第3章 材料的晶态结构及有序化-1.ppt

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1、材料科学基础第三章材料的晶态结构及有序化材料科学基础3.1结合键材料科学基础键的定义在所有物质结构中，质点（原子、离子或分子）都按照一定的规则进行排列，质点之间都具有一定的结合力，也就是说物质是依靠质点之间的键合结合在一起的，这种质点之间所存在的结合力称为键材料科学基础材料科学基础3.1.1离子键主要存在于离子晶体化合物中，本质上可以归结为静电吸引作用。常发生在活泼的金属元素—活泼的非金属元素之间。NaCl是典型的离子键化合物。离子极化——键能加强、键长缩短等现象；离子键向共价键过渡，使化合物中存在混合键型。材料科学基础3.1.2共价键当原子相互靠近时，原子轨

2、道发生作用，组成新的分子轨道，引起原子间电子分布情况发生改变，使两原子间的电子聚集的程度变大，电子云密度增加，电子云同时受到两个原子核吸引，体系的能量降低，形成稳定的化学键，称为共价键。材料科学基础共价键理论：价键理论分子轨道理论杂化轨道理论材料科学基础3.1.3金属键金属键理论：“自由电子”模型能带理论材料科学基础3.1.4范德华键比其他化学键的键能低约1~2个数量级，作用范围约为0.3~0.5nm，没有方向性和饱和性。与距离r满足1/r7的正比例函数关系。材料科学基础1．静电力极性分子—极性分子材料科学基础2．诱导力极性分子—非极性分子图3-1极性分子偶极

3、矩及非极性分子诱导偶极矩材料科学基础3．色散力非极性分子—非极性分子材料科学基础3.1.5氢键X—HY方向性饱和性材料科学基础3.2晶体化学基本原理材料科学基础晶体化学——研究晶体的组成、内部结构和性质之间的关系材料科学基础3.2.1配位数和配位多面体材料科学基础1.配位数（CoordinationNumber,CN）材料科学基础金属材料：一个原子周围与它直接相邻结合的原子个数，常称为原子配位数。12、8。离子晶体材料：一个离子周围与它直接相邻结合的所有异号离子个数，常称为离子配位数。8、6、4材料科学基础共价键晶体：由于方向性和饱和性，因此其配位

4、数不符合紧密堆积原则，CN较低（4、3）。高分子材料：质点的配位情况非常复杂，很难定义。材料科学基础2.配位多面体材料科学基础配位多面体是指物质结构中，与某个质点构成配位关系而相邻结合的各个质点中心连线所构成的多面体。该质点处于配位多面体的中心位置，而配位质点的中心处于配位多面体的顶角上。材料科学基础图3-2几种典型的配位形式及其相应的配位多面体材料科学基础图3-3不同正负离子半径比的配位结构的稳定性材料科学基础3.2.2离子极化指离子在外电场作用下，形状和大小发生改变的现象。材料科学基础图3-4离子极化示意图材料科学基础极化过程包括两个方面：(1)一个离子在

5、其他离子所产生的外电场的作用下发生极化，即被极化。极化率(2)一个离子以其本身的电场作用于周围离子，使其他离子极化，即主极化。极化力材料科学基础阴离子半径较大，易于变形而被极化，主极化能力较低。阳离子半径较小，当电价较高时其主极化作用大，而被极化程度较低。材料科学基础现象：离子之间电子云相互穿插阴、阳离子之间的距离缩短结果：改变了——离子的配位数、离子键的键性（混合键型）晶体的结构类型。材料科学基础3.2.3电负性当原子失去一个电子时所需要消耗的能量（即电离能），用I表示；当获得一个电子时所释放的能量（即电子亲合能），用Y表示。习惯上以0.18（I+Y）称

6、为元素的电负性，用以比较各种元素吸引电子的能力。材料科学基础Pauling指出用元素的电负性差值来计算化合物中离子键的成分材料科学基础3.2.4结晶化学定律材料科学基础3.2.5Pauling规则材料科学基础Pauling第一规则——围绕每一个阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阳离子处于中心位置，阴离子处于多面体的顶角；阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半径之比，与离子的价数无关，也称多面体规则材料科学基础如果阴离子作紧密堆积，当阳离子处于八面体空隙，考虑所有离子都正好两两相切的临界情况，6配位的临界半径比：材料科学基础立方体

7、8配位的临界半径比材料科学基础表3-5正、负离子半径比与阳离子配位数及配位多面体形状材料科学基础Pauling第二规则——在稳定的离子晶体结构中，一个阴离子从所有相邻接的阳离子分配给该阴离子的静电键强度的总和，等于阴离子的电荷数。静电价规则材料科学基础中心阳离子分配给每个配位阴离子的静电键强度材料科学基础设阴离子电荷数Z-，阴离子配位数，则有材料科学基础Pauling第三规则——在晶体结构中，每个配位多面体以共顶方式连接，共棱连接，特别是共面连接方式存在时，会使结构的稳定性降低材料科学基础图3-6四面体或八面体相互连接情况材料科学基础Pauling第四规则—

8、—在一个含有多种阳离子的晶体中，电价高