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,*,有效使用现有材料，发展新型材料,了解决定材料性能的本质（内在）因素,了解材料内部的微观结构,晶体结构,键合、原子排列方式及相互作用,需要,即,首先掌握,总目的,本章,目的,第三章 原子结构与结合键,材料的性能,内部结构,原子结构,原子键合,原子排列,显微组织,晶 体,非晶体,规则排列,不规则排列,取决于,包括,包括,包括,3.1,原子结构,一、原子结构的量子理论,描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即,Pauli,不相容原理,、,能量最低原理,和,Hund,规则,。,主量子数,n,：,K,、,L,、,M,、,N,、,O,、,P,、,Q,轨道角量子数,l,：,0,，,1,，,2,n-1,s,p,d,f,磁量子数,m,：,0,1,2,，,3,，,自旋量子数,ms,：,1/2,或,-1/2,二、元素周期表,3.2,结合键的类型,原子键合,一次键,二次键,分为,通过价电子的转移或共用两原子的电子云达到稳定结构,即,不依靠电子的转移或共享，靠原子间的偶极吸引力结合,即,一次键,通过价电子的转移或共用两原子的电子云达到稳定结构,金属键,共价键,离子键,1.,正负离子相互吸引。,2.,键合很强，无方向性。,3.,熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。,4.NaCl,、,CrO,2,、,Al,2,O,3,1.,相邻原子通过共用电子对结合。,2.,键合强，有方向性。,3.,熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。,4.,金刚石、,SiO,2,1.,金属正离子于自由电子相互吸引。,2.,键合较强，无方向性。,3.,熔点、硬度有高有低，导热导电性好。,4.Fe,、,Al,、,W,、,Hg,包括,二次键,不依靠电子的转移或共享，靠原子间的偶极吸引力结合,分子键,1.,分子或分子团显弱电性，相互吸引。,2.,键合很弱，无方向性。,3.,熔点、硬度低，不导电，导热性差。,4.,塑料、石蜡,氢键,1.,类似分子键，但氢原子起关键作用。,XH-Y,2.,键合弱，有方向性。,3.,熔点、硬度低，不导电，导热性好。,4.,水、冰、,DNA,包括,离子键,分子键示意图,聚氯乙稀内部结合键,冰中水分子排列与氢键,离子结合（,%,）,=,各种结合键主要特点的比较,类 型,作用力来源,键强,形成晶体的特点,离子键,原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间的库仑引力,最强,无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电,共价键,相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力,强,有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电,金属键,自由电子气与正离子实之间的库仑引力,较强,无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性,分子键,原子间瞬时电偶极矩的感应作用,最弱,无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘,氢键,氢原子核与极性分子间的库仑引力,弱,有方向性和饱和性,原子间作用力与位能,原子间结合力性质的模拟,3.3,材料的结合键与性能,一、结合键的本质,由图可见，在作用力等于零的平衡距离,r,0,下能量达到最低值,E,0,，表明在该距离下体系处于稳定状态。通常把平衡距离下的原子间的相互作用能定义为原子的结合能,E,0,。,结合能（又称结合键能）越大，原子结合愈稳定。,离子键,共价键,金属键,结构特点,无方向性或方向性不明显，配位数大,方向性明显，配位数小，密度小,无方向性，配位数大，密度大,力学性能,强度高，劈裂性良好，硬度大,强度高，硬度大,有各种强度，有塑性,热力性质,熔点高，膨胀系数小，熔体中有离子存在,熔点高，膨胀系数小，熔体中有的含有分子,有各种熔点，导热性好，液态的温度范围宽,电学性质,绝缘体，熔体为导体,绝缘体，熔体为非导体,导电体（自由电子）,光学性质,与各构成离子的性质相同，对红外线的吸收强，多是无色或浅色透明的,折射率大，同气体的吸收光谱很不同,不透明，有金属光泽,二、材料结合键的性质与材料性能,