材料科学与工程基础详解.ppt

第二章 物质结构基础 2-1-1 物质的形态 2. 电子 质量 约 1/1800 质子或中子 负电荷 绕核运动； 速度1/10～1/100光速；? 波-粒 轨道非固定，几率最大的分布构成电子云层 5. 泡利不相容原理： 原子中每个电子必须有独自一组四个量子数， 在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子；或者说在同一原子中，最多只能有两个电子处于同样能量状态的轨道上，而且这两个电子的自旋方向必定相反。 2-3 原子之间的相互作用和结合 4、混和键合 1） 电负性:表示吸引电子的能力 同一周期 左 右 电负性增高 同一族 上 下 电负性降低 2）电负性对化学键的影响: 同种原子间无影响 异种原子相互作用时: 两元素电负性相差较大: 非金属——非金属 成极性共价键 电负性相差很大: 金属—— 非金属 成离子键 两个原子轨道组合成分子轨道时，必须满足以下条件： （1）能量相近 （2）轨道最大重叠 （3）对称性匹配 2-3-1 基本键合 1. 离子键合 正离子————负离子 特点： ① 电子束缚在离子中； ②正负离子吸引，达静电平衡； 电场引力无方向性; ③构成三维整体——晶体结构 ； ④在溶液中离解成离子。 离子键 库仑引力 Figure 2.9 两个原子共享最外壳电子的键合。 特点：①两原子共享最外壳层电子对； ②两原子相应轨道上的电子各有一个，自旋方向必须相反； ③有饱和性和方向性。电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。 2. 共价键合 特点： ① 由正离子排列成有序晶格； ② 各原子最 (及次)外层电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性； ③ 原子最外壳层有空轨道或未配对电子，既容易得到电子，又容易失去电子； ④ 价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低、具有范性形变。 3 . 金属键合 Figure 2.11 电负性差值：可判断无机非金属材料离子性结合键的比例 92 89 86 82 76 70 63 55 离子性结合% 4.0 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 电负性差值 47 39 30 22 15 9 4 1 离子性结合% 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 电负性差值 作用力也是库仑引力（与离子键相同但弱得多,不存在电子交换） 1.分子间引力 分子（或电中性原子）间的结合力，即分子键， 又称范氏力。 特点：① 无方向性和饱和性 ② 键能最小 2-3-2 派生键合 A. 取向力: 永久偶极间相互作用 存在于极性分子之间 B. 诱导力: 被诱导的偶极与永久偶极间作用 存在于极性与非极性分子或极性与极性分子之间 C. 色散力:非极性分子间瞬时偶极间的作用 存在于一切极性与非极性分子中 具有加和性和普遍性 质子给予体（如H）与强电负性原子X（如O、N、F、Cl）结合，再与另一强电负性原子Y（质子接受体）形成一个键的键合方式。 2. 氢键 形成氢键的必须满足以下两个条件：1）分子中必须含氢；2）另一个元素必须是电负性很强的非金属元素（F、O、N）。 特点： ①有方向性，饱和性； ②分子内氢键；分子间氢键； ③键能: 一般为几 - 十几 kcal/mol 原子间距离很大时, 相互作用很小; 距离减小时，斥力和引力以不同的函数形式增大。 2-3-3 原子间距和空间排列 1. 原子间的距离和作用 （1）a，：平衡间距， 合力F= 0，能量U最低，结合能的负值； （2）a 增大，F为引力，U增大；a 减小，F为斥力，U大大增大。 平衡间距就是斥力和引力相等的距离。 2 . 原子半径和离子半径 (a)纯金属 (b)离子固体 两个相邻原子中心的平衡距离可认为是两个原子的半径之和。 孤立原子（非键合）的半径——范氏半径 结合原子：原子间作用方式和作用力的不同，a，不同，半径不同 (a) 金属半径：金属键结合的原子距离的一半：a，/ 2 (b) 离子半径：a，= r+ + R- (c) 共价半径：成键电子云的最大重叠（非球形，多用键长） 离子价影响离子半径 影响原子间距的因素：温度、离子价、相邻原子的数目。