材料科学基础.doc

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1、一、原子结构与键合1.原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确定(1)主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层；[取值正整数1、2、3、4……n越大，代表能量越高、离核越远。1、2、3、4依次命名为K、L、M、N壳层。](2)轨道角动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）；[与电子运动的角动量有关，取值0、1、2……n-1。例如n=2，就有两个轨道角动量量子数l=0,l=1,即L壳层中，根据电子能量差别，还包含有两个电子亚层。在同一量子壳层里，L取值越大，表明轨道能量越高。亚层电子的能量是按s,p,d,f,g的次序

2、递增。](3)磁量子数mi：给出每个轨道角动量数的能级数或轨道数；[决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。我们把在量子壳层上具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的一个空间称为一个轨道。m的值和l有关，取值为0，±1，±2…±l，总数是2l+1。s,p,d,f四个亚层就分别有1，3，5，7个轨道。磁量子数m与能量无关，n、l都相同时，各原子能量相同。](4)自旋角动量量子数si：反映电子不同的自旋方向；[每个轨道上可容纳两个电子，自旋方向相反，一个电子顺时针运动，另一个逆时针运动，分别表示为+1/2，-1/2。当该轨道上只有一个电子时，该电子的自旋量子数的取值是任意的。]2.在

3、多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循三个原则：(1)能量最低原理：电子的排布总是先占据能量最低的内层，再由里向外进入能量较高的壳层，以尽可能使体系的能量最低；[26号的Fe原子，其电子的填充情况应为1s22s22p63s23p64s23d6在原子序数比较大时，相邻壳层的能级有重叠现象。](2)泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子；(3)洪德规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低；3.根据元素在周

4、期表中的位置，推断它的原子结构和一定的性质。主族元素，同一周期从左至右原子半径逐渐减小(零族元素的范待德华半径除外)，电离能依次增大，原子在分子中吸引电子的能力逐渐增加，元素电负性逐渐变大，元素的非金属性也逐渐增强。同一族中自上而下电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，电离能依次减小，电负性逐渐减小，元素的非金属性依次减小。4.原子的电子结构决定了原子键合的本身，原子间的结合键可分为化学键和物理键两大类。化学键即主价键，它包括金属键、离子键和共价键三种：(1)金属键：绝大多数金属均为金属键方式结合，基本特点是电子的共有化，无饱和性，无方向性。[因而每个原子有可能同更多的原子结合，

5、并趋于形成低能量的密堆结构当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使金属具有良好的延展性。](2)离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键方式结合，基本特点是以离子而不是以原子为结合单位，无方向性和饱和性。 [性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体。在高温熔融状态时，正负离子在外电场下可以自由运动，此时即呈现离子导电性。](3)共价键：在亚金属、聚合物和无机非金属材料中共价键占有重要地位，主要特点共用电子对，有饱和性和方向性。实质：由二个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而成。(4)物理键为次价键，亦称范德华力，在高分子材料中占着重要作用。它

6、是借助瞬时的、微弱的电偶极矩的感应作用将原子或分子结合在一起的键合。它包括静电力、诱导力和色散力。除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无方向性和饱和性.(5)氢键，它是一种极性分子键，存在于HF、H2O、NH3等分子间，其结合键能介于化学键与物理键之间，具有饱和性和方向性。5.影响高分子链柔性的主要因素 高分子链能够改变其构象的性质称为柔性。(1)主链结构的影响：主链结构对高分子链的刚柔性的影响起决定性的作用。(2)取代基的影响：取代基团的极性、取代基沿分子链排布的距离、取代基在主链上的位置和取代基的体积等对高分子链的柔性均有影响。(3)交联的影响：当高分子之间以化学键交联起来

7、时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍。作业1、在多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循哪三个原则？2、原子间的结合键共有几种？及各自的主要特点？3、锡的原子序数为50，除4f亚层之外，其他内部电子亚层均已填满，试从原子结构角度来确定锡的价电子数。1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2锡的价电子数为4.4、高分子结构包括高分子链结构和聚集态结构两方面。高分子链结构分为近程结构和远程结构，他们）各自包含的内容是什么？（1）近程结构属于化学结构，又称一次结构