南开大学奇妙的材料世界 第三讲.ppt

作业 化学键：金属键、离子键、共价键 分子键：氢键、分子键（范德华键） 物质是由分子组成的，分子是由原子组成的。分子中原子的作用力-化学键；分子之间的作用力-氢键、分子键。 第二章 材料的组成与结构 2.1 材料的组成 2.2 材料的结构 一、材料中的化学键合作用 (1) 金属键 (2) 离子键 更正：无饱和性 (3) 共价键 (4)氢键 氢原子在分子中与一个原子A键合时，还能形成与另一个原子B的附加键。 形成的原因： 氢与Cl成键时，电子对强烈偏向Cl，氢原子变成带正电荷的核，从而可以吸附另一个Cl形成附加键-氢键。 特点：作用弱，但比分子键（范德华键）强。 方向性：冰为什么比水体积大？ 在高分子材料中很重要：尼龙的分子间力 (5) 范德华键： 原子瞬间偶极子之间的相互作用。 分子间、分子内-吸引作用 很弱、比氢键还弱 有机分子、高分子聚合物之间内聚力的根源 没有方向性、没有饱和性 二、材料的微观结构 微观结构有两种： 1、晶体结构 是指原子或原子团、离子或分子按一定规律呈周期性地排列构成的物质。(三维空间有序) 2、非晶态结构 是指原子、原子团或分子呈无序排列的固体。 近程有序(0.1nm)、长程无序(20nm)。 玻璃、橡胶、塑料等都是非晶态固体 非晶态材料（3:29) 材料科学和工程的前沿技术之一 局限性：不稳定. 三、晶体结构 1、几个基本概念 晶体：是指原子或原子团、离子或分子按一定规律呈周期性地排列构成的物质。(三维空间有序) 晶粒：材料组织是由无数小晶体组成的，这个小晶 体就是一个晶粒．各晶粒内部原子排列的情况(晶体结构)基本上是一样的。 晶界：由多晶体组成的金属及合金中，每个晶粒都 有它自己的固定取向，这些取向不同的相邻晶粒之间的交界，称为晶界。 在晶体结构中，原子或离子总是以某种方式与周围的原子或离子相互结合。 配位数：每个原子或离子周围与它直接相邻的原子或异号离子的数目称为该原子或离子的配位数； 晶胞： 在晶格中取出一个能代表原子在空间的排列规则的最小基本单位，称为晶胞。晶格是由无数大小、形状和方向相同的晶胞在空间重复排列而成的。 晶格常数：晶胞的大小和形状常以晶胞的棱边长度a、b、c及棱面夹角α、β、γ来表示。棱边的长度a、b、c称为晶格常数，其大小常以?(埃)为单位。 晶体—点阵---晶格 ---晶胞 晶格常数 2、晶体的七大晶系： (1)立方晶系：a=b=c,α=β=γ=90?； (2)正方晶系 ：a=b≠c。α=β=γ=90?； (3)三方（菱形）晶系： a=b=c，α=β=γ≠90?； (4)斜方（正交）晶系：a≠b≠c, α=β=γ=90?； (5)单斜晶系：a≠b≠c, α=γ=90?，β≠90? (6)三斜晶系：a≠b≠c, α≠γ≠β≠90?； (7)六方晶系：a=b≠c, α=β=90?，γ=120? 黄铜矿结晶结构 4、 微观结构的不完整性 –缺陷 (1)杂质原子 (2)点缺陷 原子离开平衡位置后，挤到格子点的间隙中，形成间隙原子，而在原来位置上形成空位，称弗伦克尔缺陷。 ZnO晶体 (3)线缺陷 位错的滑移和晶体变形 (4)面缺陷 四、晶体的类型（化学键来分） 1、离子键晶体 离子键作用的正、负离子在晶格点阵上排列； 熔点、硬度较高；硬而脆； 不导电、熔融导电； 盐、金属氧化物； 由离子半径、离子电荷、离子电子层决定； 晶格很多类型 A. 氯化铯（CsCl）型 立方-体心立方 B. 岩盐（NaCl）型 立方-简单立方体 晶胞：4个Na+离子、4个Cl-离子； N=4 配位数：6 称为：6：6配位 NaF、AgBr、BaO C. 闪锌矿（ZnS)型 面心立方的八条对角线上相间排列4个离子 D. 萤石（CaF2）型 面心立方结构的Ca2+ 离子8个对角线上各有 一个F-离子。 离子半径与配位比： 正、负离子尽可能紧密地排列才能稳定 离子间距：d=r+ + r- 晶格能： 在标准状态下，使一摩尔的离子变成为气态离子时所吸收的能量。-离子键的作用大小。 熔点、硬度 大小：与正、负离子半径之和成反比，与正、负离子价数成正比， 离子的极化与变形 离子键与共价键的区别： 离子键属于离子之间的纯的静电作用力，不含有轨道重叠组合的成分； 共价键则纯粹是由原子轨道的重叠组合形成。 离子之间存在着相互极化作用，使离子间的相互作用力(化学键)由离子键向共价键转化。 离子的极化作用： 使其他离子产生诱导偶极的作用。 带电的正、负离子靠近，正离子吸引负离子的电子、排斥其核； 极化对键型的影响： 单纯的离子键：没有极化和变形； 极化越大、变形越大，则离子键中共价键的成份越多