《材料科学基础》第二章晶体结构（上）ppt课件.ppt

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1、第一篇结构与性质第一章晶体学基础第二章晶体结构第三章晶体结构缺陷第四章非晶态结构第二篇热力学平衡第五章相平衡和相图第三篇动力学过程第六章固体中的扩散第七章材料中的相变第八章材料制备中的固态反应第九章材料的烧结材料科学基础FundamentalsofMaterialsScience武汉理工大学南京工业大学张其土南京工业大学陆佩文§2.1晶体化学基本原理§2.2金属材料的晶体结构§2.3无机非金属材料的晶体结构§2.4高分子材料的结构晶体结构图复习第二章晶体结构subatomicatomicmicroscopicmacroscopic回一、键型与晶体

2、类型二、球体最紧密堆积原理★三、配位数和配位多面体四、键参数五、鲍林规则六、晶体场理论和配位场理论(略)总结：影响晶体结构的因素§2.1晶体化学基本原理1、原子结构及元素周期表2、晶体中的键型与晶体类型一、键型与晶格类型原子原子核核外电子：状态由量子数决定；参与化学成键质子：决定原子序数，即在元素周期表所处位置。化学性质相同。中子：反映同位素情况1、原子结构及元素周期表原子的整体结构原子中电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。主量子数n决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层（能级）。从内到外，依次为K壳层(n=1),L壳层(

3、n=2),M壳层(n=3)。轨道角量子数li给出电子在同一量子壳层内所处的能级(电子亚层）。用s，p，d，f……表示。不同电子亚层，电子云形状不同。磁量子数mi给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。决定电子云空间取向。自旋角量子数si反映电子不同的自旋方向。原子的电子结构（电子云概念）s、p、d、f电子云示意图主量子数壳层序号轨道角量子数亚壳层状态磁量子数规定的状态数目考虑自选量子数后的状态数目壳层总电子数11s122(=2×12)22s2p13268(=2×22)33s3p3d135261018(=2×32)44s4p4d4f1357261

4、01432(=2×42)各电子壳层及亚壳层的电子状态电子能量水平随主量子数和次量子数的变化情况多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则：例：原子序数26的Fe理论电子结构：1s22s22p63s23p63d8实际电子结构：1s22s22p63s23p63d64s2能量最低原理、Pauli不相容原理、Hund规则元素周期表（periodicTableoftheElements)元素周期表是元素周期律的具体表现形式，元素性质——原子结构——周期表中位置三者有密切联系。化学键离子键共价键金属键物理键分子键氢键键型2、晶体中的键型与晶体类型键:在物质

5、结构中，质点（原子、离子或分子）间的结合力。根据键性的异同，将晶体划分为不同的晶体类型。晶体类型共可分为四种：离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体混合键：极性共价键、金属共价键①金属键与金属晶体金属键：金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。键和的基本特点是电子的共有化，既无饱和性又无方向性。晶体性质：良好延展性，良好的导电和导热性能晶体结构：密堆结构（配位数大）自由电子+金属离子金属原子位错+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金

6、属有很好的延展性，与离子晶体的情况相反。②离子键与离子晶体离子键：阳离子和阴离子之间的静电作用力。基本特点是价电子的转移，既无饱和性也无方向性。晶体性质：熔点和硬度均较高,脆。良好的电绝缘体。晶体结构：阴离子密堆积，阳离子填充空隙离子晶格中离子间的具体配置方式，符合鲍林规则(Pauling’srules)F++－－++－－++－－++－－位错++－－++－－++－－++－－受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性。③共价键与原子晶体共价键：两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学

7、键。键和的基本特点核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，既有饱和性又有方向性。晶体性质：熔点高、质硬脆、绝缘体晶体结构：晶格中原子间的排列方式主要受键的取向所控制，因而一般不能形成最紧密堆积结构。干冰取向力诱导力色散力④分子键与分子晶体分子键：分子之间的范德华力，主要由静电力、诱导力和色散力组成，属物理键，没有方向性和饱和性。比化学键的键能少1～2个数量级。晶体性质：熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率小，硬度低晶体结构：分子间的空间配置方式主要取决于分子本身的几何特征水⑤氢键氢键：由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（Ｏ，

8、Ｆ，Ｎ等）相结合而产生的具有比一般分子键大的键力，具有饱和性和方向性。晶体性质：分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增高晶体结构：配位数低