金属元素与金属材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属元素与金属材料,1,金 属 元 素,在已知的,112,种元素中，有,90,种金属元素。,2,工程技术上分：,黑色金属：,Fe,、,Mn,、,Cr,有色金属,又分,:,“,重、轻、贵、稀、放,”,金属的分类,化学性质上分：活泼金属、中等活泼金,属、不活泼金属。,3,1,物理性质,：,光泽、密度、熔点、导电、导热、延、,2,化学性质,：,“,金属性,”,是指：,M,-ze,-,M,Z+,金 属 的 性 质,展性、磁性、热胀冷缩,(,但,Sb,、,Bi,相反,),不同的金属，在与氧、水、酸、碱的,反,应，金属间反应中表现出不同的性质。,4,与氧（空气）的作用,mM+O,2,M,m,O,n,一般情况：,s,区,极易反应；,p,区,反应程度较差；,d,区,4,周期，高温下可反应；,5,、,6,周期，稳定。,钝化,:,易被钝化的金属有：,Cr,、,Fe,、,Ni,、,Zn,、,Al,、,Si,、,Sn,等。,5,金属,钝化,除与,本身,的活泼性有关，,还与其,如,Al,、,Cr,、,Ni,等金属是较易与氧作用,这是由于它们在空气中形成的,氧化膜,具,氧化物膜,的性质有关。,的。,但是，甚至在一定的较高温度范围内,都是相当稳定的。,有明显的保护作用，能阻止金属进一步被,氧化，这种作用叫,钝化,。,6,水中,b,(,H,+,)=,10,-,7,molkg,-,1,，,按能斯特方程式,:,E,(,H,+,/H,2,)=,-,0.413V,高温下，,Fe,前,金属皆可反应。,金属与,H,2,O,的反应,M+nH,2,O,M(OH),n,+H,2,若,E,(,M,n+,/M,)10,-,7,mol,.,kg,-,1,。,所以,若金属的,E,(,M,n+,/M,),二、三过渡系,（,B,特殊：）；,密度大，属,重金属；,导电、导热,良好。,3,化学性质,都有,可变氧化值,(,间隔,1,，,3d,5,后降低,),；,易成配合物，作,中心离子,有电子未满的,(n-1)d,轨道；,水合离子大多,有色,（与未对,d,电子有关）。,19,Cu,2+,、,Co,3+,、,Ni,2+,及其氨合物的颜色：,部分过渡元素水合离子的颜色：,20,它们是：,KMnO,4,、,K,2,Cr,2,O,7,、,CoCl,2,、,FeCl,3,、,NiNO,3,、,CuCl,2,、,Cr,2,(SO,4,),3,它们是：,ZnS,、,MnS,、,CdS,、,As,2,S,3,、,Sb,2,S,3,、,SnS,2,、,Bi,2,S,3,再举一些金属的盐溶液，如：,又如：,21,Co(H,2,O),6,Cl,2,CoCl,2,+,6H,2,O,粉红色,兰色,其中,Co,2+,有下列平衡：,根据,Co,2+,的这种特性，把它用于硅胶,阴？雨？晴？,小制作：,“晴雨花”,干燥剂：,22,金属（特别是过渡金属）元素的水合离,未成对,d,电子数,水 合 离 子 颜 色,0,1,2,3,4,5,Ag,+,、,Zn,2+,、,Cd,2+,、,Sc,3+,、,Ti,4+,（无色）,Cu,2+,（蓝色）、,Ti,3+,（紫色）,Ni,2+,（绿色）,Cr,3+,（蓝紫）、,Co,2+,（粉红）,Fe,2+,（淡绿）*,Mn,2+,（淡红）*、,Fe,3+,（淡紫）*,*Fe,2+,、,Mn,2+,常无色，,Fe,3+,常呈黄或褐色。,它们为什么有色？,电子构型中都有未成对,d,电子。例如：,子有色的原因是由于这些元素的离子外层,23,例题,：简单说明：,Mg,和,Ti,原子的最外层都是,2,个电子为,只有,+2,；,什么,Ti,的氧化数有,+2,、,+3,、,+4,而,Mg,却,解,：,Mg,的外层电子构型为,3s,2,而,Ti,为,3d,2,4s,2,。,化值；,d,电子可以参与反应，所以,Ti,有多于,+,2,的氧,24,2024/12/14 周六,25,为何,K,+,、,Ca,2,+,等都无色，而,Fe,、,Mn,、,Ti,为何,Cr,的密度、硬度、熔点都比,Mg,高；,的离子却都有色。,Cr,的外层电子构型为,3d,5,4s,1,，价电子多，,金属键强，所以密度、硬度、熔点高；,Fe,、,Mn,、,Ti,原子的外层电子构型中都,电子构型中则没有未成对,d,电子，因而无色。,有未成对,d,电子，而,K,+,、,Ca,2,+,的原子的外层,26,钛,轻、强、高、稳，无磁性，去,TiO,2,金红石、钛白粉可做白色,铬,硬度最大,(,9,),熔点高；耐蚀；,几种重要金属及化合物,Cr,2,O,3,铬绿，颜料、磨料；,CrO,3,铬酐，强氧化性；,气剂；,填料。,27,2CrO,4,2,-,+2H,+,HCrO,4,-,Cr,2,O,7,2,-,+H,2,O,Cr,2,O,7,2,-,Cr,3+,K,2,Cr,2,O,7,红矾钾，是常用氧化剂。,Cr,6+,的化合物皆有毒，,2Cr,2,O,7,2,+3C,2,H,5,OH+16H,+,3CH,3,COOH+,4Cr,3+,+11H,2,O,检查是否酒后开车：,而,Cr,3+,的化合物毒性较小。,在溶液中与,K,2,CrO,4,存在如下平衡：,28,KMnO,4,不稳定,其分解反应,:,2KMnO,4,K,2,MnO,4,+,MnO,2,+O,2(g),4KMnO,4,+4H,+,4,MnO,2,(s),+2H,2,O+3O,2(g),硬而脆；吸气；,KMnO,4,常用氧化剂,。,锰,MnO,4,Mn,2+,29,KMnO,4,的还原产物与,介质,有关：,KMnO,4,+5Na,2,SO,3,+,3H,2,SO,4,2MnSO,4,+5Na,2,SO,4,+K,2,SO,4,+3H,2,O,(,浅粉色或无色,),KMnO,4,+3Na,2,SO,3,+,H,2,O,MnO,2,+3Na,2,SO,4,+2KOH,(,棕色,),2,KMnO,4,+Na,2,SO,3,+,2KOH,2K,2,MnO,4,+K,2,SO,4,+H,2,O,(,绿色,),30,锰的比色分析法（分光光度法）就是根,2Mn,2+,+14H,+,+5BiO,3,2MnO,4,+5Bi,3+,+7H,2,O,据,MnO,4,的紫红色来进行鉴定的。,31,稀 土 元 素,32,电子层结构,B,：,(n-1)d,1,ns,2,Ln,：,(n-2)f,1-14,(n-1)d,0-1,ns,2,1,通性,原子和离子半径,镧系收缩,：,是指,Ln,的原子和离子半径比过渡元素,如：,57,La,71,Lu,15,个元素半径缩小,14pm,;,55,Cs,56,Ba,2,个元素半径缩小,45pm,;,21,Sc,22,Ti,缩小,15pm,。,更缓慢缩小,。,33,镧系收缩的后果是,：,6,周期的原子半径,质相似而有别于一过渡系。,与,5,周期的十分相近；二、三过渡系元素性,34,水合,Ln,3+,离子的颜色,4f,x,与,4f,14-x,构型的离子未成对电子数相同，,与未成对,4f,电子有关,:,如,:,La,(,4,f,0,),Ga,(,4,f,7,),颜色变化出现重复。,因而水合离子颜色也相同。,Lu,(,4,f,14,),Ga,(,4,f,7,),35,(2),吸气性好,。,LaNi,5,是优良贮氢材料,。,(1),活泼金属,。,强还原剂，活泼性相当,于,Mg,；易氧化，氧化物无保护作用（存,于煤油）；燃点低（,200,），燃烧时放,热量大,。,2,化学性质,(3),RE(OH),3,碱性如,M(OH),2,。,溶解度更小,。,(4),RE,的硝、硫、溴酸盐、氯化物可溶；,草、碳酸盐、氟化物难溶。,36,应用混合稀土（,RE,）可大大改善合金,3,应用,冶金工业的,“,维生素,”,石油化工中主要用做催化剂,可锻性等。,球化；改善延展性，提高抗氧化能力、,性能：脱,O,、,S,、,H,；氮化物细化，石墨,37,CeO,2,用来脱色、抛光；,Pr,2,O,3,、,Nd,2,O,3,用于着色（红、绿）；,La,2,O,3,高折射率、低散射的玻璃纤维；,用于光学窥镜；,Y,2,O,3,、,Dy,2,O,3,用于激光窗、红外窗、,高温炉窗；,玻璃、陶瓷工业中,38,LaNi,5,是贮氢材料,;,Y-Ba-Cu-O,是超导材料；,其他,仪）进入太空，进行反物质的探测。,Nd-Fe-B,合金称“永磁王”，是我国,此外，稀土在核工业、环保方面皆有,研制成功的。,98,年装于,AMS(,-,磁谱,应用。,39,在金属材料中，有许多具有特殊性能的合金，如：轻质合金、硬质合金、贮氢合金、形状记忆合金等等。,形状记忆合金,被称为金属中的“魔术,记 忆 合 金,像人有记忆力一样“,记住,”自己的,形状,。,师”，因为它有一种神奇的特性：它能,40,这种合金是由,Ti,和,Ni,各,50%,组成的。这,变化时便会有对应的晶形出现,:,这两种晶体有一转变温度。所以，温度,种合金具有,立方体,和,菱形,两种晶体结构，,T,1,T,2,T,2,41,轻 质 合 金,轻质合金,以,轻金属,为主要成分的合金。,(1),铝合金：密度小，强度高。,“,硬铝,”,耐蚀，可用于车，不用于船,。,(2),钛合金：密度不大，强度很高，,抗蚀性好,耐高、低温（,-200-500,）,无磁性，可用于船；,飞机的很多部件都用了轻质合金：,42,43,硬质合金,以,硬质化合物,（,TiN,、,AlN,、,硬 质 合 金,硬质合金用于制作刀具、钻具、模具等。,具有硬度高、耐磨性好；高强度、,高韧性。,结相,的复合材料。,TiC,、,WC,、,SiC,）为,硬质相,，以合金为,黏,44,贮 氢 合 金,贮氢合金,以其,可逆的吸氢作用,，使生,3H,2,+LaNi,5,LaNi,5,H,6,在,2,310,5,Pa,压力下就能可逆进行。,金属,Ti,贮氢，密度可达液氢的,4,倍。微,热,TiH,2,即分解，释放出氢。,金属或合金。如：,LaNi,5,成固体氢化物，把大量倾气贮存其内的,45,金属的电化学加工,阳极溶解：,M-ne,-,M,n+,即发生于腐蚀，也用于电解和电镀，还可用,来对金属进行定域加工。,46,如，,电解加工,原理：,距离不同，,电流密度不同，,溶解速率 不同；,方法：,间隙小，,两极自动 推进，,电解液高速流动。,特点：,用于特硬、脆、,特韧材料。,47,印刷电路版就是用腐蚀的方法制备的。,又如：,化学铣切,基本步骤,1.,涂胶,（光刻胶）,2.,刻胶,（按要求）,3.,腐蚀,（通常用三酸）,4.,去胶成型,48,任何事物都要“一分为二”，利与弊都是共存的。看问题绝对化是科学的大忌。我们这里提到的“腐蚀”就是“利”与“弊”兼具的化学现象。由于人们学会了“全面的看问题”，所以腐蚀不仅被防止而且被利用了。化学学科充满了辨证法。所以学习化学，也要学会化学的思辨，这样我们才会更聪明。,49,2024/12/14 周六,50,