同济大学《材料科学基础》课件第.ppt

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 金属键离子键共价键范德瓦耳力氢键 原子结构与键合原子结构 1 2 1金属键自由电子电子气 电子海 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 电子共有化无饱和性 一个离子对周围电子海内所有电子都有引力无方向性 离子与电子之间作用力方向不限定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 良好导电良好导热性延展性好容易与其它元素起反应金属光泽 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 电负性相差较大的原子结合 一般为金属与非金属 材料必然由两种以上元素组成 正负离子相间排列离子尺寸差异是具体排列方式重要因素 几何因素 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 熔点高正负离子静电力强 结合牢固硬度高同上原因固态绝缘性好 熔融及在溶液中离子可参与导电 脆性大 原子间的键合 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 共价键特点方向性与电子云的方向性特点对应饱和性HCO极性 CH4甲烷H C H键角109 28 H20水H O H键角104 5 表示共价键的键线 原子间的键合 共价键材料性质结构稳定 不溶解 熔点高硬度高脆性大不导电 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 静电力诱导力色散力 范德瓦耳力 静电力极性分子之间的引力 原子间的键合 范德瓦耳力 诱导力 原子间的键合 范德瓦耳力 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 HY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 氢键性质属于物理键氢键结合力比范德瓦耳力大 但小于化学键 属于次价键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 1 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 链节数n又称聚合度 聚乙烯高分子链 单体 乙烯 原子间的键合 高分子链 原子间的键合 高分子链 聚合物 高聚物 高分子化合物 高分子材料 许多高分子依靠分子力结合成为高分子材料 聚乙烯高分子粒子 碳链高分子杂链分子主链不仅含碳 还含氧 氮 硫等原子均聚物 由同一种单体聚合而成共聚物 由两种以上的单体聚合而成 侧基 原子间的键合 高分子链 主链 1 3 1高分子的近程结构1链结构单元的化学组成 1原子结构与键合 单体单元 结构单元 重复单元 链节 2分子链几何形态 1 线型 2 支化 3 交联 4 体型 三维网状分子结构 高分子近程结构 3结构单元的键接方式 a均聚物结构单元的链接顺序异构单体具有不对称取代基产生的三种结构变化 单体单元取代基R 高分子近程结构 键接异构 异戊二烯的聚合 高分子近程结构 单体具有多处双键 产生键接异构 b共聚物的序列结构 2003Brooks Cole adivisionofThomsonLearning Inc ThomsonLearning isatrademarkusedhereinunderlicense a 交替 b 无规 c 嵌段 d 接枝 高分子近程结构 4高分子链的构型 a旋光异构 立体异构 旋光异构体单体单元上侧基和取代基位置造成异构体互为镜影对称 称为旋光异构体 两种镜向乳酸分子不能叠加重合 旋光异构体 高分子近程结构 高分子链的全同立构 一种旋光异构体单元键接而成 高分子链的间同立构 两种旋光异构体单元交替键接而成 高分子链的无规立构 两种旋光异构体单元无规键接 高分子近程结构 b几何异构单键电子云轴对称 键 原子可绕键旋转 双键电子云非轴对称 键 原子不能绕键选择 键 键 高分子近程结构 顺式异戊二烯 双键不能旋转 从而就可能有 顺式 反式两种异构体之分 称为几何异构 几何异构 反式异戊二烯 高分子近程结构 1 3 2高分子的远程结构 1高分子大小 一般高分子材料强度随分子量增加