材料科学基础 第一章 材料结构.答案ppt课件.ppt

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1、05/10/20211第一章材料结构的基本知识（一）2材料结构材料性能四层次原子结构原子结合键原子的排列显微组织3思考1、什么是价电子？2、K与Cu相比，谁更活泼？为什么？3、金属是否均是由金属键构成的？W为什么具有高熔点？4、一般情况下，金属、陶瓷、聚合物相比，谁的密度更高？5、什么是弹性模量？4一、原子结构1、原子的电子排列5波函数和原子轨道1926年，SchrÖdinger（薛定谔）根据德布罗伊物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。是描述波动的函数，称为波函数，可用来表示任何微观粒子的行为。6波函数ψ是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程电子的波函数对原子核

2、外电子运动的描述具有十分重要意义：波函数不同，其能量不同。每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。相当于给出了电子运动的“轨道”。7四个量子数(1)主量子数（2）角量子数（3）磁量子数（4）自旋量子数n，电子层；l，同一壳层上的电子依据能量水平不同分的亚壳层（spdf)，反映了轨道的形状；m，确定轨道的空间取向；ms，每个状态下可以存在自旋方向相反的两个电子；8主量子数n主量子数n表示电子层，其值越大，轨道距核越远，能量越高。电子层符号KLMNOPQ…主量子数n1234567…9（2）角量子数l角量子数l又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着电子轨道的能级和形状。在n确定后，同

3、一壳层上的电子依据角量子数l再分成若干个能级大小不同的亚壳层：l=0、1、2、3、4、5…。这些亚壳层可用小写字母s、p、d、f表示；s、p、d、f是根据四个亚壳层的光谱线特征得到的，即sharp(敏锐的)、principal(主要的),diffuse(漫散的),fundamental(基本的)。n相同但内壳层的轨道不同，电子的能级也不同，能量水平是随s，p，d，f依次升高。10角量子数l的值为：0——n－1如：主量子数1234…角量子数0123…轨道符号spdf…轨道形状球形哑铃形花瓣形同样，l的值越大，轨道距核越远，能量越高l=0l=1l=211（3）磁量子数m磁量子数m确定着轨道的数目和

4、空间取向对应于每个l下的磁量子总数（轨道数）为：m=2(l)+1一个m代表一个轨道（m在-l~+l之间取整数）如：角量子数0123…轨道符号spdf…轨道数目1357m不影响轨道能级，在没有外加磁场的情况下，处于同一亚壳层的电子具有相同的能量。在磁场作用下，电子绕核运动既具有能量，还具有角动量P。P不仅在数值上不能任意取值，而且相对于磁场方向的取向也不是任意的且是量子化的磁量子数（0）（-1，0，+1）（-2，-1，0，+1，+2）12s、p、d电子云的角度分布图13（4）自旋量子数ms自旋量子数ms并不是求解薛定谔方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两

5、个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个量子数。它只有＋1/2、－1/2两个取值。表示为↑、↓。原子核外电子的状态由这四个量子数确定14电子分布情况原则：1）泡利不相容原理2）电子总是优先占据能量低的轨道角量子数和自旋量子数主量子数和次量子数电子能量分布情况电子能量随主量子数n的增加而升高；同一壳层的能量按s、p、d、f次序依次升高相邻壳层的能量范围有重叠现象；3)洪特规则：同一亚壳层的能量等价的轨道上，电子总是尽可能地分别占据不同的轨道，且自旋方向相同。15主量子数为n的壳层中最多能容纳的电子数为2n^216sspspdspdspdspdspdfff1234567主量子数n能量水平：1

6、s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-相邻壳层的能量范围有重叠现象。172、元素周期表（periodicTableoftheElements)元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子元素有两种存在状态：游离态和化合态（FreeState&CombinedForm)7个横行（Horizontalrows)周期（period）按原子序数（AtomicNumber)递增的顺序从左至右排列18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、

7、1个Ⅷ族、1个零族（InertGases）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。原子序数＝核电荷数周期序数＝电子壳层数主族序数＝最外层电子数零族元素最外层电子数为8（氦为2）价电子数（Valenceelectron）18191）价电子：指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子。价电子直接参与原子间的结合，对材料的物理、化学等性能有很大的影响。主族元素？副族元素？（如：