华南师范大学材料科学与工程教程第一章材料结构.ppt

* 2、结合键的本质 原子间距r 原子间距r 排斥力 吸引力 合力 r0 E0 0 0 吸引 排斥 吸引 排斥 作用力F 作用位能E 原子间距：吸引力、排斥力相等时原子之间的距离 固体原子之间总存在两种力：吸引力和排斥力，且与距离关系密切 作用位能与原子之间的距离和作用力有关系 平衡距离下的作用能定义为原子的结合能，即把两个原子完全分开所需要作的功！ * 结合键的本质就是原子的结合能相当于把两个原子完全分开所作的功的大小。结合能越大，原子结合愈稳定。 结合能大小可以通过测定固体的蒸发热而得到 共价键和离子键的键能最大，金属键次之，物理键的氢键很小，范德华键最小。 * 结合能计算公式 + （z1、z2为原子的电子得失数； e为电荷量； a是离子对间距； n为波恩指数，一般取7-9） * 3、结合键与性能 1）物理性能 熔点 密度 原子量有关 化学键 金属键， 离子键、共价键， 二次键使分子链堆垛不紧密 导热、导电性 共价化合物、离子化合物、过度金属、二次键结合的材料？ 原子趋向密堆 原子排列不致密 * 2）力学性能 弹性模量 金刚石弹性模量最大1000GP 陶瓷 金属材料 聚合物 强度，一般说结合键能高的，强度也高 塑性 金属键，良好 离子键、共价键则困难一些 应力-应变曲线上弹性变形段的斜率；拉伸变形时称为杨氏模量 * * 第一章 材料结构的基本知识（一） * 材料结构 材料性能 四层次 原子结构 原子结合键 原子的排列 显微组织 * 思考 1、什么是价电子？ 2、K与Cu相比，谁更活泼？为什么？ 3、金属是否均是由金属键构成的？W为什么具有高熔点？ 4、一般情况下，金属、陶瓷、聚合物相比，谁的密度更高？ 5、什么是弹性模量？ * 一、原子结构 1、原子的电子排列 * 波函数和原子轨道 1926年，Schr?dinger（薛定谔）根据德布罗伊 物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。 是描述波动的函数，称为波函数，可用来表示任何微观粒子的行为。 * 波函数ψ是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程 电子的波函数?对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义： 波函数不同，其能量不同。 每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。 相当于给出了电子运动的“轨道”。 * 四个量子数 (1) 主量子数 （2）角量子数 （3）磁量子数 （4）自旋量子数 n，电子层； l，同一壳层上的电子依据能量水平不同分的亚壳层（spdf)，反映了轨道的形状； m，确定轨道的空间取向； ms，每个状态下可以存在自旋方向相反的两个电子； * 主量子数 n主量子数 n 表示电子层，其值越大，轨道距核越远，能量越高。 电子层符号 K L M N O P Q … 主量子数 n 1 2 3 4 5 6 7 … * （2）角量子数 l 角量子数 l 又叫副量子数，表示电子亚层。它确定 着电子轨道的能级和形状。 在n确定后，同一壳层上的电子依据角量子数l再分成若干个能级大小不同的亚壳层：l= 0、1、2、3、4、5…。这些亚壳层可用小写字母 s、p、d、f 表示；s、p、d、f 是根据四个亚壳层的光谱线特征得到的， 即 sharp (敏锐的)、principal(主要的), diffuse(漫散的), fundamental(基本的)。 n相同但内壳层的轨道不同，电子的能级也不同，能量水平是随s，p，d，f 依次升高。 * 角量子数 l 的值为：0 —— n－1 如：主量子数 1 2 3 4 … 角量子数 0 1 2 3 … 轨道符号 s p d f … 轨道形状 球形 哑铃形 花瓣形 同样，l 的值越大，轨道距核越远，能量越高 l=0 l=1 l=2 * （3）磁量子数 m 磁量子数 m 确定着轨道的数目和空间取向 对应于每个l下的磁量子总数（轨道数）为： m = 2(l)+1一个m代表一个轨道（m在-l~+l之间取整数） 如：角量子数 0 1 2 3 … 轨道符号 s p d f … 轨道数目