材料科学基础 第2章_ppt课件

第 2章 原子尺度的结构2.1 引 言原子尺度的结构包括l 原子的类型l 原子间键的类型l 原子的堆垛方式1(a) 、 (b)金刚石结构；（ c）石墨结构碳的两种结构类型 从原子尺度的结构可以解释物质的固有特性。2Al2O3陶瓷材料32.2 原子结构物质由原子构成，原子由电子、质子、中子构成。45磁量子数的允许值， mll ml 轨道数 (2l+1)0(s)1(p)2(d)3(f)0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 313578s、 p、 d亚层的轨道示意图 910电子自旋 两种可能的自旋方向： 正向（ +1/2）和反向（ -1/2） 产生方向相反的磁场。 相反自旋的一对电子，磁场相互抵消。11电子的具体分布遵循以下原则l 能量最低原理电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。l 泡利（ Pauli）不相容原理在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即不能有四个量子数都相同的两个电子。 l 洪特（ Hund）规则在同一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。当电子的排布全充满、半充满或全空时，整个原子的能量最低。1213电子轨道能级的顺序14电子进入各亚层的先后顺序 15元素周期表 （ Periodic Table of the Elements ）162.3 热力学和动力学l 热力学 确定反应是否发生，研究的是物质的热性质与外部的系统变量如压力、温度、组成等之间的关系。l 动力学 确定反应进行的速率。只有当热力学和动力学都有利时，一个反应或结构变化才能发生。1718阿累尼乌斯（ Arrhenius） 公式反应速率 式中， C为常数； R为气体常数； T为热力学温度； Q为过程的激活能。遵从该公式的过程都叫做阿累尼乌斯过程，或热激活过程。根据阿累尼乌斯公式，一般来说 降低激活能、升高反应温度均能提高反应速率 。19激活能可以看作是为使反应能够进行而必须向系统提供的能量值。202.4 一次键结合键的分类l 一次键（结合力较强） 离子键 共价键 金属键l 二次键（结合力较弱） 范德华键 氢 键l 混合键原子键合一次键 二次键通过价电子的转移或共用，两原子电子云达到稳定结构不依靠电子的转移或共享，靠原子间的偶极吸引力结合21l 确定原子成键类型的重要因素之一是 电负性 。电负性（ EN）：元素获得或吸引电子的相对倾向。具有相对高的电负性的元素就认为是负电性的，而具有相对低的电负性的元素则认为是正电性的。l 在包含两种原子的化合物中，确定成键类型的另一重要参量是原子间 电负性的差值 EN。222.4.1 离子键l 结合的实质：通过正、负离子间的静电引力结合。l 大多数 盐类 、 碱类 和 金属氧化物 主要以离子键的方式结合。 23离子间的相互作用力l 吸引力：l 排斥力：24键长252.4.2 共价键两个或多个电负性相差不大的原子间通过 共用电子对 形成的结合键。根据共用电子对在两个成键原子之间是否偏离或偏近某一个原子，共价键又分成 非极性键 和 极性键 两种。 SiO2中硅和氧原子间的共价键示意图 2627共价键特点l 具有饱和性，通常符合 8-N规律（ N 价电子数）l 有方向性l 电子固有，没有自由电子l 结合力强（共价键晶体熔点高、质硬脆）共价键在 亚金属 （碳、硅、锗等）、 双原子气体（ H2、 Cl2、 F2） 、 聚合物 和 无机非金属材料 中均占有重要地位。282.4