材料科学基础课件.pptxVIP

第一章 原子结构物质结构 1. 任何物质由原子组成结合方式排列方式物质的性能3. 工程材料通常是固态物质，是由各种元素通过原子、离子或分子结合而成 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键bond。 它们的具体组合状态称为结构structure。2. 物质的聚集状态： 气态gas、液态liquid和固态solid 物质结构Structures of materials从尺度角度依次为：A：宏观结构（macrostructure）： = mmB：细观结构(mesoscopic structure)： mm-mmC：微观结构（microstructure）： nm-mmD：纳米结构（nanostructure）：nmE：原子的近程排列（short-range order）：? F：原子结构（atomic structure） ：? C601.1 原子结构 原子核轨道电子原子内部结构 inner structure of an atom电子的排列和运动方式单个原子的行为结合方式材料种类材料性能 1869年，门捷列夫（D.I.Mendeleev, 1934-1907）提出如果将元素按原子量排列，元素的化学性质和物理性质呈现出周期性变化，提出了元素周期表。元素周期表 MetalNonmetalTransition metalAtomic numberSymbolAtomic weightThe periodic table of elements元素周期表的规律性是原子内部结构规律性的实质反映，体现了元素的性质、电离能、亲和能及电负性的差异及其规律性。 影响原子之间结合的物理量？ A. 原子的电离能 Ionization energy基态原子失去最外层的一个电子（价电子）所需的能量称为原子的电离能I+，是用来表征原子对价电子束缚的强弱程度。 同一周期，自左?右，原子电离能增加，惰性气体最稳定，碱金属电离能最小，最易失去电子。氢原子核外只有一个电子，电离能就是它的基态能量，约13.6 eV。 B. 电子的亲和能 Affinity energy of electrons一个基态中性原子获得一个电子成为负离子所释放出的能量称为电子亲和能I-，可用来表征原子俘获外来电子的能力大小。 具有大的电子亲和能的元素，说明它更易于得到一个电子。在同一族或同一周期中，亲和能一般随原子半径减小而增大。原因：原子半径小，原子核对电子的吸引力较强，对应较大的相互作用势。？ C. 原子的电负性 Electronegativity of atoms1932年，莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）综合考虑了电离能和电子亲合能提出“电负性”的概念，它以一组数值的相对大小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负性，简称电负性。“电负性”代表原子获得电子的能力，这种电子是其元素原子自身以外的电子，而这种能力决定于原子结构。 C. 原子的电负性 Electronegativity of atomsPauling electronegativtiy 1.2 原子的结合方式原子键合的本质吸引力 attractive force FA排斥力 repulsive force FR合力 net force FNFN = FA + FRFN = 0 平衡位置r0从作用力角度： 从能量角度：吸引能（Attractive energy）EA排斥能（Repulsive energy）ER净能 （Net potential energy）EN净能 EN 平衡距离r0 Equilibrium distance；当 FA+ FR = 0 时的原子间距当r = r0 时，E0称为结合能（Bonding energy），将2个原子无限分离所需能量。平衡距离下的作用能。通常r0 ? 0.3nm (3?)作用力为零的平衡距离下能量达到最低值，系统最稳定 1.2 原子的结合方式结合键强键弱键(化学键）(物理键)离子键共价键金属键分子键(范德华键)电子转移共用电子对金属离子通过正离子和自由电子之间的引力而相互结合 Na+Cl-A. 离子键Ionic bonding活泼的金属元素(IA，IIA和IIIA主族金属元素和低价态的过渡金属元素)和活泼的非金属元素 (VIA，VIIA和N元素)之间。典型离子键化合物 NaCl通过两个或多个原子得到或失去电子而成为离子形成的电子转移 无方向性（Non-directional） 键能在 3 ~ 8 eV/atom范围电负性相差大，通过库仑静电引力形成。特点：离子键结合力大，从而这类材料强度和硬度高，熔点高，脆性大。由于离子难以输送电荷，所以是良好的绝缘体。 原子间通过共用电子对形成的化学