金屬鍵及金屬特性

1、專題專題3 3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子，這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子，是是均勻分布于整個晶體均勻分布于整個晶體中。中。 大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說明了什么？大多數(shù)金屬單質(zhì)都有較高的熔點(diǎn)，說明了什么？金屬能導(dǎo)電又說明了什么？金屬能導(dǎo)電又說明了什么？ 說明金屬晶體中存在著強(qiáng)烈的相互作用說明金屬晶體中存在著強(qiáng)烈的相互作用; ;金屬具有導(dǎo)電性金屬具有導(dǎo)電性, ,說明金屬晶體中存在著能夠說明金屬晶體中存在著能夠自由自由流動的電子流動的電子。（2 2）形成）形成 成鍵微粒成鍵微粒: : 金屬陽離子和自由電子金屬陽離子和自由電子

2、存存 在在: : 金屬單質(zhì)和合金中金屬單質(zhì)和合金中（3 3）方向性）方向性: : 無方向性無方向性1.1.金屬鍵金屬鍵（1 1）定義：）定義：金屬離子和自由電子之間的金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的強(qiáng)烈的相互作用。相互作用。2. 2. 金屬的物理性質(zhì)金屬的物理性質(zhì)（1）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性（2）導(dǎo)熱性）導(dǎo)熱性（3）延展性）延展性 具有金屬光澤具有金屬光澤,能導(dǎo)電能導(dǎo)電,導(dǎo)熱導(dǎo)熱,具有良好的延展具有良好的延展性性,金屬的這些共性是有金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學(xué)金屬晶體中的化學(xué)鍵和金屬原子的堆砌方式鍵和金屬原子的堆砌方式所導(dǎo)致的所導(dǎo)致的通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動是自通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的

3、運(yùn)動是自由流動的，但在外加電場的作用下會由流動的，但在外加電場的作用下會定向定向移動形成電流移動形成電流, ,所以金屬具有導(dǎo)電性。所以金屬具有導(dǎo)電性。（1）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性（2 2）導(dǎo)熱性）導(dǎo)熱性 金屬容易導(dǎo)熱，是由于金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動時與金屬自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。（3 3）延展性）延展性 金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用互作用沒有方向性沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對滑動以，各原子層

4、之間發(fā)生相對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂下，發(fā)生形變也不易斷裂, ,因此在一定強(qiáng)度的外力因此在一定強(qiáng)度的外力作用下作用下, ,金屬可以發(fā)生形變金屬可以發(fā)生形變, ,表現(xiàn)為良好的表現(xiàn)為良好的延展性延展性。影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素（1 1）金屬元素的原子半徑）金屬元素的原子半徑（2 2）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目）單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目一般而言：一般而言： 金屬元素的原子金屬元素的原子半徑越小半徑越小，單位體積內(nèi)，單位體積內(nèi)自由自由電子數(shù)目越大電子數(shù)目越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，金屬鍵

5、越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。熔、沸點(diǎn)越高。 如：如：同一周期同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體金屬原子半徑越來越小，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來越高，硬度越來積內(nèi)自由電子數(shù)增加，故熔點(diǎn)越來越高，硬度越來越大；越大；同一主族同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積金屬原子半徑越來越大，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來越低，硬度越來越內(nèi)自由電子數(shù)減少，故熔點(diǎn)越來越低，硬度越來越小。小。黃鐵礦黃鐵礦螢螢 石石水晶水晶綠色魚眼石綠色魚眼石晶體：晶體： 具有規(guī)則幾何外形的固體。具有規(guī)則幾何外形的固體。晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢?構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)

6、則排列的結(jié)果構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)則排列的結(jié)果.晶胞晶胞:反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位.晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成晶體。晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成晶體。1. 1. 晶體晶體(1)(1)定義定義: :通過結(jié)晶過程形成的具有規(guī)則幾通過結(jié)晶過程形成的具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。何外形的固體叫晶體。 通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。是晶體。金屬晶體金屬晶體2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？ 晶體中能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)晶體中能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位單位 說明：說明： 晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)

7、延伸而形晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。成的。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。一、理論基礎(chǔ)：一、理論基礎(chǔ)： 由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空金屬晶體看成是由直徑相等的圓

8、球的三維空間堆積而成的。間堆積而成的。（一）一維堆積（一）一維堆積二、金屬堆積方式二、金屬堆積方式（二）二維堆積（二）二維堆積I I 型型II II 型型行列對齊四球一空行列對齊四球一空 非最緊密排列非最緊密排列行列相錯三球一空行列相錯三球一空最緊密排列最緊密排列密置層密置層非密置層非密置層（三）（三） 三維空間堆積方式三維空間堆積方式. 簡單立方堆積簡單立方堆積形成簡單形成簡單立方晶胞立方晶胞，空間利用率較低，空間利用率較低5252 ，金，金屬釙（屬釙（PoPo）采取這種堆積方式。）采取這種堆積方式。這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬

9、原子形成的凹穴中下層金屬原子形成的凹穴中, ,得到的是得到的是體心立方體心立方堆積堆積。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等屬于體等屬于體心立方堆積心立方堆積。. 體心立方堆積體心立方堆積密置層第一層密置層第一層 ：123456 第二層第二層 ： 對第一層來講最緊密的堆積方式是將對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一位，其情形是一樣的樣的 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。最緊密的堆積方式。 上圖是此種六方上圖是

10、此種六方堆積的前視圖堆積的前視圖ABABA 第一種：第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球?qū)⒌谌龑忧驅(qū)?zhǔn)第一層的球123456 于是每兩層形成一個于是每兩層形成一個周期，即周期，即 AB AB 堆積方堆積方式，形成六方堆積。式，形成六方堆積。 . .六方堆積六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積 六方最密堆積分解圖六方最密堆積分解圖 配位數(shù)配位數(shù) 12 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 ) 第三層的另一種排列第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2 2，4 4，6 6 位，不同位，不同于于 AB AB 兩層的位置，這是兩層的位置，這是 C C

11、 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形成，于是形成 ABC ABC 三層一個周期。三層一個周期。 這種堆積方式可劃分出面心這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位數(shù)配位數(shù) 12 12 ( ( 同層同層 6 6， 上下層各上下層各 3 ) 3 ) .面心立方堆積面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積 簡單立方堆積簡單立方堆積配位數(shù)配位數(shù) = 6空間利用率空間利用率 = 52.36% 體心立方堆積體心立方堆積 體心立方晶胞體心立方晶胞配

12、位數(shù)配位數(shù) = 8空間利用率空間利用率 = 68.02% 六方堆積六方堆積 六方晶胞六方晶胞配位數(shù)配位數(shù) = 12空間利用率空間利用率 = 74.05%面心立方堆積面心立方堆積面心立方晶胞面心立方晶胞配位數(shù)配位數(shù) = 12空間利用率空間利用率 = 74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)堆積方式及性質(zhì)小結(jié)2. 晶胞中金屬原子數(shù)目的計算晶胞中金屬原子數(shù)目的計算(平均值平均值)頂點(diǎn)占頂點(diǎn)占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2體心占體心占1有有1/4屬于屬于該立方體該立方體有有1/2屬于屬于該立方體該立方體完全屬于該完全屬于該立方體立方體有有1/8屬于屬于該立方體該立方體2.晶胞中微粒數(shù)的計算晶胞中微粒

13、數(shù)的計算在六方體頂點(diǎn)的微粒為在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的為為2個晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。個晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方體頂點(diǎn)的微粒為在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的為為2個晶胞共有。個晶胞共有。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4 在立方體頂點(diǎn)的微粒為在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共享，處于體個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2(1)(1)體心立

14、方：體心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：合金合金(1)定義：定義：把兩種或兩種以上的金屬把兩種或兩種以上的金屬(或金或金屬與非金屬屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。質(zhì)叫做合金。 例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。合物。(2) (2) 合金的

15、特性合金的特性 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低，低， 高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；) 具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。機(jī)械加工性能。 低低1. 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，則晶胞中的原子數(shù)是則晶胞中的原子數(shù)是 .如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則晶胞中的原子數(shù)是則晶胞中的原子數(shù)是 .鈉晶體的晶胞鈉晶體的晶胞練練 習(xí)習(xí)8 1/8 +1=212 1/6+2 1/2 + 3 = 62. 最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金和非金

16、屬原子屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示頂角和面心的原子是示頂角和面心的原子是M原子，棱的原子，棱的中心和體心的原子是中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)原子，它的化學(xué)式為式為( )A BMNC D條件不夠，無法寫出化學(xué)式條件不夠，無法寫出化學(xué)式44NM1314NMC練 習(xí)練 習(xí)A3.合金有許多特點(diǎn)合金有許多特點(diǎn),如鈉如鈉-鉀合金鉀合金 ( 含鉀含鉀50% 80%)為液體，而鈉鉀的單質(zhì)均為液體，而鈉鉀的單質(zhì)均為固體，據(jù)此推測生鐵、純鐵、碳三為固體，據(jù)此推測生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中，熔點(diǎn)最低的是種物質(zhì)中，熔點(diǎn)最低的是 ( ) A. 生鐵生鐵 B. 純鐵純鐵 C. 碳碳

17、D. 無法確定無法確定1.下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是 ( ) A. 金屬鍵沒有方向性金屬鍵沒有方向性 B. 金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在 的強(qiáng)烈的靜電吸引作用的強(qiáng)烈的靜電吸引作用 C. 金屬鍵中的電子屬于整塊金屬金屬鍵中的電子屬于整塊金屬 D. 金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)B練練 習(xí)習(xí)2.下列有關(guān)金屬元素特性的敘述正確的是下列有關(guān)金屬元素特性的敘述正確的是 ( ) A. 金屬原子只有還原性金屬原子只有還原性,金屬離子只有氧化性金屬離子只有氧化性 B. 金屬元素在化合物中

18、一定顯正化合價金屬元素在化合物中一定顯正化合價 C. 金屬元素在不同化合物中化合價均不相同金屬元素在不同化合物中化合價均不相同 D. 金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體B3. 金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無關(guān)的是金屬的下列性質(zhì)與金屬鍵無關(guān)的是( ) A. 金屬不透明并具有金屬光澤金屬不透明并具有金屬光澤 B. 金屬易導(dǎo)電、傳熱金屬易導(dǎo)電、傳熱 C. 金屬具有較強(qiáng)的還原性金屬具有較強(qiáng)的還原性 D. 金屬具有延展性金屬具有延展性C4.能正確描述金屬通性的是能正確描述金屬通性的是 ( ) A. 易導(dǎo)電、導(dǎo)熱易導(dǎo)電、導(dǎo)熱 B. 具有高的熔點(diǎn)具有高的熔點(diǎn) C. 有延展性有延展性 D. 具有強(qiáng)還原性具有強(qiáng)還原性AC5. 下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是 （ ）