第一章原子结构和键合-2015.ppt

《材料科学基础》CAI课件-李克 材料科学基础 2、原子间的键合 二、原子的结构 1879年 J.J 汤姆孙 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年 E.卢瑟福提出原子结构有核模型 1913年 玻尔将 Bohr atomic model 三、原子的电子结构 核外电子的排布遵循的三个原则 四、元素周期表（Periodic Table of 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) ※2 原子间的键合 ( Bonding type) 二、离子键（Ionic bonding) 四、范德华力（Van der waals bonding) 第一章 课外习题(同学们自己练习第一章的习题,不需要上交) * * 主讲：李克 教授 绪论第一章 原子结构与键合第二章 固体结构第三章 晶体缺陷第四章 固体中原子及分子的运动第五章 材料的形变与再结晶第六章 单组元相图及纯晶体的凝固第七章 二元相图及其合金的凝固 材料的微观结构（Microstructure of Materials） 了解物质由原子组成，而组成材料的各元素的原子结构和原子间的键合是决定材料性能的重要因素。 决定材料性质最为本质的内在因素包括： 组成材料各元素原子结构，原子间相互作用和相互结合，原子或分子在空间的排列（晶体），运动规律，以及原子集合体的形貌特征 第一章 原子结构与键合Atomic Structure and Interatomic Bonding 1、原子结构 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 原子结构直接影响原子间的结合方式;原子的电子结构—原子间键合本质 原子结构 --决定材料分类：金属、非金属、陶瓷、高分子 --决定材料性能：物理、化学、力学 ※1 原子结构 （Atomic Structure ） 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 量子力学中，原子还可以再分-聚变和裂变（聚变一般是指氘和氚聚变成氦的过程，常见裂变有铀、钚等的裂变） E = mC2 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 单原子体系、多原子体系；对单个原子亦即孤立原子的电子处于不同的分立能级上，可通过求解薛定谔方程，由四个量子数组来描述其运动状态。对于多原子体系，电子在整个固体当中运动，薛定谔方程无法求解，必须引入能带理论。详见《固体能带理论》 没有状态相同的电子(4个量子) 保证能量最低— 稳定 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个第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。 周期规律： 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） 价电子数（Valence electron） 结合键：原子结合形成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结合力，也叫结合键。 结合力从本质上讲，都起源于原子核和电子间的静电交互作用（库伦力）。 分子间作用力，通过物理键结合未产生新的物质。 原子间作用力，通过化学键结合产生新的物质。 一、金属键（Metallic bonding） 特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能，延展性好 配位数：金属晶体多采取配位数为12的密堆积，少数金属为体心立方结构，配位数为8。 金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键。 第Ⅰ族碱金属、第Ⅱ族碱土金属及过渡元素晶体都是典型的金属晶体。过渡金属兼有金属