原子结构与键合分析.ppt

* * * * * * * * 第一章原子结构和键合Atomic Structure and Interatomic Bonding 决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构，原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列，运动规律，以及原子集合体的形貌特征。 ※1 原子结构 ※2 原子间的键合 ※3 高分子链 ※1 原子结构 一、物质的组成 在材料科学中，最为关心原子的电子结构 原子的电子结构—原子间键合本质 决定材料分类：金属 陶瓷 高分子 材料性能：物化 力学 dH2O=0.2nm，M(H2)=2，M(protein)为几百万 原子： 化学变化中最小微粒 分子：单独存在，保存物质化学特性 物质由无数微粒聚集而成 离子： 原子得到或失去电子 二、原子的结构 1879年 Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年 Rutherford提出原子结构有核模型 1913年 N.Bohr将 普朗克和爱因斯坦量子化思想联系起来，认为存在电子轨道，即玻尔原子模型 原子核：位于原子中心，带正电 质子：正电性m=1.6726×10-27kg 中子：电中性m=1.6748×10-27kg 电子：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云 m=1095×10-31kg，约为质子的1/1836 描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数表示 主量子数n：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层 取正整数n=1,2,3,……，依次命名为K,L,M,N,O,P,Q 轨道角动量量子数li：与电子运动的角动量有关，确定亚壳层 取li =0,1,2,3,…,n-1 li ： 0 1 2 3 4 能级： s p d f g 磁量子数mi：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向，确定在磁场中取向，取mi=0,±1, ±2, ±3,…, ±l 自旋角动量量子数si：表示电子自旋的方向 取值为+1/2或-1/2，通常用↑和↓来表示 核外电子的排布规律 1. 能量最低原理： 电子总是占据能量最低的壳层 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p- 2. 泡利（Pauli）不相容原理： 一个原子中不可能用运动状态完全相同（即四个量子数）的两个电子 一个轨道只能容纳2个电子，且自旋方向相反 主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子 3. 洪德（Hund）定则： 在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同 当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低。 核外电子的排布规律 Fe原子填充1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 Fe原子填充1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 W原子填充 1s2 2s2 2p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d4 根据排布三原则 实际电子排布 Al，Zn原子的电子排布？ 思考题：为什么原子的最外层电子不能超过8个？ ？ 三、元素周期表 元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据 同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子 元素有两种存在状态：游离态和化合态 7个横行周期（period）按原子序数递增的顺序从左至右排列 18个纵行16族，7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。 原子序数＝核电荷数 周期序数＝电子壳层数 主族序数＝最 外层电子数 零族元素最外层电子数为8（氦为2） 价电子数（Valence electron） ※2 原子间的键合（Interatomic bonding） 一、金属键（Metallic bonding） 典型金属原子结构：最外层电子数易挣脱原子核之