2008材料科学基础教案[第1章].pptVIP

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2008材料科学基础教案[第1章]

第一节 原子结构 第二节 原子间的键合 第三节 高分子链 ;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和运动规律; 以及原子集合体的形貌特征。 ;物质(Substance)是由原子(atom)组成,而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 在材料科学中,最为关心原子结构中的电子结构。 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 决定材料性能:物理 化学 力学;※1原子结构 (Atomic Structure );二、原子的结构; 原子是由质子和中子组成的原子核,以及核外的电子所构成的。 中子——电中性 质子——带正电荷 电子——带负电荷 一个质子的正电荷量=一个电子的负电荷量 e=1.6022×10-19C 在中性原子中,电子数=质子数,原子呈电中性。 原子的体积很小,直径约为10-10m数量级,而其原子核直径更小,仅为10-15m数量级。然而,原子的质量恰主要集中在原子核内。 每个质子和中子的质量大致为1.67X10-24g, 而电子的质量约为9.11X10-28g,仅为质子的1/1836。;;三、原子的电子结构;描述原子中一个电子的空间位置和能量,可用四个量子数(quantum numbers)表示;描述原子中一个电子的空间位置和能量,可用四个量子数(quantum numbers)表示;2).轨道角动量量子数li 给出电子在同一量子壳层内所处的能级(电子亚层),与电子运动的角动量有关。 li:0, 1, 2, 3, 4…n-1? 能级:s, p, d, f, g 亚层电子能量递增 不同电子亚层的电子云形状不同 例如:主量子数n=2,则l1=0, l2=1. 即在L壳层中,根据电子能量差别,还包含两个电子亚层。 ;3).磁量子数mi 给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数,决定了电子云的空间取向。 每个Li下的磁量子数的总数为2Li+1. 举例:? Li =2,则2×2+1=5,mi=-2,-1,0,+1,+2 如果把在一定的量子壳层上具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道,那么s,p,d,f四个亚层就分别有1,3,5,7个轨道。 N=4(N壳层), Li=0,1,2,3 能级=s,p,d,f Mi=2Li+1=1,3,5,7 4).自旋角量子数si 反映电子不同的自旋方向。? Si=+1/2和-1/2,反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向,;核外电子的排布(electron configuration)规律 ;[1]能量最低原理(Minimum Energy principle) 电子的排布总是尽可能使体系的能量最低,电子总是先占据能量最低的壳层,只有当这些壳层布满后,电子才一次进入能量较高的壳层。 壳层:K L M N 亚层:s p d f [2]泡利(pauli)不相容原理 在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子,即不能有上述四个量子数都相同的两个电子。 主量子数为n的壳层,最多能容纳2n2个电子。;[3]洪德(Hund)定则 在同一亚层的各个能级,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、全空时,比较稳定,整个原子能量最低。 举例: 注意:当原子序数比较大,d,f能级被填充的情况下,相邻壳层的能级有重叠现象。电子填充时可能出现内层尚未填满前就先进入下一壳层的情况。 举例: ;电子能量水平随主量子数和次量子数变化情况;三、元素周期表(periodic Table of the Elements);元素周期律:元素的外层电子结构随着原子序数(核中带正电荷的质子数)的递增而呈周期性的变化规律。 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。; 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)

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