工程化学基础2.ppt

3. 2 元素周期律，金属材料 小 结 小结 原子的结构 光子与电子等微观粒子具有波粒二相性 测不准原理（位置和动量） 可以分辨s、p、d的电子云示意图 理解量子数n、l、m、ms的取值及含义 掌握公式： Δε= hv ；C＝ λv 3.2 原 子 结 构 3.2.1 原子=原子核+核外电子 电子分层排布　 二、元素周期律 小结 会前36号元素的核外电子排布式和外层电子排布式 原子半径的变化规律 会计算有效核电荷 能够判断元素金属性强弱 电负性 氧化值 作业 P91：1, 2, 3, 4 三、金属键、金属元素通性和金属材料 四、人体中各种元素的分布情况 1，金属键（改性共价键理论）和金属通性 金属单质或合金是由电负性较小且相近的金属原子结合而成的。首先金属原子释放出部分价电子从而形成金属离子，金属离子按一定规则形成密堆积，释放出来的价电子在整个晶体里自由地运动着，这些电子叫做自由电子。金属离子跟自由电子之间存在着较强的作用，因而使所有的金属离子结合在一起。像这种金属离子跟自由电子之间存在的较强作用叫做金属键。也叫改性共价键，或者说是一种特殊的离域共价键。因此，我们也可以把金属想象为“释去价电子的金属离子沉浸在自由电子的海洋里”的物质。通过金属键形成的晶体叫金属晶体。金属键没有方向性和饱和性。 2，金属材料 金属材料的种类很多。按其组成和使用性能的不同可将金属材料分成钢铁材料、非铁金属材料、金属功能材料以及新型的金属间化合物材料和金属基复合材料等几大类；每一大类又分成若干个系列等等。在工程建设中，实际使用的金属材料绝大多数是合金材料，很少用到纯金属。 合金的结构比纯金属的结构要复杂得多。根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可将合金分为三种结构类型：金属固溶体型；金属间化合物型；简单机械混合型。 (1) 金属固溶体 金属固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。 当溶质元素与溶剂元素在原子半径、电负性以及晶格类型等方面都相近时易形成置换固溶体。例如 V、Cr、Mn、Ni 和 Co 等元素与 Fe 都能形成置换固溶体；Zn 能取代部分 Cu 原子形成黄铜合金等。 当溶质原子半径较小时（r溶质/r溶剂 0. 59），如 H、B、C、N 等，则容易形成间隙固溶体。 (c) 间隙固溶体的晶格 图3-11 纯金属和固溶体的晶格中原子分布示意图 (a) 纯金属的晶格 (b) 取代固溶体的晶格 溶质原子 溶剂原子 填隙原子 图3-12 形成固溶体时晶格畸变示意图 溶质原子 溶剂原子 当溶剂元素溶入溶质元素后，能使原来的晶格发生畸变，它们将阻碍外力对材料引起的形变，因而使固溶体的强度提高，同时其延展性和导电性将会下降。固溶体的这种现象称为固溶强化。固溶强化对改善金属材料的性能具有重大意义。 固溶强化 (2) 金属间化合物 又称金属互化物、金属化合物。当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外，同时还会出现新的相，这第二相可以是另一组分的固溶体，而更常见的是形成金属化合物。 金属化合物种类很多，从组成元素来说可以由金属元素与金属元素，也可以由金属元素与非金属元素组成，前者如 Mg2Pb、CuZn 等；后者如 B、C 和 N 等非金属元素与 d 区金属元素形成的化合物，分别称为硼化物、碳化物和氮化物，它们具有某些独特的性能，如高强度、高熔点、高稳定性等。 Fe2N ? 560 Mn2N 600 CrN 1 093 1 500 VN 1 520 2 360 TiN 1 994 2 950 氮化物 显微硬度 / kg·mm–2 熔点 / ℃ Fe3C 860 1 650 Mn3C ? 1 520 Cr3C2 1 350 1 895 VC 2 094 2 830 TiC 3 200 3 150 碳化物 显微硬度 / kg·mm–2 熔点 / ℃ FeB 1 900 1 540 Mn2B 2 500 2 140 Cr2B 1 350 1 890 VB2 2 800 2 400 Ti2B 3 300 2 980 硼化物 显微硬度 / kg·mm–2 熔点/℃ VIII VII VI V Ⅳ 族 表3. 4 第一过渡系元素硼化物、碳化物和氮化物的显微硬度和熔点 例如对于工具钢（切削磨刀具），不仅要求在常温下具有高硬度，而且要求在较高温度下仍能保持高硬度和高的耐磨性，这俗称红硬性。由于碳素工具钢的硬度差，刃部受热至 200 ~ 250℃时，硬度急剧下降，在 500℃时已降低到完全丧失切削磨的能力。但若加入 W、Mo、V、Cr 等，使之与C形成碳