材料物理之材料的结合方式.ppt

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1、1、材料的结合方式一、结合键1、结合键的定义所谓结合键是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质目前还不能对各种物质的结合键进行准确的理论计算（要计算结合力，就需要知道外层电子围绕各原子核的分布）10/9/202112、结合键的本质原子结合成分子或固体的力从本质上讲都起源于原子核和电子间的静电交互作用即库仑力10/9/202123、结合键的分类根据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化学键和物理键化学键(涉及到原子外层电子的重新分布，电子在键合后不再仅仅属于原来的原子)物理键(原子的外层电子分布没有变化

2、，或变化极小，它们仍属于原来的原子)化学键有：离子键、共价键、金属键物理键有：分子键和氢键10/9/20213二、化学键1、共价键（1）共价键定义有些同类原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多数元素或电负性相差不大的原子互相接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。●●10/9/20214化学键共价键的本质共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠（即波函数叠加），原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键。10/9/20215共价键的键型键(成键轨道）头碰头键，肩并肩10/9/20216（2）共价键特点共价键键合的基本

3、特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小共价键具有方向性、饱和性金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氢化合物10/9/20217化学键共价键结合的示例10/9/20218化学键金刚石的共价键共价键结合的示例图金刚石型结构(a)晶胞；(b)原子在底面的投影10/9/20219化学键（3）共价晶体的特点结构稳定熔点高一般是绝缘体，其导电性能差质硬脆10/9/202110化学键2、离子键（1）离子键的定义当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤族元素的原子)相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负

4、性大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合10/9/202111化学键（2）离子键的特点离子键又称极性键离子化合物AxBy对晶体结构的唯一限制是：A和B的近邻数必须与化合比x∶y成反比（配位数最高为8）常温下，电绝缘体（离子晶体中很难产生自由运动的电子）；在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性10/9/202112化学键（2）离子键的特点典型的离子化合物有NaCl,MgCl2等离子键没有方向性、无饱和性10/9/202113化学键NaCl离子键的示意

5、图每个C1离子周围都有6个Na离子，每个Na离子也有6个C1离子等距离排列（红色代表带正电的钠离子，绿色代表带负电的氯离子）10/9/202114化学键NaCl离子键的示意图10/9/202115（3）离子型晶体的特征较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力）脆性大固态时导电性很差（离子键中很难产生可以自由运动的电子）无色透明（离子的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，不吸收可见光）10/9/202116化学键3、金属键（1）定义由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键金属键的经典模型有两种10/9/202117化学键金属

6、键的两种经典模型一种认为金属原子全部离子化一种认为金属键包括中性原子间的共价键及正离子与自由电子间的静电引力的复杂结合10/9/202118化学键（2）金属键的特点金属键无方向性金属键无饱和性具有高对称性原因：在金属晶体中，价电子弥漫在整个体积内，所有的金属离子皆处于相同的环境之中，全部离子(或原子)均可被看成是具有一定体积的圆球10/9/202119化学键（3）金属键型晶体的特征图金属键、金属的导电性和金属的变形10/9/202120化学键自由电子气和原子实价电子在整个晶体内自由地运动（称为“自由电子气”）（价电子是为所有金属原子（正离子）所共有）带正电

7、的粒子叫原子实（又叫正离子实）10/9/202121化学键三、物理键1、范德瓦尔斯键分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德瓦尔斯键也叫分子键范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性比化学键的键能小1～2个数量级（液氮）10/9/202122分子键名称的由来N2，O2，CO，Cl2，Br2和I2等由共价键结合而成的双原子分子在低温下聚集成所谓分子晶体，此时每个结点上有一个分子，相邻结点上的分子之间就存在着范德瓦尔斯力。正是此种范氏力使分子结合成分子晶体。10/9/20

8、2123物理键2、氢键是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子同时与