2022年高中化学（大纲版）第三册 第一单元晶体的类型与性质 第二节金属晶体

2022年高中化学（大纲版）第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第二节金属晶体一、金属的物理性质1.金属光泽由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外，金显黄色、铜显赤红色、铋为淡红色、铯为淡黄色以及铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来，在粉末状时，一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时，晶格排列得不规则，把可见光吸收后辐射不出去，所以为黑色。2.金属的导电、导热性大多数金属具有良好的导电性和导热性。善于导电的金属也善于导热，按照导电和导热能力由大到小的顺序，将常见的几种金属排列如下：Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg3.金属的延展性金属的延展性导致金属具有良好的变形性，但也有少数金属，如锑、铋、锰等，性质较脆，没有延展性。4.金属的密度锂、钠、钾比水轻，大多数其他金属密度较大。5.金属的硬度金属的硬度一般较大，但它们之间有很大差别。有的坚硬如铬、钨等；有的却可用小刀切割，如钠、钾等。6.金属的熔点金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞和铯、镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。二、金属与非金属的比较三、一发吊千钧的金属晶须一种胡须那样细的金属晶须，竟能吊起千钧的重量！在提高金属材料强度的试验过程中，科学家们惊奇地发现，一种胡须状的铁晶须（直径为1.6微米，只有头发丝粗细的1/501/40），它的抗拉强度竟能达到13400兆帕，是工业纯铁的70多倍，比超高强度钢高出410倍。如果用这样的铁晶须编织成半径为1毫米的线材，能安全地吊起一辆4吨重的载重卡车。这种铁晶须堪称金属世界中的“大力士”。经现代的X射线衍射技术显示，晶须内部的原子完全按照同样的方向和部位排列。这是一种没有任何缺陷的理想晶体。因其全部原子各就各位，阵容排列整齐，组成了一道坚不可摧的防线，故只有当外力增加到使一部分原子相对于另一部分原子作整体移动时，才能产生塑性变形或断裂。而在一般金属中，虽说总体上原子是有规则排列的，但局部地方，一些原子的排列并不规则，因而，晶体构造中产生了缺陷。晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。点缺陷是指在晶体空间中，长、宽、高三个方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（称为空位），另一些位置上有多余原子（称为间隙原子），或有外来原子溶入（称为异类原子）等。线缺陷是指在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排现象（称为位错）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之间的交界面（称为晶界）上，原子呈不规则排列。因此，对一般金属而言，只要使少数原子发生短距离的移动，就可以像“千里之堤，溃于蚁穴”那样导致塑性变形或断裂，因而表现出较低的强度。目前，人们已能制造出一些极细的金属晶须，可用它们编织成较大的线材，或让晶须作为增强材料与其他材料组合成复合材料，这些新材料已在生产中获得了可喜的应用。需要说明的是，金属和非金属单质，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用来制造晶须。目前人们已利用几十种单质材料（如铁、铜、镍等金属和石墨）以及数十种化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二铝等）制出了晶须。想一想，议一议：晶须的存在，显示了大幅度提高金属强度的可能性。目前，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥。如果我们能有效地减少金属的晶体缺陷，制造出可供直接应用的理想晶体，那么，世界将会变得怎么样呢？（答案开放：如若能制造出可供直接应用的理想晶体，那就无异于增加了数十倍、数百倍的金属材料产量，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。到那时，地球上将会出现许多轻巧的薄壳建筑结构，机器不再是那样笨重和庞大，摩托车和轿车可以折叠起来随身携带，航天飞机和宇宙飞船将神速地来往于星际之间，人类的活动场所向着无限宽阔的宇宙空间延伸）