第16章金属通论1.pptVIP

第十六章金属通论 19.1 概述 19.2 金属的物理性质 19.3 金属的化学性质 19.4 金属的提炼 19.5 合金 黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金(钢铁)。 有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类： 轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。 贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少、开采和提取困难、价格贵，因而得名贵金属。 准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 稀有金属：自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元素等。 　　9、金属的内聚力: 所谓内聚力就是物质内部质点间的相互作用力,也就是金属键的强度，即核和自由电子间的引力。金属的内聚力可以用它的升华热衡量。 金属键的强度（用升华热度量）主要决定： (1)原子的大小，随原子半径增大，升华热减小； (2)价电子数增加，升华热随之增加。 许多过渡元素具有很高的升华热，因为它们有较多可供金属原子成键的d电子。 　　自由电子的存在和紧密堆积的结构使金属具有许多共同的性质。 　　1、金属光泽：当光线投射到金属表面上时，自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光(全反射),绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。 　　此外，金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一些频率的光之故。 　　金属光泽只有在其为晶体时才能表现出来，粉末状金属一般都呈暗灰色或黑色(漫散射)。 　　许多金属在光的照射下能放出电子(光电效应)。另一些在加热到高温时能放出电子(热电现象)。 　　2、金属的导电性和导热性：大多数金属有良好的导电性和导热性。常见金属的导电和导热能力由大到小的顺序排列如下： Ag，Cu，Au，Al，Zn，Pt，Sn，Fe，Pb，Hg 　　3、超导电性：金属材料的电阻通常随温度的降低而减小。1911年H.K.Onnes发现汞冷到低于4.2K时，其电阻突然消失,导电性差不多是无限大,这种性质称为超导电性。具有超导性质的物体称为超导体。 　　超导体电阻突然消失时的温度称为临界温度(T0)。超导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有任何损失。 超导材料大致可分为纯金属、合金和化合物三类。 超导材料可以制成大功率超导发电机、磁流发电机、超导储能器、超导电缆、超导磁悬浮列车等。 　　7、金属的熔点：金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞、铯和镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。 　　8、金属玻璃(非晶态金属)：将某些金属熔融后,以极快的速度淬冷。由于冷却速度极快,高温时金属原子的无序状态被“冻结”,不能形成密堆积结构，得到与玻璃类似结构的物质,故称为金属玻璃。 　　 　　金属玻璃同时具有高强度和高韧性、优良的耐腐蚀性和良好的磁学性能，因此它有许多重要的用途。 　　典型的金属玻璃有两大类：一类是过渡金属与某些非金属形成的合金；另一类是过渡金属间组成的合金。 金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。 金属还原过程的热力学 从图中可以看出， 凡?rG?为负值区域内 的所有金属都能自动 被氧气氧化，凡在这 个区域以上的金属则 不能。由图可知约在 773K以上Hg就不被 氧所氧化，而HgO只 需稍微加热，超过773K 就可以分解得到金属。 稳定性差的氧化物?rG?负值小，?rG?-T直线位于图上方,例如HgO。 稳定性高的氧化物?rG?负值大,?rG?-T直线位于图下方如MgO。 在自由能图中,一种氧化物能被位于其下面的那些金属所还原，因为这个反应的?rG? 0。例如，铝热法，在1073K时Cr2O3能被Al还原。 反应C+O2=CO2的?rS?≈0, 反应2C+O2= 2CO的 ?rS?0, 反应2CO+O2=2CO2 ?rS?0。 三条直线交于983K。 高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大， 低于此温度,2CO+O2=2CO2的反应倾向更大。 生成CO的直线向下倾斜,这使得几乎所有金 属的?rG?-T直线在高温下都能与C-CO直线 相交。能够被碳还原，碳为一种广泛应的 优良的还原剂。 低共熔混合物(低共熔合金) 合金是两种金属的非均匀混合物，它的熔点总比任一纯金属的熔点要低。例如铋的熔点为544K，镉的熔点为594K，铋镉合金的最低熔化温度是413K，这个温度称为最低共熔温度。而对应于一定组成混合物