大学材料科学基础第1章 材料结构的基本知识ppt课件.ppt

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1、第一章材料结构的基本知识原子结合键原子排列显微组织7/29/20211DALIANJIAOTONGUNIVERSITY凝聚态——通常把材料的液态和固态称为凝聚态原子结合键一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。二次键——结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。第二节原子结合键7/29/20212DALIANJIAOTONGUNIVERSITY一、一次键依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合。7/29/20213DALIANJIAOTONGUNIVERSITY1．离子键I

2、A、ⅡA族金属与ⅦA、ⅥA族的非金属原子结合时，由于得失电子，金属和非金属原子分别形成正离子与负离子，正、负离子间相互吸引，使原子结合在一起，这就是离子键。Anionicbondisatypeofchemicalbondthatinvolvesametalandanon-metalion(orpolyatomicionssuchasammonium)throughelectrostaticattraction.Inshort,itisabondformedbytheattractionbetweentw

3、ooppositelychargedions.MgO、Mg2Si、CuO、CrO2、MoF2等也是离子键结合为主的。图1-3NaCl的离子结合键示意图7/29/20214DALIANJIAOTONGUNIVERSITY2．共价键covalentbonds共价键——利用共享价电子对来达到稳定的电子结构价电子数为4或5个的IVA、VA族元素，相邻原子间共同组成一个新的电子轨道，由两个原子中各有一个电子共用。特点：共价结合时由于电子对之间的强烈排斥力，使共价键具有明显的饱和性和方向性，不允许改变原子间的相对位

4、置，所以材料不具塑性且比较坚硬，像金刚石就是世界上最坚硬的物质之一。图l-4金刚石的共价结合及其方向性7/29/20215DALIANJIAOTONGUNIVERSITY3．金属键metallicbond金属键——原子间通过正离子与自由电子之间的相互吸引而形成的结合。特点：1.金属键没有方向性，因而金属具有良好的塑性。2.金属正离子被另一种金属的正离子取代时也不会破坏结合键，这种金属之间的溶解(称固溶)能力也是金属的重要特性。3.金属导电性、导热性以及金属晶体中原子的密集排列等，都直接起因于金属键结合。

5、图1-5金属键结合示意图7/29/20216DALIANJIAOTONGUNIVERSITY二、二次键二次键——不是依靠电子的转移或共享，而是借原子之间的偶极吸引力结合而成。形成条件：原子或分子本身已具有稳定的电子结构，如惰性气体及CH4、CO2、H2或H2O等分子，分子内部靠共价键结合使单个分子的电子结构十分稳定，分子内部具有很强的内聚力。众多的气体分子仍然可凝聚成液体或固体。7/29/20217DALIANJIAOTONGUNIVERSITY1．范德瓦耳斯键图l-6范德瓦耳斯键力示意图a)理论的电子

6、云分布b)原子偶极矩的产生c)原子(或分子)间的范德瓦耳斯键结合7/29/20218DALIANJIAOTONGUNIVERSITY2．氢键氢键——本质与范德瓦耳斯键一样，是靠原子(或分子)的偶极吸引力结合的，只是氢键中氢原子起了关键作用，结合力比范德瓦耳斯键强。形成过程：氢原子在两个电负性很强的原子(或原子团)之间形成一个桥梁，把两者结合起来，成为氢键。所以氢键可以表达为：X-H―YX-H——离子键结合(X-H)―Y——氢键结合图l-7冰中水分子的排列及氢键的作用7/29/20219DALIANJIA

7、OTONGUNIVERSITY三、混合键实际材料中单一结合键的情况并不是很多，大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混合。7/29/202110DALIANJIAOTONGUNIVERSITY离子键结合的相对值陶瓷化合物——离子键与共价键混合金属离子/非金属离子——非纯粹离子化合物离子键的比例——组成元素的电负性差越大，离子键比例越高。7/29/202111DALIANJIAOTONGUNIVERSITY计算公式由A、B元素所组成的化合物中离子键结合(％)＝[1－100％XA、XB分别为元素A、B的电

8、负性7/29/202112DALIANJIAOTONGUNIVERSITY注：第一次课结束7/29/202113DALIANJIAOTONGUNIVERSITY四、结合键的本质及原子间距双原子模型：r0——原子平衡距离(原子间距)。吸引力=排斥力图1-8原子间结合力a)原子间吸引力、排斥力、合力b)原子间作用位能与原子间距的关系7/29/202114DALIANJIAOTONGUNIVERSITY原子的结合能E0原子的结合能（结合键能）——