金属键与金属特性资料

1、金属键与金属特性资料 这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，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。是均匀分布于整个晶体中。 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？金属能导电又说明了什么？金属能导电又说明了什么？ 说明金属晶体中存在着强烈的相互作用说明金属晶体中存在着强烈的相互作用; ;金属具有导电性金属具有导电性, ,说明金属晶体中存在着能够自由说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。流动的电子。（2 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 存存 在在: : 金属单质和合金中金属

2、单质和合金中（3 3）方向性）方向性: : 无方向性无方向性1.1.金属键金属键（1 1）定义：）定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。2. 2. 金属的物理性质金属的物理性质（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性 具有金属光泽具有金属光泽,能导电能导电,导热导热,具有良好的延展具有良好的延展性性,金属的这些共性是有金属晶体中的化学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键和金属原子的堆砌方式所导致的通常情况下金属晶体内部电子的运动是自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

3、会定向由流动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流移动形成电流, ,所以金属具有导电性。所以金属具有导电性。（1）导电性）导电性（2 2）导热性）导热性 金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。从而使整块金属达到相同的温度。（3 3）延展性）延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互

4、作用，因而即使在外力作用后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂下，发生形变也不易断裂, ,因此在一定强度的外力因此在一定强度的外力作用下作用下, ,金属可以发生形变金属可以发生形变, ,表现为良好的延展性。表现为良好的延展性。影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素（1 1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径（2 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一般而言：一般而言： 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由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，电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点

5、越高。熔、沸点越高。 如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体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，硬度越来越内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。小。黄铁矿黄铁矿萤萤 石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石晶体：晶体： 具有规则几何外形的固体。具有规则几何外形的固体。晶体为什么具有规则的几何外形呢晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排

6、列的结果.晶胞晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位反映晶体结构特征的基本重复单位.晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。1. 1. 晶体晶体(1)(1)定义定义: :通过结晶过程形成的具有规则几通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。何外形的固体叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其合金也通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。是晶体。金属晶体金属晶体2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？ 晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位单位 说明：说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形晶体的结构是晶胞在空间连续

7、重复延伸而形成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的属原子的紧密堆积是有一定规律的。一、理论基础：一、理论基础： 由于金属键没有方向性，每个金属原子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。间堆积而成

8、的。（一）一维堆积（一）一维堆积二、金属堆积方式二、金属堆积方式（二）二维堆积（二）二维堆积I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层（三）（三） 三维空间堆积方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积形成简单立方晶胞，空间利用率较低形成简单立方晶胞，空间利用率较低5252 ，金，金属钋（属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。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

9、凹穴中, ,得到的是体心立方得到的是体心立方堆积。堆积。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等属于体属于体心立方堆积心立方堆积。. 体心立方堆积体心立方堆积密置层第一层密置层第一层 ：123456 第二层第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一位，其情形是一样的样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图

10、ABABA 第一种：第一种： 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 AB AB 堆积方堆积方式，形成六方堆积。式，形成六方堆积。 . .六方堆积六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ) 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2 2，4 4，6 6 位，不同位，不同于于 AB AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C C 层。层。12345612345

11、6123456123456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，于是形成，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位数配位数 12 12 ( ( 同层同层 6 6， 上下层各上下层各 3 ) 3 ) .面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数 = 6空间利用率空间利用率 = 52.36% 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立方晶胞配位数配位数 = 8空间利用率空间

12、利用率 = 68.02% 六方堆积六方堆积 六方晶胞六方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结2. 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棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1有有1/4属于属于该立方体该立方体有有1/2属于属于该立方体该立方体完全属于该完全属于该立方体立方体有有1/8属于属于该立方体该立方体2.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六

13、方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立

14、方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。合物。(2) (2) 合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成

15、分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，低， 高，介于两种成分金属的熔点之间；高，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、强度和具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。机械加工性能。 低低1. 右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习81/8 +1=2121/6+21/2 + 3 = 62. 最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子M和非金和非金属原子属原子N构成的气态团簇分子，如图

16、所构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是示顶角和面心的原子是M原子，棱的原子，棱的中心和体心的原子是中心和体心的原子是N原子，它的化学原子，它的化学式为式为( )A BMNC D条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC练 习练 习A3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金 ( 含钾含钾50% 80%)为液体，而钠钾的单质均为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁生铁 B. 纯铁纯铁 C. 碳碳 D. 无法确定无法确定1.下列有关金属

17、键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ( ) A. 金属键没有方向性金属键没有方向性 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的强烈的静电吸引作用 C. 金属键中的电子属于整块金属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金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关B练练 习习2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是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原子只有还原性,金属离子只有氧化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金