第二章第1讲材料科学与工程基础(顾宜ppt课件

第二章物质结构基础 StructureofMatter Whatareatomicstructuresandinteratomicbonds WhataretheequilibriumseparationandthebondingenergybetweenatomsWhatisthedifferenceinstructuresbetweencrystallineandnoncrystallinematerialsWhatissolidsolutionWhatistheimportanceofphasediagramsWhatisthecharacteristicofmaterialssurface 2 1 1物质的形态 StatesofMatter 三种主要状态 2 1物质的形态及材料结构 StatesofMatterandStructureofMaterials 材料结构 是影响材料性能的基本因素 随化学组成及外界条件改变 宏观组织结构 10 4m肉眼可见 Macroscopic 图显微组织结构 10 4 10 8m显微镜观察 Microscopic 图原子或分子排列结构 10 10mOrganizationofatomsormolecules原子中的电子结构 10 13mSubatomicstructure 2 1 2材料结构的涵义 MeaningofMaterialStructure 下一页 浇铸宏观组织结构 返回 显微组织晶界 返回 2 2原子结构 AtomicStructure Whatareatomicstructuresandmodels quantumnumbers electronconfigurationsinatoms Chapter2 1 原子核由质子 中子组成质子质子数 Z 原子序数 电子数正电荷中子中子数 N 中子质量 质子质量无电荷原子质量 A 质子质量 中子质量同位素 Z相同 N不同的原子原子量 元素 原子序数相同 中各同位素的原子质量平均值 2 2原子结构 AtomicStructure 2 2 1原子 Atom 原子核 核外电子电中性 ElectronsinatomsBohrmodelWave mechanicalmodel bothwavelikeandparticle likecharacteristics probabilitydistributionorelectroncloud Figure2 1 Figure2 3 1 电子的统计性形态法描述四个量子数 QuantumNumbers 2 2 2原子中电子的空间位置和能量 ElectronsinAtoms 3 泡利不相容原理 原子中每个电子必须有独自一组四个量子数 一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子 1 电子壳层数目n 1 2 3 4 5KLMNO主壳层 shells l 0 1 2 3 4由内向外spdfg支壳层 subshells 2 最多电子数目K 2 L 8 M 18s 2 p 6 d 103 最外层s 1 2 p 1 6 d 1 10 2 2 3原子中电子壳层数目及填充方式 排布 ElectronShellsandConfigurationsinAtoms 表 返回 Table2 1 4 排列次序1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s举例H 1 1s1Na 11 1s22s22p63s1 2 2 4电子壳层的能级 EnergyLevelsofElectronShells 愈接近原子核 电子能级愈低 电子愈稳定 愈远离原子核 电子能级愈高 电子愈不稳定 电子可以在轨道间跃迁 低能级轨道高能级轨道 吸收能量 电离能 从孤立原子中 去除束缚最弱的电子所需的能量 电子亲合能 原子接受一个额外的电子通常要释放能量 所放能量即电子亲合能 2 2 5电离能和亲合能 IonizationEnergyandElectronAffinity 电离电势表 下一页 元素的第一电离电势 ev 原子 返回 2 3原子之间的相互作用和结合 AtomicInteractionandBonding Whataretheinteratomicbonds Whataretheequilibriumseparation distanceandthebondingenergybetweenatoms WhatistheCoordinationNumberofatom Chapter2 自然界一般由原子或分子组成物质或材料结合方式 基本结合 离子键 金属键 共价键派生结合 分子间作用力 氢键 2 3 1基本键合 PrimaryInteratomicBonds 1 离子键合 IonicBonding 离子键正离子 负离子库仑引力特点 电子束缚在离子中 正负离子吸引 达静电平衡 电场引力无方向性 构成三维整体晶体结构 在溶液中离解成离子 2 3原子之间的相互作用和结合 AtomicInteractionandBonding Figure2 9 特点 由正离子排列成有序晶格 各原子最 及次 外层电子释放 在晶格中随机 自由 无规则运动 无方向性 原子最外壳层有空轨道或未配对电子 既容易得到电子 又容易失去电子 价电子不是紧密结合在离子芯上 键能低 具有范性形变 2 金属键合 MetallicBonding Figure2 11 两个原子共享最外壳电子的键合 特点 两原子共享最外壳层电子对 两原子相应轨道上的电子各有一个 自旋方向必须相反 有饱和性和方向性 电子云最大重叠 一共价键仅两个电子 3 共价键合 CovalentBonding 4 混和键合 MixedBonding 1 电负性 electronegativity 表示吸引电子的能力同一周期左右电负性增高同一族上下电负性降低2 电负性对化学键的影响 同种原子间无影响异种原子相互作用时 两元素电负性相差较大 非金属 非金属成极性共价键电负性相差很大 金属 非金属成离子键 电负性差值 可判断无机非金属材料离子性结合键的比例 ioniccharacter 1 exp 0 25 XA XB 2 100 2 10 whereXAandXBaretheelectronegativitiesfortherespectiveelements 作用力也是库仑引力 与离子键相同但弱得多 不存在电子交换 1 分子间引力 IntermolecularAttraction 分子 或电中性原子 间的结合力又称范氏 vanderWaals 力 特点 无方向性和饱和性 键能最小 2 3 2派生键合 SecondaryBonding SchematicillustrationofvanderWaalsbondingbetweentwodipoles C 色散力 非极性分子间瞬时偶极间的作用 Fluctuatinginduceddip