材科 第一章-原子结构与键合PPT课件

前言,.,2,前言,3,.,了解和学会合理使用现有的材料。研究开辟现有材料的新工艺、新用途。研究和创建新材料。,材料科学研究的目的,4,.,材料分类：金属、陶瓷、高分子、复合材料材料性能：物质由原子构成，原子由原子核和核外电子构成，原子的电子结构决定了原子之间的结合形式键合,成分,微观组织,原子间的相互作用,在空间的排列分布,原子集合体的形貌特征,前言,5,.,金属材料：纯金属及其合金。,钢铁材料(黑色金属),钢铸铁,非铁金属材料(有色金属),轻金属AlMgCaNa,重金属CuNiPbSnZn,贵金属AgAuPtRuIr,稀有金属ZrTiNb,稀土金属Re(YNd),放射性金属RaUTh,合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组成具有金属性的材料。金属性的特征是具有正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。,前言,6,.,Periodictableoftheelementswiththoseelementsthatareinherentlymetallicinnatureincolor.,7,.,高分子材料：有机聚合物以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合，经加工而成的有机合成材料。包括塑料、橡胶、合成纤维、粘合剂、涂料等。,热塑性塑料：尼龙聚乙烯聚氯乙稀聚丙烯,热固性塑料：树脂聚氨酯,弹性材料：天然橡胶合成橡胶,8,.,9,.,3.陶瓷材料：以天然硅酸盐矿物或人工合成的氧化物、碳化物、氮化物等为原料，经粉碎、成形、烧结而成的无机非金属材料。包括普通陶瓷和特种陶瓷,10,.,11,.,4.复合材料：由两种或两种以上不同材料组合而成的多相固体材料，其组成主要包括基体材料(主要起粘结作用)和增强材料(起承受载荷和显示功能的作用)。,环球网2015年2月25日报道，福特汽车公司宣布，将与美国陶氏化学合作，研究制造创新性碳纤维复合材料，在未来的产品上用使用。,12,.,材料分类：金属、陶瓷、高分子、复合材料材料性能：物质由原子构成，原子由原子核和核外电子构成，原子的电子结构决定了原子之间的结合形式键合,成分,微观组织,原子间的相互作用,在空间的排列分布,原子集合体的形貌特征,前言,第一章原子结构与键合,14,.,1.1原子结构物质的组成：分子、原子或离子分子：单独存在、保持物质化学特性分子体积：很小，如d（H2O）=0.2nm分子质量：有大有小，如蛋白质、H2原子：化学变化中的最小微粒,原子,中子电中性,质子正电荷,原子核,电子负电荷,原子直径：10-10m,原子核直径：10-15m,质子质量：1.6710-24g,电子质量：9.1110-28g,15,.,原子的电子结构电子云：电子在核外高速转动，呈云雾状。描述原子中一个电子的空间和能量，用四个量子数表示：1）主量子数n:决定原子中电子能量以及与核的平均距离，只能是正整数1，2，3，4，表示量子壳层K，L，M，N.2）轨道角动量量子数li：决定电子在同一壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关，取值0，1，2.n-1，用s,p,d,f表示3）磁量子数mi:给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个li下的磁量子数总数为2li+1，决定电子云的空间取向4）自旋角动量量子数si:反映电子不同的自旋方向，规定为+和-,钠原子结构中K,L和M量子壳层的电子分布状况,16,.,17,.,原子的电子结构1）主量子数n：决定原子轨道的大小（即电子层）和电子的能量。2）角量子数li：决定原子轨道或电子云的形状同时也影响电子的能量。3）磁量子数mi：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。4）自旋量子数si：决定电子的自旋方向,18,.,核外电子排列遵循以下三个原则：1）能量最低原理：电子排布总是尽可能使体系的能量最低KLMN2）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原子。主量子数为n,最多容纳电子数2n23）洪德（Hund）定则：在同一亚层的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，且自旋方向相同。原子序数较大时，能级有重叠现象Fe：1s22s22p63s23p63d81s22s22p63s23p63d64s2,19,.,元素周期表元素：具有相同核电荷数的同一类原子的总称元素周期律：元素的外层电子结构随原子序数的递增呈周期性变化同位素：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子元素化合能力：化合价与原子上的电子结构，特别是价电子数密切相关,同一周期：核外电子层相同，从左到右，电荷数，原子半径，电离能，失电子能力，得电子能力，金属性，非金属性同一主族：从上到下：电子层数，原子半径，电离能，失电子能力，得电子能力，金属性，非金属性,20,.,21,.,1.2原子间的键合金属键金属原子：最外层电子数少，易挣脱原子核束缚，形成电子云金属键：金属中自由电子与金属正离子之间构成键合特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构性质：导电性，导热性，延展性,化学键,金属键,离子键,共价键,主价键,物理键次价键,氢键介于化学键和范德华力之间,金属键示意图,22,.,离子键多数盐类、碱类和金属氧化物实质：金属原子将最外层电子给予非金属原子，正负离子靠静电引力结合在一起。特点：以离子而不是以原子为结合单元，无方向性，无饱和性性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体,NaCl离子键的示意图,23,.,共价键通过共用电子对而形成的键合（C,Si,Sn,Ge,聚合物，无机非金属）共用电子对在两成键原子之间特点：饱和性，方向性性质：熔点高、质硬脆、导电能力差,极性键偏向某一个原子,非极性键不偏不倚如（H2）,碳原子间共价键示意图,24,.,范德瓦尔斯力近邻原子的相互作用引起电荷位移形成偶极子电偶极矩的感应作用包括：静电力、诱导力、色散力特点：属物理键，系次价键，无方向性和饱和性，但能很大程度改变材料性质,原子或分子偶极