材料结构理论xppt课件.ppt

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1、一、原子结构基础可通过波函数进行描述原子核由带正电的质子和不带电的种子构成核外电子在具有特定能量的轨道上运动轨道能级越高，离核越远，其中的电子能量越大电子以吸收或辐射特定波长电磁波的方式发生激发或跃迁核外电子的运动状态可通过波函数进行描述1、原子结构2、四量子数n:主量子数，决定原子中电子能量以及离核平均距离，即电子层数；l:副（角）量子数，与角动量有关，与电子能量也有关，还影响轨道的形状；ml:磁量子数，与电子运动的角动量在z轴上的分量有关，影响原子轨道的伸展方向；ms:自旋量子数，表示电子自旋方向；以四量子数可

2、以完整描述电子运动的状态能量最低原理：多电子原子处在基态时，总是尽量占有能量最低的轨道Pauli不相容原理：同一轨道上能且只能排布两个自旋方向相反的电子；Hund规则：电子将尽可能多地分占不同的等价轨道，且自旋平行（同向），符合能量最低原理3、核外电子排布规律4、电子排布规律与性质——元素周期表原子尺寸电负性二、原子结合与结合键吸引力：源于异性电荷的库仑引力，长程力，与原子间距离的平方成反比；排斥力：源于同性电荷之间的库仑斥力和Pauli不相容的排斥作用，短程力；1、原子间的相互作用力成键机理：电负性相差较大的两原

3、子相互接近时，通过得失电子形成价层全空或全满的正负离子，再通过静电作用成键。2、离子键2、离子键离子键的形成示意图2、离子键离子键的特征在电负性相差较大的原子间形成电子在原子间发生转移，生成离子无方向性和饱和性——每个离子被最大数目的相反离子包围强度高(150～370kcal/mol，即627～1546.6kJ/mol)2、离子键离子化合物性质特点熔点较高，硬度较大；易溶于水；本身导电性并不好，但溶于水或熔化时都能导电3、共价键成键机理电负性相差较小的两原子相互接近时，价电子在杂化轨道上重排后形成共用电子对而成键。

4、3、共价键共价键的特征高电负性原子间形成两个相邻原子间共用电子饱和性、方向性（电子云交叠有方向，价电子数量有限）高强度(稍低于离子键;125～300kcal/mol，即522.5～1254kJ/mol)3、共价键共价化合物的性质特点高熔点、高硬度和强度；一般是绝缘体，熔融状态下也不能导电。4、金属键成键机理金属原子相互靠近时，原子核形成紧密堆积，所有原子的价电子脱离原轨道形成广域电子云被所有原子共用。4、金属键金属键的特征低电负性原子间形成高强度(稍小于共价键和离子键;25～200kcal/mol,即104.5～8

5、36kJ/mol)无方向性：趋向于与最大数目的相邻原子结合无饱和性：电子为所有原子共享4、金属键金属材料的性质特点良好的延展性，适于机械加工良好的导电性良好的导热性成键机理电负性相差较大的原子之间形成共价键后，共用电子对强烈偏向电负性大的原子一侧，从而使分子一端呈正电，另一端呈负电，从而可再以静电作用成键。5、极化键（VanDerwaals键）5、极化键极化键的特点极化使分子间产生静电引力（二次键）一般无方向性，但影响周围区域的分子弱结合力(强结合力的1/100；<10kcal/mol，即41.8kJ/mol)氢键

6、是典型极化键5、极化键氢键形成示意图5、极化键极化键对材料性质的影响增强材料内部的作用力；提高材料的熔点和沸点；改变材料的强度，刚度，塑性等特性6、结合键小结离子键、共价键、金属键结合能较大，属一次键；极化键结合力较弱，仅强结合键的1/100，属二次键四种键都源于静电作用材料中四种结合键并不能截然分开。存在不同程度的过渡型通常，结合能大的材料，强度和熔点也高，但存在极化键的材料性能上会有很大变化三、晶体结构与晶体学1、晶体概述定义晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。注意（1）一种物质是

7、否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断；（2）周期性是晶体结构最基本的特征。1、晶体概述（3）晶体的有序性，既要求近程有序，也要求长程有序1、晶体概述晶体的特征自限性：自发形成规则外形的几何多面体解理性：能沿一定晶面发生劈裂对称性：晶体旋转一定角度后格点重合的特性，晶体只具有1，2，3，4，6次对称轴固定熔点：晶体的熔点即向非晶态转变时的临界温度各向异性：晶体在不同的方向上，性质各不相同2、晶体学基础晶体结构与空间点阵阵点的基本特征周期性:周期性排列；同一性:每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境(su

8、rrounding)晶体结构与空间点阵的区别晶体结构指原子或离子在晶体中的真实排列情况空间点阵是对晶体结构的抽象和提炼晶胞是晶体结构中能够反映晶体周期性和对称性的最小平行六面体格子；晶格是对晶胞的几何抽象和简化；晶胞与晶格选取晶胞的原则选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目