2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 第一單元 晶體的類型與性質(zhì) 第二節(jié)金屬晶體.doc

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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 第一單元 晶體的類型與性質(zhì) 第二節(jié)金屬晶體 一、金屬的物理性質(zhì) 1.金屬光澤 由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當光線投射到它的表面上時，自由電子吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤。此外，金顯黃色、銅顯赤紅色、鉍為淡紅色、銫為淡黃色以及鉛是灰藍色，這是因為它們較易吸收某一頻率的光之故。金屬光澤只有在整塊時才能表現(xiàn)出來，在粉末狀時，一般金屬都呈暗灰色或黑色。這是因為在粉末狀時，晶格排列得不規(guī)則，把可見光吸收后輻射不出去，所以為黑色。 2.金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性 大多數(shù)金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。善于導(dǎo)電的金屬也善于導(dǎo)熱，按照導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力由大到小的順序，將常見的幾種金屬排列如下： Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg 3.金屬的延展性 金屬的延展性導(dǎo)致金屬具有良好的變形性，但也有少數(shù)金屬，如銻、鉍、錳等，性質(zhì)較脆，沒有延展性。 4.金屬的密度 鋰、鈉、鉀比水輕，大多數(shù)其他金屬密度較大。 5.金屬的硬度 金屬的硬度一般較大，但它們之間有很大差別。有的堅硬如鉻、鎢等；有的卻可用小刀切割，如鈉、鉀等。 6.金屬的熔點 金屬的熔點一般較高，但高低差別較大。最難熔的是鎢，最易熔的是汞和銫、鎵。汞在常溫下是液體，銫和鎵在手上受熱就能熔化。 二、金屬與非金屬的比較 三、一發(fā)吊千鈞的金屬晶須 一種胡須那樣細的金屬晶須，竟能吊起千鈞的重量！ 在提高金屬材料強度的試驗過程中，科學(xué)家們驚奇地發(fā)現(xiàn)，一種胡須狀的鐵晶須（直徑為1.6微米，只有頭發(fā)絲粗細的1/50～1/40），它的抗拉強度竟能達到13400兆帕，是工業(yè)純鐵的70多倍，比超高強度鋼高出4～10倍。如果用這樣的鐵晶須編織成半徑為1毫米的線材，能安全地吊起一輛4噸重的載重卡車。這種鐵晶須堪稱金屬世界中的“大力士”。 經(jīng)現(xiàn)代的X射線衍射技術(shù)顯示，晶須內(nèi)部的原子完全按照同樣的方向和部位排列。這是一種沒有任何缺陷的理想晶體。因其全部原子各就各位，陣容排列整齊，組成了一道堅不可摧的防線，故只有當外力增加到使一部分原子相對于另一部分原子作整體移動時，才能產(chǎn)生塑性變形或斷裂。而在一般金屬中，雖說總體上原子是有規(guī)則排列的，但局部地方，一些原子的排列并不規(guī)則，因而，晶體構(gòu)造中產(chǎn)生了缺陷。晶體的缺陷有點缺陷、線缺陷和面缺陷三大類。點缺陷是指在晶體空間中，長、寬、高三個方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（稱為空位），另一些位置上有多余原子（稱為間隙原子），或有外來原子溶入（稱為異類原子）等。線缺陷是指在晶體中某處有一列或幾列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象（稱為位錯）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之間的交界面（稱為晶界）上，原子呈不規(guī)則排列。因此，對一般金屬而言，只要使少數(shù)原子發(fā)生短距離的移動，就可以像“千里之堤，潰于蟻穴”那樣導(dǎo)致塑性變形或斷裂，因而表現(xiàn)出較低的強度。 目前，人們已能制造出一些極細的金屬晶須，可用它們編織成較大的線材，或讓晶須作為增強材料與其他材料組合成復(fù)合材料，這些新材料已在生產(chǎn)中獲得了可喜的應(yīng)用。 需要說明的是，金屬和非金屬單質(zhì)，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用來制造晶須。目前人們已利用幾十種單質(zhì)材料（如鐵、銅、鎳等金屬和石墨）以及數(shù)十種化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二鋁等）制出了晶須。 想一想，議一議： 晶須的存在，顯示了大幅度提高金屬強度的可能性。目前，金屬材料的強度潛力遠遠沒有充分發(fā)揮。如果我們能有效地減少金屬的晶體缺陷，制造出可供直接應(yīng)用的理想晶體，那么，世界將會變得怎么樣呢？ （答案開放：如若能制造出可供直接應(yīng)用的理想晶體，那就無異于增加了數(shù)十倍、數(shù)百倍的金屬材料產(chǎn)量，甚至從根本上改變?nèi)祟惖纳瞽h(huán)境和條件。到那時，地球上將會出現(xiàn)許多輕巧的薄殼建筑結(jié)構(gòu)，機器不再是那樣笨重和龐大，摩托車和轎車可以折疊起來隨身攜帶，航天飛機和宇宙飛船將神速地來往于星際之間，人類的活動場所向著無限寬闊的宇宙空間延伸……）