ch1 原子结构与键合.ppt

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1、“结构”含义丰富，大致分四个层次：原子结构、原子结合键、材料中原子的排列、晶体材料的显微组织。1.1原子结构（AtomicStructure）1.1.1物质的组成物质是由无数微粒（分子、原子、离子）按一定方式聚集而成的集合体。1.1.2原子结构(atomicstructure)原子是由原子核(由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成)和核外电子(带负电荷)构成。原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子核的密度很大。金属原子的结构特点：1.1.3原子的电子结构电子云(electronatmosphere)———1.描述原子中一个电子的位置和能量用四个量子数(q

2、uantumnumber)：主量子数（电子层）、轨道量子数（电子亚层）、磁量子数（轨道数）、自旋角动量子数（自旋方向）。2.核外电子排布遵循的规律：能量最低原理、Pauli不相容原理(Pauliprinciple)、Hund规则(Hund’srule)。第一章原子的结构与键合1879年J.JThomson发现电子（electron),揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型1913年N.Bohr将Bohratomicmodel核外电子的排布（electronconfiguration)规律描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（q

3、uantumnumbers）表示1.1.4元素周期表（periodicTableoftheElements)元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子元素有两种存在状态：游离态和化合态（FreeState&CombinedForm)7个横行（Horizontalrows)周期（period）按原子序数（AtomicNumber)递增的顺序从左至右排列18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族（InertGas

4、es）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。原子序数＝核电荷数周期序数＝电子壳层数主族序数＝最外层电子数零族元素最外层电子数为8（氦为2）价电子数（Valenceelectron）1.1.5原子的电离能、电子亲合能及电负性（补充内容）1.电离能(ionizationenergy)气态原子失去一个电子成为气态一价正离子所需的最低能量称第一电离能；从1价正离子再失去1个电子成为2价正离子所需的最低能量，称为第二电离能，依次类推。电离能的大小可以反映原子失去电子的难易程度。单位：电子伏特或千卡/摩尔2.电子亲合能(electronaffinity)气态原子获

5、得1个电子成为1价负离子时所释放的能量。3.电负性(electronegativity)原子在化合物分子中把电子吸引向自己的本领。例：双原子分子AB，若A电负性大，分子极性若B电负性大，分子极性鲍林（Pauling,L）作元素电负性表1.2原子间的结合键(bindingbond)按结合力分为一次键和二次键两类一次键，又称化学键或主价键，键力由弱到强依次是：金属键→离子键→共价键二次键又称物理键或次价键，主要有范德华键和氢键两种。一、一次键（化学键、主价键）1.金属键(metallicbond)特点：电子共有化,没有方向性。特性：良好的导电、导热性；(2)不透明，具有金属

6、光泽；(3)具有较高的强度和良好的塑性；(4)正的电阻温度系数。2.离子键(ionicbond)特点：结合力较强硬度、熔点高绝缘图Cl与Na形成离子键一种材料由两种原子组成，且一种是金属，另一种是非金属时容易形成离子键(Ionbond)的结合(如图1.4-1)。由NaCl离子键的形成可以归纳出离子键特点如下：1.金属原子放弃一个外层电子，非金属原子得到此电子使外层填满，结果双双变得稳定。   2.金属原子失去电子带正电荷，非金属原子得到电子带负电荷，双双均成为离子。3.离子键键的大小在离子周围各个方向上都是相同的，所以，它没有方向性。Cl和Na离子在引力和斥力作用下，

7、相互保持r0的距离，即F＝0，能量E为最小（如图1.4-2）的位置。每一个Cl（或Na）离子与其近邻的Na（或Cl）离子均保持这种最低的能量关系，从而，形成NaCl特有的晶体结构，如图1.4-3所示。许多陶瓷材料主要是离子键结合的。离子键的结合能比较高，所以陶瓷材料的熔点也较高。图Cl和Na离子保持r0的距离图NaCl晶体3.共价键(covalentbond)特点：结合极为牢固有明显的方向性结构稳定熔点高硬而脆二、二次键（物理键、次价键）靠原子之间的偶极吸引结合而成1.范德华键（Vanderwaalsbond)特点：没有方向性、饱和性键力