《金属晶体》课件2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,已学过的金属知识,1.,金属的分类,按密度分,重金属：铜、铅、锌等,轻金属：铝、镁等,黑色金属：铁、铬、锰,有色金属：除铁、铬、锰以外的金属,按储量分,常见金属：铁、铝等,稀有金属：,1,分析：,通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可以从金属原子上,“,脱落,”,下来的价电子，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，是均匀分布于整个晶体中,.,2,（,1,）定义：,金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。,（,2,）形成,成键微粒,:,金属阳离子和自由电子,存 在,:,金属单质和合金中,（,3,）方向性,:,无方向性,二、金属键与金属的物理性质,1.,金属键,3,4,具有金属光泽,能导电,导热,具有良好的延展性,金属的这些共性是有金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的,2.,金属的物理性质,5,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移动形成电流,6,小结：,共 性,金属晶体与性质的关系,导电性,导热性,延展性,在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流,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，从而使整块金属达到相同的温度,由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂,7,金属,Na,Mg,Al,Cr,熔点,/,97.5,650,660,1900,部分金属的熔点,（,4,）金属的熔点,为什么金属晶体熔点差距如此巨大？,结论：,金属晶体内部微粒之间的作用存在差异，即金属的熔点高低与金属键的强弱有关。,影响金属键的强弱的因素是什么呢？,8,根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素,金属,Na,Mg,Al,Cr,原子外围电子排布,3s,1,3s,2,3s,2,3p,1,3d,5,4s,1,原子半径,/pm,186,160,143.1,124.9,原子化热,/kJ,mol,-1,108.4,146.4,326.4,397.5,熔点,/,97.5,650,660,1900,部分金属的原子半径、原子化热和熔点,金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指,1mol,金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。,9,6.,影响金属键强弱的因素,（,1,）金属元素的原子半径,（,2,）单位体积内自由电子的数目,一般而言：,金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。,如：,同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。,10,总 结,金属键的概念,运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性,影响金属键强弱的因素,11,1.,下列有关金属键的叙述错误的是,(),A.,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,的强烈的静电吸引作用,C.,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,有关,B,练 习,12,2.,下列有关金属元素特性的叙述正确的是,A.,金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性,B.,金属元素在化合物中一定显正化合价,C.,金属元素在不同化合物中化合价均不相同,D.,金属元素的单质在常温下均为晶体,B,13,3.,金属的下列性质与金属键无关的是,(),A.,金属不透明并具有金属光泽,B.,金属易导电、传热,C.,金属具有较强的还原性,D.,金属具有延展性,C,14,4.,能正确描述金属通性的是,(),A.,易导电、导热,B.,具有高的熔点,C.,有延展性,D.,具有强还原性,AC,15,5.,下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （）,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,D,16,7.,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。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是,A.Li Na K B.Na Mg Al,C.Li Be Mg D.Li Na Mg,B,17,黄铁矿,18,萤 石,19,水晶,20,绿色鱼眼石,21,菱锰矿,22,晶体的特性,1.,晶体与非晶体,(1),晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。,(2),非晶体：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态。,23,金属晶体,24,金属晶体,金属晶体,晶胞：,从晶体中,“,截取,”,出来具有代表性的最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。,25,晶胞,与,晶体,砖块,与,墙,蜂室,与,蜂巢,26,金属晶体,金属原子通过金属键形成的晶体称为,金属晶体,。主要有三种晶体类型。,A,1,A,2,A,3,27,1.,等径圆球的密堆积,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。,非密置层 密置层,28,在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围,6,个球相切，在中心的周围形成,6,个凹位，将其算为第一层。,等径圆球,的密堆积方式有,A,3,型最密堆积，,A,1,型最密堆积。,29,1,2,3,4,5,6,第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准,1,，,3,，,5,位。,(,或对准,2,，,4,，,6,位，其情形是一样的,),1,2,3,4,5,6,A,B,，,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。,30,下图是,A,3,型六方紧密堆积的前视图,A,B,A,B,A,第一种是将球对准第一层的球,1,2,3,4,5,6,于是每两层形成一个周期，即,AB AB,堆积方式，形成六方紧密堆积,-,A,3,型,。,配位数 12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),31,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。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,32,1,2,3,4,5,6,面心立方紧密堆积的前视图,A,B,C,A,A,B,C,第四层再排,A,，,于是形成,ABC ABC,三层一个周期。得到面心立方堆积,A,1,型,。,配位数 12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),33,B,C,A,ABC ABC,形式的堆积，为什么是面心立方堆积？,我们来加以说明。,34,这两种堆积都是最紧密堆积,，,空间利用率为 74.05%。,金属钾,K,的立方体心堆积,还有一种空间利用率稍低的堆积方式,A,2,型,-,立方体心堆积：立方体,8,个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。配位数,8,，空间利用率为,68.02%,。,六方紧密堆积,面心立方紧密堆积,立方体心堆积,金属的,堆积方式,35,2.,常见三种密堆积的晶胞,体心立方结构晶胞,36,面心立方结构晶胞,37,六方密堆结构晶胞,38,三种典型结构,面心立方最密堆积,A,1,体心立方密堆积,A,2,六方最密堆积,A,3,常见金属,Ca,Cu,Au,Al,Pd,Pt,Ag,Li,Na,K,Ba,W,Fe,Mg,Zn,Ti,结构示意图,常见金属晶体的三种结构型式,39,晶胞中粒子数的求算方法：,（,1,）处于,顶点,的粒子，同时为,8,个晶胞所共有，每个粒子有,1/8,属于该晶胞；,（,2,）处于,棱上,的粒子，同时为,4,个晶胞所共有，每个粒子有,1/4,属于该晶胞；,（,3,）处于,面上,的粒子，同时为,2,个晶胞所共有，每个粒子有,1/2,属于该晶胞；,（,4,）处于晶胞,内部,的粒子，则完全属于该晶胞。,40,(1),六方晶胞：,在六方体顶点的微粒为,6,个晶胞共有，在面心的为,2,个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。,微粒数为：,12,1,/6+2,1,/2+3=6,(2),面心立方：,在立方体顶点的微粒为,8,个晶胞共有，在面心的为,2,个晶胞共有。,微粒数为：,8,1/8+61/2=4,(3),体心立方：,在立方体顶点的微粒为,8,个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。,微粒数为：,81/8+1=2,41,合金,是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。,合金一般是将各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。,合金置换过程,42,1),具有超导性质的合金，,如,Nb,3,Ge,，,Nb,3,Al,，,Nh,3,Sn,，,V,3,Si,，,NbN,等,2),具有特殊电学性质的金属间化合物，,如,InTe-PbSe,，,GaAs-ZnSe,等在半导体材料用,3),具有强磁性的合金物，,如稀土元素（,Ce,，,La,，,Sm,，,Pr,，,Y,等）和,Co,的化合物，具有特别优异的永磁性能,合金的特性：,43,4),具有奇特吸释氢本领的合金（常称为贮氢材料），,如,LaNi,5,，,FeTi,，,R,2,Mg,17,和,R,2,Ni,2,Mg,15,。,(R,等仅代表稀土,La,，,Ce,，,Pr,，,Nd,或混合稀土）,是一种很有前途的储能和换能材料。,5),具有耐热特性的合金，,如,Ni,3,Al,，,NiAl,，,TiAl,，,Ti,3,Al,，,FeAl,，,Fe,3,Al,，,MoSi,2,，,NbBe,12,。,ZrBe,12,等,不仅具有很好的高温强度，并且，在高温下具有比较好的塑性,合金的特性：,44,6),耐蚀的合金，如某些金属的碳化物，硼化物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐蚀，若通过表面涂覆方法，可大大提高被涂覆件的耐蚀性能；,7),具有形状记忆效应、超弹性和消震性的合金，如,TiNi,，,CuZn,，,CuSi,，,MnCu,，,Cu,3,Al,等已在工业上得到应用。,合金的特性：,45,