材料科学基础(上海交大)_原子和结构键合.pptVIP

第一章原子结构和键合Atomic Structure and Interatomic Bonding 二、原子的结构 1879年 J.J Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年 E.Rutherford提出原子结构有核模型 1913年 N.Bohr将 Bohr atomic model 核外电子的排布（electron configuration)规律 三、元素周期表（periodic Table of the Elements) 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（Free State Combined Form) 7个横行（Horizontal rows)周期（period）按原子序数（Atomic Number)递增的顺序从左至右排列 18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族（Inert Gases）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。 ※2原子间的键合 ( Bonding type with other atom) 二、离子键（Ionic bonding) 多数盐类、碱类和金属氧化物 四、范德华力（Van der waals bonding) ※3高分子链（High polymer Chain) 近程结构（short-range Structure) 一、结构单元的化学组成（the Chemistry of mer unito) 1.碳链高分子 聚乙烯 3.元素有机高分子 硅橡胶 主链中不含C原子，而由Si、 B 、P 、Al、 Ti 、As等元素与O组成，其侧链则有机基团，故兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶 二、高分子链结构单元的键合方式（bonding tape） 1.均聚物结构单元键接顺序 单烯类单体中 除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称取代，故有三种不同的键接方式（以氯乙烯为例）： 2.共聚物的序列结构（Copolymers） 按结构单元在分子链内排列方式的不同分为 四、高分子链的构型（Molecular configurations） 链的构型系指分子中原子在空间的几何排列，稳定的，欲改变之须通过化学键断裂才行 远程结构（Long-range Structure) 一、高分子的大小（Molecular Size） 高分子的相对分子质量M不是均一的，具有多分散性 平均相对分子质量 二、高分子的形状（Molecular shape） 主链以共价键联结，有一定键长 d和键角θ，每个单键都能内旋转（Chain twisting）故高分子在空间形态有mn-1( m为每个单键内旋转可取的位置数，n为单键数目) 统计学角度高分子链取 伸直（straight）构象几率极小，呈卷曲（zigzag）构象几率极大 高分子链的总链长 均方根 * * 物质(Substance)是由原子（atom）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 材料的微观结构（Microstructure of Materials） 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 （Atomic Structure ） 一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在 保存物质化学特性 dH2O=0.2nm M(H2)为2 M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒 描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（quantum numbers）表示 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