知识点金属元素概述李旭东单位环境与化工81课件.pptxVIP

知识点：金属元素概述主讲人：李旭东单位：环境与化工学院

金属元素概述1、金属的物理性质金属都有一些共同的物理化学特性，如特殊的光泽、易传热导电，良好的机械加工性能。这些都与金属中存在自由电子有关。⑴光泽金属晶体中的自由电子很容易吸收可见光，使金属具有不透明性；当吸收能量被激发到较高能级的电子再回到较低能级时，可以放射出一定波长的光，而使金属具有光泽。如铜、金和铋分别显紫、黄和淡红色，其他大多数金属都是深浅不同的银白色和银灰色。

金属元素概述1、金属的物理性质金属都有一些共同的物理化学特性，如特殊的光泽、易传热导电，良好的机械加工性能。这些都与金属中存在自由电子有关。⑵传热导电在外电场作用下，金属晶体中的自由电子作定向运动形成电流，使金属能导电。金属能够传热，是由于运动的电子不断与金属阳离子碰撞，进行能量交换，使整块金属温度趋于一致。

金属元素概述1、金属的物理性质金属都有一些共同的物理化学特性，如特殊的光泽、易传热导电，良好的机械加工性能。这些都与金属中存在自由电子有关。⑶延展性在外力作用下，金属晶体各层离子间能发生相对滑动而不破坏金属键。所以，金属可被锻打成型，压成薄片或拉成细丝，具有优良的机械加工性能。金属的延展性，一般随温度的升高而增大。因此，金属的锻造、拉、轧等工艺往往在炽热时进行。

金属元素概述2、金属的化学性质在化学反应中，金属一般容易失去外层电子表现出还原性。例如大多数金属容易与氧、硫、卤素等非金属进行化合反应，活泼金属能置换水或某些酸中的氢。各种金属还原性的强弱，与金属活动性顺序一致。IA、IIA族金属具有很强的还原性，在与活泼非金属反应时，通常形成离子键。过渡金属的还原性一般较弱，与非金属反应时难以形成典型的离子键。位于IIIA~IVA族的金属，许多具有两性，在和非金属反应时，形成的化学键往往具有共价性质。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑴金属的存在金属在自然界中的存在状态和金属的化学性质密切相关。表1金属化学性质和金属活动顺序的关系

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑴金属的存在金、银等少数金属以游离态存在于自然界，其他金属都以化合态存在于矿石中。重要的氧化物矿石有：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、软锰矿（MnO2）等。重要的硫化物矿石有：方铅矿（PbS）、辉铜矿（Cu2S）、辰砂（HgS）等。重要的碳酸盐矿石有：石灰石（CaCO3）、菱铁矿（FeCO3）、菱镁矿（MgCO3）等。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑵金属的冶炼金属冶炼是由矿石中制取金属的过程。其实质是金属离子获得电子从化合物中被还原出来。金属的化学活泼性不同，其离子获得电子还原成金属原子的难易程度也不同。相应的有各种不同的冶炼方法，包括：热分解法、高温还原法和电解还原法。

金属元素概述①热分解法：金属活动性顺序位于铜以后的不活泼金属，可用加强热分解的方法将其冶炼出来。②高温还原法：在金属活动顺序中，铝到汞之间的金属冶炼是将矿石与加入的还原剂（碳、一氧化碳、氢气或活泼金属铝等）共热，使金属还原。③电解还原法：活泼金属的冶炼常用电解法（金属活动顺序中锰以前的金属）。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑶合金纯金属的许多性能（如硬度、强度、耐腐蚀性等）不能满足工程技术上的要求，所以工业上很少用纯金属。例如，纯铜导电性好，通常用于制造电器，但其硬度和强度不大，而不宜制造机器零件和日用器具。铝质轻，但纯铝硬度和强度不够、熔点低，不宜制造飞机零部件。随着生产和科学技术的不断发展，对材料的很多性能提出了特殊的要求，如耐高温、耐高压、耐腐蚀、高强度、易熔等等。而纯金属的性能很难满足要求，所以工业上使用的金属材料大多数是合金。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑶合金合金由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成，具有金属特性。如常用的黄铜是铜锌合金，铸铁和钢是铁碳合金。广义地讲，合金是一种固态溶液，即固溶体。固溶体保持着溶剂金属原有的晶格点阵，溶质原子可以有限或无限地熔入溶剂金属的晶格。根据溶质原子在溶剂晶体点阵所处的位置，固溶体可分为置换固溶体和间歇固溶体两大类。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑶合金在置换固溶体中，溶质原子取代部分溶剂原子排列在溶剂晶格结点的位置。当两种金属原子的半径差别很小、电子层和化学活泼性相似、晶格类型相同时容易形成置换固溶体。在间隙固溶体中，溶质原子分布在溶剂晶格的间隙，又称间充固溶体。

金属元素概述3、金属的存在和冶炼⑶合金无论是形成置换固溶体还是间隙固溶体，由于溶剂原子和溶质原子的半径及化学性质不尽一致，都将造成合金晶格的扭曲或变形（畸变）。因此，晶面之间相对滑动的阻力增大，使金属材料抵抗变形的能力增强，表现为合金的强度和硬度都高于纯金属。例如，铸铁和钢比纯铁的硬度大。在铜中加入1%（质量分数）的铍所