凝聚态材料的形成教学课件PPT.ppt

第三章 凝聚态材料的形成 前 言 凝聚态也称凝聚相，从力学角度看包括固 态（相）、液态（相）和介于液气之间转 折的临界态 ； 从动力学角度看包括晶态（相）、非晶态 （相）以及液晶中间态 金属、高分子、无机非金属等材料都离不 开凝聚态的问题 第一节 形成凝聚态材料的必要条件 凝聚态由许多原子或分子组成 反应方向 热力学角度 材料的原子质量角度 1. 从热力学角度 h、c、o、n、s等最简单的一些元素：原子 量较小，物质的化学位高 化学位的表达：z = h - t s 根据热力学第二定律当z 1.7，发生电子转移，形成离子键； x r0 ，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引， 势能e 减小，体系趋于稳定。 f r = r0 ，f=0,e 有极小值，此时 体系最稳定，表明形成离子键 r r0 ，当 r 减小时，e 急剧 上升。因为正负离子自身周围 还有很多电子， 正负离子彼此 再接近时，电子云之间的斥力 急剧增加，导致势能骤然上升 因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就 意味着形成了离子键。 r0 和键长有关，而 e 和键能有关。 e 0 er0 r0 r 因离子键强度大，所以硬度高 。但受到外力冲击时，易 发生位错，导致破碎 。 硬度高、延展性差 f 位错 + + 受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相 切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无 延展性 。如 caco3 可 用于雕刻，而不可用于锻 造，即不具有延展性 。 5）以离子键结合的材料 金属键 原子核重量大 以金属的原子与原子间的距离来维持凝聚态 原子原子之间距离也不可能靠得太近，因为核外电子排 斥力大 以原子与原子间的自由电子来保持凝聚，以瞬时离子键 方式维持凝聚，所以，通过金属原子的错位流动显示出 高塑性 导电性导热性好（思考为什么加热后导电性下降） 配位键 元素周期表中能形成配位键的大多是过渡元素 离子，形成配位络合物 配位数最多为6，带f 轨道的基本都能形成 分子之间也能形成，被配位的物质之间要么是 离子，要么是分子；含有d、f轨道以分子之间 配位的较多，离子之间一般形成离子键，那些 负离子强度弱的才形成配位键，分子上含有未 共用电子对的配位体易形成配位键 在所有化学键中，配位键强度最弱 2.分子间力 多半是非极性的分子之间体现的作用力 电子转动到不同位置时，电子与原子核之间距 离变小，它们之间产生色散力，当电子离开该 位置时，该作用力消失，所以是瞬时的力 色散力没有方向性，长时间观察测出的是平均 的力值 色散力的值有高度的加和值，因此大大加强了 凝聚体分子间的作用力，是凝聚体之间强度大 大加强了 色散力/团聚力 例子 u卤化氢中，hf的色散力最小，而hi 的最大， 这是因为 hi 中 i 外有很多电子，所以色散力 的累积就多，力就大。所以hi 以固态存在， 其熔点高；hf以气态存在，其熔点低 u但以沸点来看，hf的沸点却高于hi的沸点， 这是因为，当i 熔融成液态后，由液态向气 态转变是分子与分子离开的作用，色散力就不 起作用了。 色散力是一团分子与另一团分子团聚的力量，与汽化的力量无 关 色散力是有固定作用距离的，力值对距离更敏感，=67；相 反的，对对温度不敏感，温度对对其印象不大，温度的作用只是使 分子之间间运动动开来，使分子和分子间间作用距离改变变，影响f 色散力是范德华华力，是某一电电子与另一个原子核之间间的力，不 是分子间间的力，所以温度的影响是间间接的，而不是直接的 色散力的作用地位很高 生物中dna、rna病毒作用的力为为色散力，色散力是不规规律的， 因此，病毒会有很多的变变化，用疫苗杀杀死病毒的困难难很大 极性力 正电荷中心与负电荷中心之间的力，与正负离子的作用力有本质 区别，他是因为电子在核外排布不均匀才显示出正电性或负电性 ，而不是离子键 极性力是一对一的正负作用，有饱和性和方向性 该作用力值是一个空间上的统计平均值 在空间上排列开来，会显示出极大的极性力 （水分子与水分子之间排列的极性力很大） 受温度影响很大，因为正负电荷中心之间的距离会变化，中心在 分子团中的位置随温度改变，而且分子内部也会受温度影响 在生物中起较大作用，细胞核中不同区域里由于极性介质不同， 对细胞核中dna、rna有很大影响，有些能起促进的好的作用 ，有的其不好的作用 诱导力 是极性分子与非极性分子之间的瞬时作用力 极性分子使它周围的非极性分子受影响而变形 ，这种变形是瞬时的 受温度的影响很大 诱导力强度与极性分子的极性相关 氢键力 是一切生物活动中最重要的作用力 人所有的dna、rna之所以高级是人类的dna、rna比一 般生物更善于利用氢键 需要两个条件：1）必须有氢原子，2）还要有带有孤对电 子的原子 原则上说，氢键随时形成，随时破坏，实际上，就是分子 之间靠这个力