[工学]同济大学《材料科学基础》课件第2课

材料科学基础材料科学基础2012-2013（ 1） （第 2课）课件下载：稳定的电子结构：最外壳层中同一亚层各轨道上， 全充满 最稳定、半充满、全空 的状态较稳定原子结构与键合 原子结构全充满半充满全空电离能 电负性原子得到电子的能力 (夺取其电子需要较大能量）非金属元素电离能和电负性比金属元素大价电子原子结构与键合 原子结构元素周期表金属铬的价电子数：+1+2+3+4+5+6各元素原子半径各异原子结构与键合 原子结构1.2原子间的键合原子结合的方式：n金属键n离子键n共价键n范德瓦耳力n氢键原子结构与键合 原子结构1.2.1金属键n自由电子电子气（电子海）n 结合力：正离子与电子气之间的静电力（库仑力 ）原子间的键合金属键特点：n电子共有化n无饱和性：一个离子对周围电子海内所有电子都有引力n无方向性：离子与电子之间作用力方向不限定 n密堆结构单种离子尽量彼此紧密靠近 原子间的键合金属键材料性质 ：n良好导电n良好导热性n延展性好n容易与其它元素起反应n金属光泽原子间的键合延展性好1.2.2 离子键两种不同原子接近时，其一原子外层电子转移到另一原子外层轨道内，产生一个异号离子对，正负离子因库仑力相互吸引，结合在一起。原子间的键合有电子转移的键合 :化学键离子键特点：n 电负性相差较大的原子结合，一般为金属与非金属n （材料必然由两种以上元素组成）n 正负离子相间排列n 离子尺寸差异是具体排列方式重要因素（ 几何因素 ）n 离子键无方向性和饱和性 （只考虑库仑力因素） + + + + + + + + + + + + 原子间的键合离子键材料性质 ：n 熔点高正负离子静电力强，结合牢固n 硬度高同上原因n 固态绝缘性好（ 熔融及在溶液中离子可参与导电）n 脆性大原子间的键合+ + + + + + + + + + + + F原子间的键合离子键物体的脆性1.2.3共价键电负性相差不大的原子通过 共用电子对 的方式产生结合力共价键 一对电子的电子云局部重合高分子材料以共价键为主无机非金属材料中有相当大比例原子间的键合共价键特点n方向性与电子云的方向性特点对应n饱和性HCOn极性CH4 甲烷HCH 键角 10928 H20 水HOH 键角 104.5 表示共价键的键线原子间的键合共价键材料性质n结构稳定（ 不溶解 ）n熔点高n硬度高n脆性大n不导电C 金刚石（ 钻石）熔点 3550 硬度是金属的数千倍原子间的键合1.2.4范德瓦耳力具有偶极子的原子和分子间的库仑力偶极子： 电荷相等的一对带电体，如果各自电荷中心不重合，称为偶极子。原子间的键合原子及分子产生偶极子的方式及其范德瓦耳力：n 静电力 n 诱导力n 色散力范德瓦耳力n 静电力 极性分子之间的引力原子间的键合范德瓦耳力n 诱导力原子间的键合范德瓦耳力n 色散力（伦敦力）原子间的键合范德瓦耳力范德瓦耳力特点物理键 ：无电子转移次价键 ：结合力很小 ,大约为主价键力的 1% 10%主价键 ：金属键、离子键、共价键范德瓦耳力 无方向性、无饱和性分子之间结合成的物质中普遍存在，也称为 分子力 原子间的键合范德瓦耳力1.2.5氢键 表达式： X H Y式中 X和 Y代表 F， O， N等电负性大非金属原子为共价键， 氢键。原子间的键合氢键性质饱和性：氢原子尺寸小，而其它原子比较大，一旦氢与一原子形成的氢键，由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子就难于再接近氢原子。这就是 氢键的饱和性 。原子间的键合氢键氢键性质方向性：先形成的共价键电偶极 X H与原子 Y发生氢键结合时只有当 X H-Y在同一条直线上时结合力最强。 原子间的键合氢键氢键性质n 属于物理键n 氢键结合力比范德瓦耳力大，但小于化学键，属于次价键n 具有无饱和性和方向性原子间的键合氢键氢键在高分子材料中较为重要氢键原子间的键合氢桥1.3 高分子链n1.3.1 高分子的近程结构1 链结构单元的化学组成乙烯（小分子）分子式： C2H4结构式 : CH2=CH2聚乙烯（ PE）分子 （高分子）原子间的键合原子间的键合高分子链单体单元(结构单元、重复单元、链节 )书写法：链节