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文檔簡介
1、晶體結(jié)構(gòu),金屬晶體,Ti,Ti,金屬樣品,1、金屬共同的物理性質(zhì),容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。,金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢?,2、金屬的結(jié)構(gòu),(1)定義:金屬離子和自由電子之間的相互作用。,(2)成鍵微粒: 金屬陽離子和自由電子 (3)鍵的存在: 金屬單質(zhì)和合金中 (4)方向性: 無方向性 (5)鍵的本質(zhì): 電子氣理論 金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整晶體的“電子氣”,被所有原子所共用,從而把所有的金屬原子維系在一起。 (6)鍵的強(qiáng)弱:陽離子半徑;所帶電荷 陽離子所帶電荷多、半徑小金屬鍵強(qiáng),熔沸點(diǎn)高,、金屬鍵,組成粒子:金屬陽離子和自由電子 作用力:金屬鍵(電子氣理論),、金屬
2、晶體: 概念:金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵作用形成的晶體,【討論1】 金屬為什么易導(dǎo)電? 在金屬晶體中,存在著許多自由電子,這些自由電子的運(yùn)動是沒有一定方向的,但在外加電場的條件下自由電子就會發(fā)生定向運(yùn)動,因而形成電流,所以金屬容易導(dǎo)電。,3、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系,【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱?,自由電子在運(yùn)動時經(jīng)常與金屬離子碰撞,引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時,那個區(qū)域里的自由電子能量增加,運(yùn)動速度加快,通過碰撞,把能量傳給金屬離子。 金屬容易導(dǎo)熱,是由于自由電子運(yùn)動時與金屬離子碰撞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)
3、到相同的溫度。,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系,【討論3】金屬為什么具有較好的延展性? 原子晶體受外力作用時,原子間的位移必然導(dǎo)致共價(jià)鍵的斷裂,因而難以鍛壓成型,無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性,各原子層之間發(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下,發(fā)生形變也不易斷裂。,、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系,、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色,由于自由電子可吸收所有頻率的光,然后很快釋放出各種頻率的光,因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬(如銅、金、銫、鉛等)由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。 當(dāng)金屬成粉末狀時,金屬晶
4、體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則,吸收可見光后輻射不出去,所以成黑色。,4.金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律,熔點(diǎn)最低的金屬:汞(常溫時成液態(tài)) 熔點(diǎn)很高的金屬:鎢(3410) 鐵的熔點(diǎn):1535 ,一般情況下,金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定: 金屬陽離子半徑越小,所帶電荷越多,自由電子越多, 金屬鍵越強(qiáng),熔點(diǎn)就相應(yīng)越高,硬度也越大。 如: Na Mg Al Li Na K Rb Cs,合金,(1)定義:把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。,例如,黃銅是銅和鋅的合金(含銅67%、鋅33%);青銅是銅和錫的合金(含銅78%、錫22%);鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故
5、合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。,(2) 合金的特性 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低, 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)度和機(jī)械加工性能。,低,二.金屬晶體的原子堆積模型,(2)金屬晶體的原子在二維平面堆積模型,金屬晶體中的原子可看成直徑相等的小球。將等徑圓球在一平面上排列,有兩種排布方式,按左圖方式排列,剩余的空隙較大,稱為非密置層;按右圖方式排列,圓球周圍剩余空隙較小,稱為密置層 。,二維平面堆積方式,行列對齊,四球一空 非最緊密排列,行列相錯,三球一空 最緊密排列,密置層,非密置層,配位數(shù):4,配位數(shù):6,三維空間堆積方式,. 簡單立方堆積
6、,非密置層的三維堆積方式,晶胞內(nèi)原子數(shù): 配位數(shù): 空間利用率: 典型金屬:,立方晶胞,(釙)Po,52,6,1,Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。,. 體心立方堆積(鉀型),這是非密置層另一種堆積方式,將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中,得到的是體心立方堆積。,. 體心立方堆積(鉀型),晶胞內(nèi)原子數(shù):2 配位數(shù):8 空間利用率:68 典型金屬: K 、Na、Fe,體心立方晶胞,第一層 :,三維空間堆積方式,密置層的三維堆積方式,第二層 : 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1,3,5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2,4,6 位,其情形是一樣的 ),關(guān)鍵是第三層,對第一、二層來說,第三
7、層可以有兩種最緊密的堆積方式。,兩個密置層密置堆積,三個密置層密置堆積,六方堆積,面心立方 堆積,上圖是此種六方 堆積的前視圖,A,第一種: 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球,于是每兩層形成一個周期,即 AB AB 堆積方式,形成六方堆積。,配位數(shù) 12 ( 同層 6,上下層各 3 ),.六方堆積(鎂型),鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積,六方最密堆積分解圖,鎂型(AB型六方最密堆積),鎂型晶胞的抽取,六方晶胞,晶胞內(nèi)原子數(shù):2 配位數(shù):12 空間利用率:74 典型金屬:Mg Zn Ti,此種立方緊密堆積的前視圖,A,第四層再排 A,于是形成 ABC ABC 三層一個周期。 這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。
8、,配位數(shù) 12 ( 同層 6, 上下層各 3 ),.面心立方 堆積(銅型),金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積,簡單立方堆積, 體心立方堆積 體心立方晶胞, 六方堆積 六方晶胞,面心立方堆積 面心立方晶胞,堆積方式及性質(zhì)小結(jié),2. 晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值),頂點(diǎn)占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,體心占1,2.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算,在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個晶胞共有,在面心的為2個晶胞共有,在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)為:121/6 + 21/2 + 3 = 6,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有,在面心的為2個晶胞共有。 微粒數(shù)為:81/8 + 61/2 = 4,在立方體頂點(diǎn)的微粒
9、為8個晶胞共享,處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為:81/8 + 1 = 2,長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn): 頂點(diǎn)-1/8 棱-1/4 面心-1/2 體心-1,(1)體心立方:,(2)面心立方:,(3)六方晶胞:,1. 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu), 則晶胞中的原子數(shù)是 . 如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞, 則晶胞中的原子數(shù)是 .,練 習(xí),81/8 +1=2,121/6+21/2 + 3 = 6,2. 最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N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M原子,棱的中心和體心的原子是N原子,它的化學(xué)式為( ),A BMN C D條件不夠,無法寫出化學(xué)式,C,練 習(xí),練 習(xí),A,3.合金有許多特點(diǎn),如鈉-鉀合金 ( 含鉀50% 80%)為液體,而鈉鉀的單質(zhì)均為固體,據(jù)此推測生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中,熔點(diǎn)最低的是 ( ) A. 生鐵 B. 純鐵 C. 碳 D. 無法確定,一種結(jié)晶形碳,有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感,可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系,成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/cm3,化學(xué)性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性,在空氣或氧氣中強(qiáng)熱可以燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑,并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。,知識拓展石墨,石墨晶體
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