金屬為什麼有很強的結晶傾向

⑴ 為什麼說大多數金屬的結晶是非均勻形核

因為金屬液相到固相的溫度變化是斷崖式的質變，致使金屬粒子沒有產生平衡的時回間，就變成了答固體。比如鑄鐵，就因為沒來及平衡，致使鑄鐵存在非平衡，而且非平衡會產生應力。所以大型鑄鐵件需要風吹日曬，在自然環境中逐漸消除應力才能再加工。

⑵ 金屬結晶為什麼要有過冷度

液體溫度達到理論結晶溫度時並不能進行結晶，而必須在它溫度以下的某一溫度內（稱為實際開始容結晶溫度）才開始結晶。在實際結晶過程中，實際結晶溫度總是低於理論結晶溫度的，這種現象成為過冷現象，兩者的溫度差值被稱為過冷度

⑶ 金屬的表面結晶度為什麼高

分子篩的結晶度和酸性有什麼關系如果酸催化，應該看酸性位的性質（如數量、強度專、落位等）與屬催化的關系。而分子篩的結晶度表徵的是分子篩結構完美程度的。你的實驗中發現結晶度與催化有關聯，可能的原因有：1. 分子篩結晶度不同，分子篩中B酸和L酸的分布會有差異，如是這樣，建議做NH3-TPD、吡啶-紅外等表徵；2. 分子篩結晶度不同導致孔道的差異，這主要看你的催化反應是否是擇型催化、反應物的尺寸等；總而言之，分子篩的催化主要和其酸性及孔道尺寸相關。

⑷ 金屬的結晶過程,為什麼一般金屬結晶後會形成很多晶粒，謝謝啦

結晶退火之前，是要冷加工的，說到這里我提醒下，鍛造也能一定程度細化晶粒回。是一般的答退火都是晶粒長大，但是再結晶退火是使晶粒變小，因為再結晶退火之前，對材料進行塑性加工，材料儲備了大量的變形能，在再結晶溫度時，大量的變形能釋放，材料在具備了形核能（形成晶核的必需的能量）後，會在晶界處產生小晶核，進而長大，如果控制再結晶溫度內 ，晶粒長大的尺寸能控制比之前的小。

⑸ 簡述金屬結晶過程，為什麼一般金屬結晶後，會形成很多晶粒

結晶退火之前，是要冷加工的，說到這里我提醒下，鍛造也能一定程度細化晶粒回。是一般答的退火都是晶粒長大，但是再結晶退火是使晶粒變小，因為再結晶退火之前，對材料進行塑性加工，材料儲備了大量的變形能，在再結晶溫度時，大量的變形能釋放，材料在具備了形核能（形成晶核的必需的能量）後，會在晶界處產生小晶核，進而長大，如果控制再結晶溫度內 ，晶粒長大的尺寸能控制比之前的小。

⑹ 什麼叫金屬晶體它與金屬有什麼不同

第二節 金屬晶體

一、教學目的要求

1.使學生了解金屬晶體的模型及性質的一般特點。

2.使學生理解金屬晶體的類型與性質的關系。

二、教材分析和教學建議

本節之前，已經介紹了離子晶體、分子晶體和原子晶體等知識，再介紹金屬晶體的知識，可以使學生對於晶體有比較全面的了解。

在大綱中，對於金屬鍵的概念是不作要求的，所以教材在介紹金屬晶體時沒有使用金屬鍵這一名詞，而是從「金屬離子與自由電子之間存在著較強的作用」引入。金屬晶體的概念比較抽象，教材在處理時運用圖示並聯系學生已學過的有關金屬的知識，幫助學生理解。在解釋金屬的性質時，讓學生思考離子晶體導電與金屬導電有什麼不同，以加深學生對金屬導電原因的認識，同時也復習離子晶體的有關知識。在本節的最後，給出了一個討論題，讓學生自己比較學過的幾種晶體的性質，既幫助學生復習知識，也訓練學生比較、總結的方法，培養學生的能力。

教學建議如下：

1.本節的教學可以從讓學生回憶金屬的一些物理性質出發，提出金屬為什麼會有一些共同的性質這一問題。並結合離子晶體、分子晶體和原子晶體的知識，將性質與結構聯系起來認識金屬的性質與結構的關系。

2.通過金屬晶體的結構示意圖來解釋金屬離子與自由電子的相互作用，從而引出金屬晶體的概念，進一步解釋金屬的一些性質。金屬晶體的結構比較復雜，可以利用實物模型或多媒體手段，使其形象化。

3.可以結合展示一些金屬實物，及播放有關金屬實際應用的錄像，如金屬導線、工具，及金屬的加工過程等，對金屬的一些共同性質進行解釋。為了使學生更好地了解金屬有一些共性的原因，還可以將一些微觀的知識用多媒體動畫來呈現，如金屬晶體中自由電子在外加電場作用下形成電流，自由電子與金屬離子在受熱時相互碰撞傳遞能量等。

4.利用課本中的「討論」和單元小結給出的表格，結合上一節學習後學生的總結，由學生討論，比較離子晶體、分子晶體、原子晶體和金屬晶體的類型和性質。

本節教學重點：金屬晶體的模型；晶體類型與性質的關系。

本節教學難點：金屬晶體結構模型。

三、部分習題參考答案

習題一：

1.D 2.C 3.B

習題二：

2.(1)Ne (2)Cu (3)Si (4)KCl

四、資料

1.金屬鍵

(1)改性共價鍵理論

在金屬晶體中，自由電子作穿梭運動，它不專屬於某個金屬離子而為整個金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，從而形成某種結合，這種作用稱為金屬鍵。由於金屬只有少數價電子能用於成鍵，金屬在形成晶體時，傾向於構成極為緊密的結構，使每個原子都有盡可能多的相鄰原子(金屬晶體一般都具有高配位數和緊密堆積結構)，這樣，電子能級可以得到盡可能多的重疊，從而形成金屬鍵。

上述假設模型叫做金屬的自由電子模型，稱為改性共價鍵理論。這一理論是1900年德魯德(drude)等人為解釋金屬的導電、導熱性能所提出的一種假設。這種理論先後經過洛倫茨(Lorentz,1904)和佐默費爾德(Sommerfeld,1928)等人的改進和發展，對金屬的許多重要性質都給予了一定的解釋。但是，由於金屬的自由電子模型過於簡單化，不能解釋金屬晶體為什麼有結合力，也不能解釋金屬晶體為什麼有導體、絕緣體和半導體之分。隨著科學和生產的發展，主要是量子理論的發展，建立了能帶理論。

(2)能帶理論

金屬鍵的能帶理論是利用量子力學的觀點來說明金屬鍵的形成。因此，能帶理論也稱為金屬鍵的量子力學模型，它有5個基本觀點：

①為使金屬原子的少數價電子(1、2或3)能夠適應高配位數的需要，成鍵時價電子必須是「離域」的(即不再從屬於任何一個特定的原子)，所有價電子應該屬於整個金屬晶格的原子共有。

②金屬晶格中原子很密集，能組成許多分子軌道，而且相鄰的分子軌道能量差很小，可以認為各能級間的能量變化基本上是連續的。

③分子軌道所形成的能帶，也可以看成是緊密堆積的金屬原子的電子能級發生的重疊，這種能帶是屬於整個金屬晶體的。例如，金屬鋰中鋰原子的1S能級互相重疊形成了金屬晶格中的1S能帶，等等。每個能帶可以包括許多相近的能級，因而每個能帶會包括相當大的能量范圍，有時可以高達418 kJ/mol。

④按原子軌道能級的不同，金屬晶體可以有不同的能帶(如上述金屬鋰中的1s能帶和2s能帶)，由已充滿電子的原子軌道能級所形成的低能量能帶，叫做「滿帶」；由未充滿電子的原子軌道能級所形成的高能量能帶，叫做「導帶」。這兩類能帶之間的能量差很大，以致低能帶中的電子向高能帶躍遷幾乎不可能，所以把這兩類能級間的能量間隔叫做「禁帶」。例如，金屬鋰(電子層結構為1s22s1)的1s軌道已充滿電子，2s軌道未充滿電子，1s能帶是個滿帶，2s能帶是個導帶，二者之間的能量差比較懸殊，它們之間的間隔是個禁帶，是電子不能逾越的(即電子不能從1s能帶躍遷到2s能帶)。但是2S能帶中的電子卻可以在接受外來能量的情況下，在帶內相鄰能級中自由運動。

圖1-5 金屬鋰中的能帶

⑤金屬中相鄰近的能帶也可以互相重疊，如鈹(電子層結構為1s22s2)的2s軌道已充滿電子，2s能帶應該是個滿帶，似乎鈹應該是一個非導體。但由於鈹的2s能帶和空的2p能帶能量很接近而可以重疊，2s能帶中的電子可以升級進入2p能帶運動，於是鈹依然是一種有良好導電性的金屬，並且具有金屬的通性。

根據能帶理論的觀點，金屬能帶之間的能量差和能帶中電子充填的狀況決定了物質是導體、非導體還是半導體(即金屬、非金屬或准金屬)。如果物質的所有能帶都全滿(或最高能帶全空)，而且能帶間的能量間隔很大，這個物質將是一個非導體；如果一種物質的能帶是部分被電子充滿，或者有空能帶且能量間隙很小，能夠和相鄰(有電子的)能帶發生重疊，它是一種導體。半導體的能帶結構是滿帶被電子充滿，導帶是空的，而禁帶的寬度很窄，在一般情況下，由於滿帶上的電子不能進入導帶，因此晶體不導電(尤其在低溫下)。由於禁帶寬度很窄，在一定條件下，使滿帶上的電子很容易躍遷到導帶上去，使原來空的導帶也充填部分電子，同時在滿帶上也留下空位(通常稱為空穴)，因此使導帶與原來的滿帶均未充滿電子，所以能導電。

能帶理論也能很好地說明金屬的共同物理性質。向金屬施以外加電場時，導帶中的電子便會在能帶內向較高能級躍遷，並沿著外加電場方向通過晶格產生運動，這就說明了金屬的導電性。能帶中的電子可以吸收光能，並且也能將吸收的能量又發射出來，這就說明了金屬的光澤和金屬是輻射能的優良反射體。電子也可以傳輸熱能，表明金屬有導熱性。給金屬晶體施加應力時，由於在金屬中電子是離域(即不屬於任何一個原子而屬於金屬整體)的，一個地方的金屬鍵被破壞，在另一個地方又可以形成金屬鍵，因此機械加工不會破壞金屬結構，而僅能改變金屬的外形，這也就是金屬有延性、展性、可塑性等共同的機械加工性能的原因。金屬原子對於形成能帶所提供的不成對價電子越多，金屬鍵就越強，反應在物理性質上熔點和沸點就越高，密度和硬度越大。

能帶理論對某些問題還難以說明，如某些過渡金屬具有高硬度、高熔點等性質，有人認為原子的次外層d電子參與形成了部分共價性的金屬鍵。所以說，金屬鍵理論仍在發展中。

2.金屬晶體的結構類型

表1-5 金屬晶體中常見的三種結構類型

三種典型結構類型
體心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格

配位數
8
12
12

常見金屬晶體結構(有些金屬晶體可能有兩種或三種晶格)
Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba Ti V Nb Ta Cr Mo W Fe Ca Sr Cu Au Al Pb Ni Pd Pt Be Mg Ca Sr CO Ni Zn Cd Ti
三種典型結構類型
體心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
結構示意圖

空間利用率
68.02%
74.05%
74.05%

堆積形式
體心立方緊密堆積
面心立方緊密堆積
六方緊密堆積

【附】教案示例

第二節 金 屬 晶 體

教學目標：

1.使學生形成正確的金屬晶體概念，並了解金屬晶體的晶體模型及金屬的共同性質、特點。

2.使學生理解金屬晶體的晶體結構與性質的關系。

3.通過對結構決定性質的分析討論，培養學生科學的學習方法和探索、歸納能力。

教學重點：金屬晶體的概念、晶體類型與性質的關系。

教學難點：金屬晶體結構模型

教學方法：對比、誘導、分析、觀察、推理、歸納相結合。

教具准備：投影儀、多媒體電教設備和自製課件、錄像、導線、鐵絲、鍍銅金屬片。

教學過程：

〔投影〕選一位同學的家庭作業(以表格形式比較離子晶體、原子晶體和分子晶體結構與性質的關系)。要求全體同學對照分析各自作業，在教師的引導下進行必要的修正和補充。然後投影一張正確的表格。

表一：離子晶體、分子晶體、原子晶體結構與性質關系的比較

晶體類型
離子晶體
分子晶體
原子晶體

結
構
構成晶體粒子
陰離子
陽離子
分子
原子

粒子間的相互作用形式
離子鍵
分子間作用力
共價鍵

性
質
硬度
較大
較小
很大

熔、沸點
較高
較低
很高

導電
固體不導電，熔化或溶於水後導電
固態和熔融狀態時都不導電
不導電

〔展示金屬實物並播放錄像〕展示的金屬實物有金屬導線(銅或鋁)、鐵絲、鍍銅金屬片等，並將鐵絲隨意彎曲，引導觀察銅的金屬光澤。錄像內容包括電工架設金屬高壓電線，家用鐵鍋炒菜，鍛壓機把鋼錠壓成鋼板等。

〔教師誘導〕從上述金屬的應用來看，金屬有哪些共同的物理性質呢？

〔學生分組討論〕請一位同學歸納，其他同學補充。

〔板書〕一、金屬共同的物理性質

容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。

〔教師誘啟〕前面我們知道離子晶體、分子晶體、原子晶體有著不同的物理性質特點，且分別由它們的晶體結構所決定，那麼金屬的這些共同性質是否也由金屬的結構所決定呢？

〔板書〕第二節 金屬晶體

〔演示多媒體動畫1〕內容為：教材圖1-15某種金屬晶體的結構示意圖。硬球一個一個地堆積給同學觀察，成形後再旋轉讓同學從不同角度進行觀察，且拆散、堆積給學生分析。

〔畫外音兼有字幕〕金屬(除汞外)在常溫下一般都是固體。通過X射線進行研究發現，在金屬中，金屬原子好像許多硬球一層層緊密地堆積著，每一個金屬原子周圍有許多相同的金屬原子圍繞著。

〔設疑〕金屬中堆積的就是中性原子嗎？

〔閱讀並討論〕金屬中由於金屬原子的外層電子比較少，金屬原子容易失去外層電子變成金屬離子，在金屬內部結構中，實際上按一定規律緊密堆積的是帶正電荷的金屬陽離子。

〔教師誘啟〕同樣的帶正電荷的金屬陽離子本應相互排斥，為何還可以緊密地堆積在一起呢？

〔提示設疑〕電子到哪裡去了呢？

〔討論〕學生分組討論，教師引導分析：要使帶正電荷的金屬陽離子按一定規律緊密堆積，除非金屬原子釋出的電子在各金屬離子間自由地運動，這樣依靠金屬陽離子與帶負電荷的自由電子之間強烈的相互作用使金屬離子緊密地堆積在一起。

〔演示多媒體動畫2〕出現帶負電的電子圍繞在金屬陽離子之間自由運動的金屬晶體結構模型。

〔畫外音兼有字幕〕在金屬晶體里，自由電子不專屬於某幾個特定的金屬離子，它們幾乎均勻地分布在整個晶體中並被許多金屬離子所共有。

〔板書〕二、金屬晶體結構

金屬晶體：通過金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的單質晶體。

〔教師設問〕構成金屬晶體的粒子有哪些？

〔學生歸納〕金屬晶體由金屬離子和自由電子構成。

〔引言〕金屬晶體的結構與其性質有哪些內在聯系呢？

〔板書〕三、金屬晶體的結構與金屬性質的內在聯系

1.金屬晶體結構與金屬導電性的關系

〔演示多媒體動畫3〕畫面內容：金屬晶體中的自由電子在沒有外加電場存在時是自由移動的，在外加電場作用下，自由電子則發生定向移動而形成電流。

〔畫外音兼有字幕〕在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運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生定向運動，因而形成電流，所以金屬容易導電。

〔投影〕表二

晶體類型
離子晶體
金屬晶體

導電時的狀態

導電粒子
〔板書〕2.金屬晶體結構與金屬的導熱性的關系

〔教師誘啟〕導熱是能量傳遞的一種形式，它必然是物質運動的結果，那麼金屬晶體導熱過程中金屬離子和自由電子擔當什麼角色？

〔學生閱讀〕教材中有關內容。

〔分組討論〕

①金屬晶體導熱過程中粒子運動情況如何？

②這些粒子通過什麼方式傳遞熱量？

③熱量傳遞方向及最後整個金屬晶體溫度高低情況怎樣？

〔學生匯報〕選一位學生匯報學生討論結果，其他學生補充。

〔投影小結〕金屬容易導熱，是由於自由電子運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，從而使整塊金屬達到相同的溫度。

〔板書〕3.金屬晶體結構與金屬的延展性的關系

〔演示多媒體動畫4〕畫面為一原子晶體和金屬晶體結構模型，當其分別受到外力作用時，原子晶體中原子間的位移使共價鍵受到破壞，而金屬晶體中各原子層發生相對滑動時，卻保持了金屬離子與自由電子之間的較強相互作用。

〔畫外音兼有字幕〕原子晶體受外力作用時，原子間的位移必然導致共價鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性，而金屬晶體中由於金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發生相對滑動以後，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發生形變也不易斷裂。

⑺ 在實際生產中,金屬結晶時為什麼常以枝晶的方式長大

金屬結晶時，很多時候由於有些元素的擴散速度跟不上冷卻速度，所以就局部結晶出來，出現主軸和次軸成分不一樣的現象，即主幹和枝幹成分不同，故此說是以枝晶方式結晶。

⑻ 在實際生產中，金屬結晶時為什麼常以枝晶的方式長大

金屬結晶時晶粒的生長方向與熱量散失方向相反，由於熱量是由內向外散失的，所以晶粒由外向內生長，從而生長成樹枝形。但是在液態金屬的中心部位，熱量是向四周散發的，所以中心部位的晶粒就向四周生長，形成等軸狀晶粒。 所以，液態金屬結晶後，你假如把它沿中線切開，你會發現晶粒形狀分為三種類型：外層為細小的等軸晶粒；中間為樹枝狀晶粒；內部為等軸晶粒。

⑼ 一些金屬的結晶為什麼是方方正正的

結晶退火之前，是要冷加工的，說到這里我提醒下，鍛造也能一定程度細化晶粒。是一般的退火都是晶粒長大，但是再結晶退火是使晶粒變小，因為再結晶退火之前，對材料進行塑性加工，材料儲備了大量的變形能，在再結晶溫度時，大量的變形能釋放，材料在具備了形核能（形成晶核的必需的能量）後，會在晶界處產生小晶核，進而長大，如果控制再結晶溫度內 ，晶粒長大的尺寸能控制比之前的小。