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1、高中化学精品课件：专题三第一单元金属键 金属晶体（苏教版选修3）金属键金属键 金属晶体金属晶体一一.已学过的金属知识已学过的金属知识1.金属的分类金属的分类(1)黑色金属和有色金属黑色金属和有色金属(2)重金属和轻金属重金属和轻金属 4.5g/cm3(3)稀有金属和常见金属稀有金属和常见金属2.金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属元素在周期表中的位置及原子结构特征二二.金属键金属键 描述金属键的最简单的理论是描述金属键的最简单的理论是“电子气电子气”理论理论. 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的形成遍布整块晶体的“电
2、子气电子气”.这些电子不是专属这些电子不是专属于某几个特定的金属离子于某几个特定的金属离子,而是均匀分布于整个晶体而是均匀分布于整个晶体中中,被所有原子共用被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在从而把所有的金属原子维系在一起一起.金属原子则金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”中中.1.定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。互作用。2.形成形成 成键微粒成键微粒:金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 存在存在:金属单质和合金中金属单质和合金中3.方向性方向性: 无方向性无方向性4.4.金属的共性金属的共性: :具有金属光
3、泽具有金属光泽, ,能导电能导电, ,导热导热, ,具有良好的延展性具有良好的延展性, ,金属的这些共性是有金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属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的导致的（1）导电性导电性（2）导热性）导热性（3）延展性延展性 通常情况下金属内部电子的运动是不固定通常情况下金属内部电子的运动是不固定的，但在外加电场的作用下会定向移动形的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流成电流导电物质导电物质电解质溶液或熔融液电解质溶液或熔融液金属晶体金属晶体状态状态导电粒子导电粒子升温时导电能力升温时导电能力导电本质导电本质相对滑动相对滑动5.金属的特性注
4、：金属的熔点硬度和金属键的强弱有关，金属键的强注：金属的熔点硬度和金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。 部分金属的原子半径、原子化热和熔点部分金属的原子半径、原子化热和熔点金属Na MgAlCr原子外围电子排步3s1 3s23s23p13d54s1原子半径/pm186160143.1124.9原子化热/KJ*mol-1108.4146.4326.4397.5熔点/97.565066019006.影响金属键强弱的因素影响金
5、属键强弱的因素（1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自如：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；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。电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。黄铁矿黄铁矿萤石萤石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石菱锰矿菱锰矿三三.金属晶体金属晶体1.晶体晶体(1)定义定义:通过结晶过程形成的具有规
6、则几何外形的固体叫通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。晶体。(2)其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定其结构特征是内部的微粒在三维空间的排布具有特定的的周期性周期性, ,即隔一定距离重复出现。即隔一定距离重复出现。2.晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单元晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单元3.原子的密堆积方式原子的密堆积方式密堆积的定义密堆积的定义:密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆总是
7、趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。积密度最大的那些结构。 密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。可能降低，而结构稳定。这样得到的是简单立方堆积这样得到的是简单立方堆积, ,自然界只有钋自然界只有钋(Po)(Po)采采用这种排列用这种排列. .这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中。下层金属原子形成的凹穴中。得到的是体心立方堆积，如金属得到的是体心立方堆积，如金属K等等。123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将
8、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。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积。 配位数配位数 12 12 。 (
9、 ( 同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 ) )六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2 2，4 4，6 6 位位，不同不同于于 AB AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A A，于是形于是形成成 ABC ABC ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 12 。( ( 同层同层 6 6， 上
10、下层各上下层各 3 3 ) ) BCA ABC ABC ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么是面心立方堆积？ 我们来加以说明。我们来加以说明。面心立方最密堆积分解图镁型，六方堆积镁型，六方堆积铜型，面心立方堆积铜型，面心立方堆积4.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占顶点占1/8棱占棱占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1金晶体的最小重复单元金晶体的最小重复单元( (也称晶胞也称晶胞) )是面心立方体，即是面心立方体，即在立方体的在立方体的8 8个顶点各有个顶点各有个金原子，各个面的中心个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个
11、金原子被相邻的晶胞所共有有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有( (如如图图) )。金原子的直径为。金原子的直径为d d，用，用NANA表示阿伏加德罗常数，表示阿伏加德罗常数，M M表示金的摩尔质量。表示金的摩尔质量。 (1)(1)金晶体每个晶胞中含有金晶体每个晶胞中含有 个金原子。个金原子。 (2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是钢性小球欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是钢性小球外，还应假定外，还应假定 。 (3)一个晶胞的体积是多少一个晶胞的体积是多少?(4)金晶体的密度是多少金晶体的密度是多少?晶胞结构如图所示，则顶点上原子被晶胞结构如图所示，则顶点上原子被_个晶胞共有个晶胞共
12、有,侧棱上的原子被侧棱上的原子被_个晶胞所个晶胞所共有，共有，顶面棱上的原子被顶面棱上的原子被_个晶胞所共个晶胞所共有有思考思考:如果晶胞结构为六棱柱如果晶胞结构为六棱柱,结果如何结果如何? 12 6 4晶体硼的基本结构单元都晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含面体的原子晶体，其中含有有20个等边三角形和一定个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观察右各有一个原子，试观察右边图形，回答：边图形，回答：这个基本结构单元由这个基本结构单元由 个硼原子组成，个硼原子组成，键角是键角是 ，共含有，共含有 个个B
13、B键。键。 1230最最近近发发现现一一种种由由某某金金属属原原子子M和和非非金金属属原原子子N构构成成的的气气态态团团簇簇分分子子，如如图图所所示示顶顶角角和和面面心心的的原原子子是是M原原子子，棱棱的的中中心心和和体体心心的的原原子子是是N原原子子，它它的的化化学学式式为为A BMNC D条件不够，无法写出化学式C5.合金合金(1)定义：把两种或两种以上的金属定义：把两种或两种以上的金属(或金属与或金属与非金属非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。合金。(2)特点特点 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，高，低，高，介于两种成分金属的熔点之间；介于两种成分金属的熔点之间；) 具有比各成分金属更好的硬度、强度和机具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。械加工性能。 低低
