第1章_结晶化学与新材料.pptxVIP

第1章 结晶化学和新材料;一、化学键;化学键;4;地球上一些元素的相对丰度;6;元素性质的周期性 ;;元素性质 元素周期表左端的元素（金属元素）易于电离，成为正离子 元素周期表右上方的元素（非金属元素）易于共有或接受电子成为负离子，是负电性的;; 材料的液态和固态称为凝聚态 凝聚态下，材料的原子间的距离小，原子之间产生的相互作用力使原子结合在一起，形成了键合 结合键：原子（离子或分子）间的作用力;;离子键;; 共价键 相邻原子共用电子对 ⅣA、ⅤA族元素，相邻两个原子利用共有电子对达到稳定电子结构 N大于4，即共用电子对数小于4时不能形成象金刚石那样的空间网络大分子 ⅤA族元素三个共用电子，元素结合成层状大分子 链状、层状大分子再依靠二次键结合成为大块固体材料; 共价键强度较高(100~400kcal/mol) 有饱和性： 有方向性，不允许改变原子之间的相对位置。 在一定条件下，共价键的长短和键的方向可能发生改变。 ;金属键;金属键特征;二次键 惰性气体、CH4、CO2、H2和H2O，分子内部共价键结合，单个分子的电子结构十分稳定 气体分子之间凝聚依靠原子之间的偶极吸引力而结合——二次键 二次键又可以分为范德瓦耳斯键和氢键;分子键（范德瓦尔斯力）;;范德瓦耳斯键;氢　键 ?氢键的本质与范德瓦尔斯键一样，靠原子或分子、原子团的偶极吸引力结合起来的。 ;;水和冰是典型的氢键结合 ? H2O有稳定的电子结构，氢原子单个电子特点使H2O有明显的极性 ? 氢与另一个水分子中的氧原子相互吸引，氢原子在相邻水分子的氧原子之间起到桥梁作用;氢键的结合力;;混合键 大部分材料的内部原子结合键往往是各种结合键的混合 大多数工程材料的结合键是混合的，材料的性能可以在很大的范围内变化;混合键 ?金属也会出现一些非金属键 ?过渡族元素（特别是高熔点过渡族金属W、Mo等）原子结合中会出现少量的共价键结合，高熔点 ?金属间化合物（如CuGe）是金属键和离子键的混合键，两者的比例依组成元素的电负性差异而定，具有一定的金属特性，不具有金属特有的塑性，很脆;混合键 陶瓷化合物 ?金属正离子与非金属离子组成的化合物通常不是纯粹的离子化合物，性质不能只用离子键来解释 ?常出现离子键与共价键混合的情况 ;离子键的比例取决于组成元素的电负性差 电负性：元素对电子吸引能力的键参数 电负性大——对电子吸引力强，否则越弱 ;;一些材料中独立存在两种类型的键;二、成键理论;1 经典价键理论 （valence? bond theory ）; 只有两个氢原子的单电子自旋方向相反时，两个1s轨道 才会有效重叠，形成共价键。 氢原子间形成的稳定共价键，是氢分子的基态。 共价键的本质是电性的，但不同于一般的静电作用。 这种结合力是两核间的电子云密集区对两核的吸引力， 成键的这对电子是围绕两个原子核运动的，出现在两核间的概率较大，而且不是正、负离子间的库仑引力。;经典价键理论的要点;共价键; (1) 饱和性：一个原子有几个未成对电子，就可以和几个自旋相反的电子配对，形成共价键。 (2) 方向性：s－p、p－p、p－d原子轨道的重叠都有方向性。 (3) 共价键结合力本质是电性的。 ;Fig. Diagram of the positive, of all kinds of atomic orbitals;?bond　　　　　　　　　　?bond ?bond 　;σ键：沿着键轴的方向，发生“头碰头”原子轨道的重叠而形成的共价键，称为σ键。 π键：原子轨道以“肩碰肩”的方式发生重叠而形成的共价键，称为π键。 例：N2 (N≡N)分子中化学键成分 ： N原子的电子组态为1s22s22px12py12pz1。 当两个N原子结合成N2分子时，各以1个px 轨道沿键轴以“头碰头”方式重叠形成1个σ键后，余下的 2个2py 和2个2pz 轨道只能以“肩并肩”方式进行重叠，形成2个π键。;σ键与π键的对比 由于σ键的轨道重叠程度比π键的轨道重叠程度大，因而σ键比π键牢固。π键较易断开，化学活泼性强，一般它是与σ键共存于具有双键或叁键的分子中。 σ键是构成分子的骨架，可单独存在于两原子间，以共价键结合的两原子间只可能有1个σ键。共价单键一般是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有1个σ键和2个π键 。 因在主量子数相同的原子轨道中，p轨道沿键轴方向的重叠程度较s轨道的大，所以一般地说，p-p重叠形成的σ键（可记为σp-p）比s-s重叠形成的σ键（可记为σs-s）牢固。 ;根据成键原子提供电子形成共用