无机非金属材料专业英语译文.doc

第一部分 无机材料物理化学 第1单元 晶体化学键类型 离子键 在有些晶体中，原子通常呈现这样一种状态，那就是它的电子结构同稀有气体的电子结构类似，它的最外层轨道要么失去多余的电子，要么被填满达到8个电子的稳定结构。为了保持电中性，晶体中通常同时存在有些原子失去电子而有些原子得到电子。前者形成带正电的阳离子，后者则形成带负电的阴离子。离子所带电量是电子电量的整数倍。 这种晶体中离子之间的结合力是静电吸引力，这种类型的晶体被称为离子晶体。由于离子的电场呈球型对称结构，所以离子键是各向同性的，也就是说离子键没有方向性而且每个离子都尽可能多的与其他离子之间成键，所以离子键具有不饱和性。碱金属卤化物盐是典型的离子晶体，其原因是碱金属元素的最外层只有一个电子，而卤族元素的最外层恰好缺少一个电子而达到8个电子的稳定结构。 这种观念与化学键的概念完全相同，只是没有把晶体视为分子化合物，而把它看作一种均一的结构，对他而言化学式只表示元素的比值，而元素的几何排布是描述该物质必不可少的部分。例如，化学式NaCl并不代表一个分子结构单元，因为在晶体中每个离子与很多个最近邻的异号离子接触，所以在NaCl晶体中每个Na+离子周围有六个等价的最近邻的Cl-离子，反之亦然。 共价键 亥特勒和伦敦在1927年用量子力学精确地计算了氢分子模型，得出氢分子存在由原先的单原子状态构成的两种可能的最低能量状态，其中能量更低的这种对应于电子自旋反平行取向的单一态又称为零自旋能级。两个单原子状态的与结合后的分子状态的能量差被称为两个原子共有的交换力（结合力），它的大小取决于电子波函数的重叠。这种键合形式叫做相似极化或原子极化。 根据鲍林规则，成对电子中两个电子的自旋方向不同，具有更复杂电子结构的原子之间的共价键也具有这种特征。原子轨道上的单电子波函数重叠形成了共有状态的波函数，键也就重新建立。共价键的主要特征是饱和性而且当给定原子有多个共价键时，各个键之间具有相互取向性。饱和性是由柏林规则决定的，每个键只包含两个电子。共价键在形式上与离子键非常类似，只是原子之间并没有电子发生转移而是两个原子共用。共价键中p轨道和d轨道中的电子重叠程度，不仅取决于原子间距，而且还取决于不同原子之间连线的相互取向。 键的杂化。共价键将来的重要特性就是原子轨道杂化，它可以使给定元素在不同的化合物中的化合价不同。碳就是最好的例子，碳的基态电子结构是1S22S22P2，只有两个P轨道上的电子未成对，所以C的化合价为2例如在CO中。然而，众所周知含C的化合物中C通常的化合价为4价。1931年鲍林利用轨道杂化理论解释了这一现象。C表现为4价是因为C原子处于激发态的1S22S12P3电子结构，于是它有一个未成对的s电子与三个未成对的p电子，也就是说总共有四个电子能形成共价键。量子力学的观点认为，这些电子并不是彼此分离的而是处于同种状态的相同粒子。也就是说，处于1S22S12P3激发态的C原子形成的四个共价键是完全等价的。所以，以四价键合的C原子之间的构成了一个正四面体的空间结合构型。根据Kimball规则，不同原子轨道之间结合形成的共价键之间的空间取向关系能够形成不同的构型，如下表所示。 金属键 在金属晶体中，许多价电子并不是局限于某些原子附近而是可以在整个晶体内自由的移动，这反映在金属的高导电性。因此，金属晶体可以看成是由电子云（气）包围金属阳离子组成的。电子云这一术语并不是突发奇想提出的，而是因为自由电子的表现在统计学上确实与气体相似。金属阳离子之间通过自由电子成键。因此，通常描述离子键为原子之间有电子的得失，共价键为两个原子共用电子，而金属键中自由电子为所有原子共有。与离子键类似，金属键也是各向同性的，因此具有很大的配位数。金属中的金属离子周围尽可能多的排列其他金属离子。与离子键不同的是，金属键不需要保持元素之间的电平衡，而是金属离子与电子气之间存在静电平衡。这就是为什么在实践中不同金属元素之间可以以任意比例混合而形成合金。 范德华键 范德华健与气体动力学理论相似，它可以解释理想气体与实际气体之间的差异。是具有饱和键分子之间的吸引力。在晶体中的各种键中，范德华健是最弱的键，通常层状结构中层与层之间弱的结合力就是范德华健。范德华健通常存在于由分子为基本结构单元构成的分子晶体中。使分子稳定的化学键要么是离子键要么是共价键，然而分子之间则是通过范德华健结合形成晶体。 第2单元 硅酸盐结构 许许多多的硅酸盐中具有复杂化学组成，但其基本结构中的原子排布却非常的简单有序。同时，许多硅酸盐的结构细节非常复杂不在三维模型下很难描述，我们也不想给出精确的结构信息。 Si和O原子的半径比为0.29，符合正四面体配位，四个O离子几乎总是分布在中心Si的周围。硅石中键强度为1，O离子可能只与两个Si原子配位；这种低配位数