材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编第二章第2讲.ppt

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1、原子间距离很大时,相互作用很小;距离减小时，斥力和引力以不同的函数形式增大。2-3-3原子间距和空间排列(InteratomicSpacingandForces)1.原子间的距离和作用(InteratomicSeparationandInteraction)（1）a，：平衡间距，合力F=0，能量U最低，结合能的负值；（2）a增大，F为引力，U增大；a减小，F为斥力，U大大增大。平衡间距（EquilibriumSpacing）就是斥力和引力相等的距离。FIGURE2.8孤立原子（非键合）的半径——范氏半径结合原子：原子间

2、作用方式和作用力的不同，a，不同，半径不同(a)金属半径：金属键结合的原子距离的一半：a，/2(b)离子半径：a，=r++R-2.原子半径和离子半径(AtomicRadiusandIonicRadius)离子价影响离子半径(c)共价半径：成键电子云的最大重叠（非球形，多用键长）单键、双键、三键温度影响半径3.配位数(CoordinationNumber)-CN：（影响半径）大部分工程材料具有多个原子组成的配位团配位数是一个原子具有的第一邻近（原子或离子）数（Numberofnearest-neighboratoms）H

3、-1Mg为6Si或C为4影响因素①共价，围绕一个原子的共价键数取决于原子的价电子数目卤族配位数为1；氧族为2。②原子的有效堆积，离子化合物具有较高配位数，最常见为6。元素金属原子离子共价键CN半径(nm)价CN半径(nm)键长/2（nm）碳单键双键三键0．0770．0650．06硅4+64+40．0420．038单键0．117氧2-82-62-40.0420.0380.444单键双键0.0750.065氯2-21-81-60.1400.1270.181单键0．099钠80.018751+60.097镁120.1612+

4、60.066铝120.14313+63+40.0540.046铁8120.12410.1272+63+60.0740.064铜120.12781+60.0961键长(bonddistance):两相邻原子间达运动平衡时能量最小的距离金属键和离子键：无方向性，无键长，三维空间（集体效应）：体积和电荷共价键：有方向性(和饱和性)，键长为相连原子间的距离，共价半径之和同—周期电荷大键长小同—族由上到下键长增大2键能(bondenergy):1mol物质结合键分裂放出的能量,表示结合的强弱。化学键>物理键（分子键）化学键中:共

5、价键≈离子键>金属键共价键中:叁键>双键>单键氢键>范氏键2-3-4各种键性比较（ComparisonamongVariousBonds)键性表2-4多原子体系电子的相互作用与稳定性（ElectronInteractionandStabilityofPolyatomicSystem)WhatistheHybridOrbitalofatoms?WhatistheMolecularOrbitalincompounds?WhatistheFermiEnergyLevelinmetals?WhatistheEnergyBan

6、dStructuresinsolids?杂化轨道：原子不同轨道线性组合后的新原子轨道杂化后，数目不变；空间分布、能级状态改变，有利成键杂化轨道与配位原子空间排列的方式2-4多原子体系电子的相互作用与稳定性（ElectronInteractionandStabilityofPolyatomicSystem)2-4-1杂化轨道和分子轨道(HybridOrbitalandMolecularOrbital)1．杂化轨道理论中心原子的杂化轨道配位原子的空间排列实例spxspxpysp3直线形直线形平面三角形四面体形三方双锥形四方

7、锥形八面体形五方双锥形CO2,XeF2BF3,SO3,SiH4,PF5,SOF4Sb(C6H5)5SF6,IF7组合成分子轨道的条件（1）能量相近；（2）轨道最大重叠；（3）对称性匹配：符号相同，为成键轨道符号相反，为反键轨道2．分子轨道理论不同原子轨道的线性组合σ轨道：通过键轴，无节面，以键轴为对称轴的对称轨道如：s-s,s-p，p-p三种分子轨道：（1）σ轨道和σ键σ键：由成键σ电子构成的共价键单电子σ键：成键轨道1个电子，能量降低β=｜Eφ－Eφ1｜正常σ键：成键轨道2个电子，能量降低2β三电子σ键：成键轨道

8、2个电子，反键轨道1个电子，能量降低βπ轨道：通过键轴，有一个（ψ=0）节面如：py-py，pz-pzπ键：由成键π电子构成的共价键（2）π轨道和π键δ轨道：通过键轴，有两个（ψ=0）的节面δ键：由成键δ电子构成的共价键分子轨道电子排布与原子轨道填充三原则相同（3）δ轨道和δ键同核双原子分子的能级和电子排布T=0K（基态groun