3.3.1金属键 金属晶体 课件 河北省唐山市第十一中学苏教版高二化学选修三 (共50张PPT).ppt

第一单元金属键金属晶体,（）,微粒间作用力,离子键,共价键,氢键,极性键,非极性键,分子间作用力,微粒间的相互作用力,化学键,金属键,化学键：分子或晶体内相邻两个或多个原子（离子）间强烈的相互作用力.,分子间作用力：分子间存在着将分子聚集在一起的作用力.,书P32,1.非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？2.你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金属为什么具有这些物理性质吗?,金属键,易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。,2、金属为什么具有这些共同性质呢?,结构决定性质：即金属的这些共性是由金属晶体中的化学键(金属键)和金属原子的堆砌方式所导致的。,3、大多数金属单质都有较高熔点，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;,金属有导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。,1、金属有共同的物理性质？,描述金属键的最简单的理论是“电子气”理论.,电子气理论描述金属键P32,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“电子气”。这些自由移动的电子不是专属于某几个特定的金属离子，而是均匀分布于整个晶体中，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”中。,形成：成键微粒:金属阳离子和自由电子存在:金属单质和合金中本质:静电作用(静电引力、静电斥力),二、金属键与金属的物理性质,1.金属键,定义：金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。,金属键:无方向性、饱和性,2.金属的物理性质：具有金属光泽,导电,导热,良好延展性。金属的共性是由金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的.,金属导电性,【思考】:物质具有导电性的条件？,自由移动的带电微粒,用金属键理论来解释导电、导热、延展性P33,【讨论】:金属为什么易导电？P33,在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。,溶液或熔融状态,固体或熔融,阴阳离子,自由电子,温度升高导电能力增强,温度升高导电能力减弱,溶液T升高,溶液的黏度降低。离子运动速度加快，其导电能力增强,T升高，金属阳离子的振动剧烈，阻碍自由电子的移动，所以导电能力下降,电解过程,自由电子的定向移动,电解质溶液和金属导电性比较,、金属导热性P33第二段,【思考】：在晶体中热能的表现形式是什么？,组成微粒的动能,用金属键理论来解释导电、导热、延展性P33,【讨论】:金属为什么易导热？P33,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，从而使整块金属达到相同的温度。,、金属延展性P33第三段,用金属键理论来解释导电、导热、延展性P33,【讨论】:金属为什么具有较好的延展性？P33,金属晶体中由于金属阳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。,自由电子在外加电场的作用下发生定向移动,自由电子与金属阳离子碰撞传递热量,晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用,小结:金属晶体的结构与性质的关系,部分金属的熔点,3、金属的熔点P33,问题1：为什么金属晶体熔点差距如此巨大？,金属熔点高低与金属键的强弱有关。,问题2：影响金属键的强弱的因素是什么呢？,根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素,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。,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r逐渐减小，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r逐渐增大，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。,（1）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目,3、影响金属键强弱的因素P34,1.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,相互作用(静电引力和静电斥力),2、判断下列金属熔点逐渐升高的是（）A、LiNaKB、NaMgAlC、LiBeMgD、LiNaMg,B,金属晶体为什么具有金属光泽和颜色,由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。,拓展视野,雪花晶体,食糖晶体,单质硫,食盐晶体,美丽的晶体,黄铁矿,莹石,水晶,绿色鱼眼石,菱锰矿,1.晶体定义：通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体。通常情况下，多数金属单质及其合金也是晶体。,阅读P34化学史话人类对晶体结构的认识,认识晶体,晶体的特性,有规则的几何外形；有固定的熔沸点。,(依据：构成晶体的粒子种类及粒子之间的作用),晶体的分类,2.晶胞,从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。,定义：,说明：,晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。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。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。,砖块与墙晶胞与晶体蜂室与蜂巢,晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系,3.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总是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。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。,配位数:晶格中与任一个原子相距最近且距离相等的原子数目。配位数越大,原子排列越紧密,空间利用率越大。空间利用率：晶胞所含原子的体积晶胞体积100%,1.金属晶体的堆积方式和晶胞,课本P35,金属晶体,2、理论基础：,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。,(1)一维堆积,3、金属堆积方式,二维平面堆积方式,I型,II型,A,B,由相邻的非密置层在同一直线上的堆积,三维空间堆积方式,、简单立方堆积,形成简单立方晶胞，空间利用率较低52，金属钋（Po）采取这种堆积方式。,配位数=6,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体心立方堆积,Na、K、Cr、Mo、W等属于体心立方堆积。空间利用率=68.02%,配位数为8.,.体心立方堆积（A2）,三维堆积非密置层堆积的两种方式,简单立方钋型,体心立方-钾型,II型,行列相错三球一空，密置排列,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),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。,第一种：将第三层球对准第一层的球。,六方密堆积的前视图,A,于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积。,.六方密堆积(A3),-镁、锌、钛,配位数12(同层6，上下层各3)，空间利用率74.05%,六方密堆积分解图,第三层的另一种排列方式：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。,IV、面心立方堆积(A1),金、银、铜、铝,面心立方紧密堆积的前视图,A,第四层再排A，于是形成ABCABC三层一个周期。这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。,配位数12(同层6，上下层各3),IV、面心立方堆积(A1),面心立方密堆积分解图,钾型,铜型,钋型,镁型,【课堂小结】,空间利用率=52.36%,空间利用率=68.02%,空间利用率=74.05%,堆积方式及性质小结,空间利用率=74.05%,6,8,12,12,配位数越大,原子排列越紧密,空间利用率越大。,晶胞中粒子数的求算方法-均摊法,（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（体心）的粒子，则完全属于该晶胞。,结论：,解析:右图六棱柱状晶胞，顶端原子一般只计算1/6棱边原子一般只计算1/4面上原子一般只计算1/2内部原子一般计算成1若此晶胞所有原子相同，则此晶胞中含6个原子。,12*1/6+2*1/2+3*1=6,能力训练,三:晶胞中微粒数的计算,(3)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：121/6+21/2+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：81/8+61/2=4,(1)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,长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶-1/8棱-1/4面-1/2心-1,1:晶胞结构如图所示，则顶点上原子被_个晶胞共有,侧棱上的原子被_个晶胞所共有，顶面棱上的原子被_个晶胞所共有.,12,6,4,能力训练,2.现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为；乙晶体的化学式为；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。,AB,EF或FE,3.最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式为,ABMNCD条件不够，无法写出化学式,C,能力训练,误区警示：金属、离子晶体，用均摊法；分子晶体，则所有的原子都属于该分子。审题时，一定要注意这一点。,4、在金属晶体中最常见的三种堆积方式有：（1）配位数为8的堆积，（2）配位数为的是面心立方堆积，其中以ABAB方式堆积的和以ABCABC方式堆积的空间利用率相等，就的堆积层来看，二者的区别是在第层。,能力训练,体心立方,12,六方密堆积,面心立方密堆积,三,合金,(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。,例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡22%）；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物。,(2)合金的特性合金的熔点比其成分中金属具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。,低,A,1.合金有许多特点,如钠-钾合金(含钾50%80%)为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是A.生铁B.纯铁C.碳D.无法确定,能力训练,