ABCABC堆积方式堆积方式第32页/共61页123456123456AB

10、ABCA123456CIV.第33页/共61页金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型4 4第34页/共61页此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 配位数配位数 12 12 (同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 )面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铅等金、银、铜、铅等第35页/共61页BCA ABC ABC ABC ABC 形式的堆积，为什么是形式的堆积，为什么是面心立方堆积？面心立方堆积？我们来加以说明。我们来加以说明。第36页/共61页红红、蓝蓝球是同种原子，球是同种原子，使用两种色球只是为使用两种色球只是为了看清两层的关系了看清两层的关系。密置双层密置双

11、层第37页/共61页A A1 1型第型第3 3层球堆在正八层球堆在正八面体空隙上面体空隙上第38页/共61页BCA第39页/共61页第40页/共61页堆积模型堆积模型采纳这种堆积的典采纳这种堆积的典型代表型代表空间空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞非密置非密置层层简单立简单立方堆积方堆积Po(钋钋)52%6体心立体心立方堆积方堆积Na、K、Cr、Mo、W68%82、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞第41页/共61页堆积模型堆积模型采纳这种堆积的典型采纳这种堆积的典型代表代表空间空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞密密置置层层六方最六方最密堆积密堆积Mg、Zn、T

12、i74%12面心立面心立方最密方最密堆积堆积Cu、Ag、AuPb74%12第42页/共61页第43页/共61页顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1第44页/共61页在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的

13、微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。部属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8+1=2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：第45页/共61页【思考思考】钠的晶胞里，含多少原子？钠的晶胞里，含多少原子？2 2钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞第46页/共61页4 4【思考思考】铜的晶胞里，含多少原子？铜的晶胞里，含多少原子？第47页/共61页12 1/6+2

14、 1/2+3=6顶端原子一般只计算顶端原子一般只计算 面上原子一般只计算面上原子一般只计算 内部原子一般计算成内部原子一般计算成 则此晶胞中含则此晶胞中含 原子。原子。六方晶胞六方晶胞 1/6 1/6 1/2 1/2 1 1 第48页/共61页四种堆积方式四种堆积方式,最常见的堆积为后三种最常见的堆积为后三种:六方堆积六方堆积第49页/共61页理解金属晶体中原理解金属晶体中原子的堆积方式子的堆积方式六方堆积六方堆积面心立方堆积面心立方堆积体心立方堆积体心立方堆积立方堆积立方堆积钾钾型型铜铜型型钋钋型型镁镁型型第50页/共61页晶胞中原子的体积晶胞中原子的体积晶胞的体积晶胞的体积第51页/共61

15、页 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；）；青铜是铜和锡的合金（含铜青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。有金属特性的多种元素的混合物。第52页/共61页低低第53页/共61页简单立方堆积配位数=6空间利用率=52.36%体心立方堆积 体心立方晶胞配位数=8空间利用率=68.02%六方堆积 六方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%面心立方堆积面心立方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%第54页/共61

16、页AB第55页/共61页1 1、1183 K1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图以下纯铁晶体的基本结构单元如图1 1所示，所示，1183 K1183 K以上转变为图以上转变为图2 2所示结构的基本所示结构的基本结构单元，结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同离相同（1 1）在）在1183 K1183 K以下的纯铁晶体中，与以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为铁原子等距离且最近的铁原子数为_个；个；在在1183 K1183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为且最近的铁原子数为_；图 1 图

17、 2 812第56页/共61页A3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金(含钾含钾50%80%)为液体，而钠钾的单质均为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是种物质中，熔点最低的是()A.生铁生铁 B.纯铁纯铁 C.碳碳 D.无法确定无法确定第57页/共61页汞（熔点汞（熔点-38.72 ）钨（钨（熔点熔点3380）熔点最低的金属是熔点最低的金属是-熔点最高的金属是熔点最高的金属是-密度最小的金属是密度最小的金属是-密度最大的金属是密度最大的金属是-硬度最小的金属是硬度最小的金属是-硬度最大的金属是硬度最大的金

18、属是-延展性最好的金属是延展性最好的金属是-最活泼的金属是最活泼的金属是-最稳定的金属是最稳定的金属是-锂（锂（密度密度0.534克克/厘米厘米3）锇（锇（密度密度22.59克克/厘米厘米3）铯铯铬铬金金铯铯金金资料资料金金属属之之最最导电性最好的金属是导电性最好的金属是-银银第58页/共61页2.最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子M和非金和非金属原子属原子N构成的气态团簇分子，如图所构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是示顶角和面心的原子是M原子，棱的原子，棱的中心和体心的原子是中心和体心的原子是N原子，它的化学原子，它的化学式为式为()A BMNC D条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC第59页/共61页BaTiO第60页/共61页感谢您的观看。感谢您的观看。第61页/共61页