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第一章原子结构与键合

概述：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。

第一节原子结构

1.物质的组成

物质是由无数微粒按一定方式聚集而成的，这些微粒可能是原子、

分子或离子；分子是能单独存在且保持物质化学特性的一种微粒；原

子是化学变化中的最小微粒。

2.原子的结构-24

质子m=1.67×10g

原子核（10-15m）

-10

原子（10m）中子

核外电子m=9.11×10-28g

-19

e=1.6022×10C

3.原子的电子结构

电子的状态和在某处出现的机率可用薛定谔方程的解/波函数来

描述，即原子中每个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确

定：

a主量子数（n）：决定原子中电子的能量及与核的平均距离，即

表示电子所处的量子壳层。如K、L、M…；

b轨道角动量量子数（l）：表示电子在同一壳层内所处的能级，

与电子运动的角动量有关。如s、p、d、f…；

c磁量子数（m）：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数，

为2l+1,决定电子云的空间取向；

1

d自旋角动量量子数（s）：反映电子不同的自旋方向，其值可取±2。

核外电子的排布规则：

a能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低；

bPauling不相容原理：在一个原子中，不可能有上述运动状态完全

相同的两个电子；

cHund规则：在同一个亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分

占不同的能级，而且自旋方向相同；

4.元素周期表

元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称；元素的外层电子结

构随着原子序数的递增而呈周期性的变化规律称为元素周期律；元素

周期表是元素周期律的表现形式；元素的性质、原子结构和该元素在

周期表中的位置三者之间有着密切的关系。

金属键

第二节原子间的键合

离子键

化学键（主价键）

共价键

结合键氢键

1.金属键物理键（次价键）范德瓦尔斯力

由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称金属

键。特定：电子共有化、既无饱和性又无方向性。

由于金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于

形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子间的相互位置时，不至于破坏金属

键，这就使金属具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般具有良好的导

电和导热性能。

2.离子键

离子键即，正负离子间的相互作用。特定：以离子为结合单元、无

饱和性和方向性。

一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固，因此，其熔点和硬度均较高。另外，

在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但在熔融状

态下，正负离子在外电场作用下可以自由运动，此时呈现离子导电