第一章-原子的结构与键合ppt课件.ppt

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1、本章主要内容要求基本概念和术语原子间的结合键对材料性能的影响用结合键的特征解释材料的性能。如用金属键的特征解释金属材料的性能：1.正的电阻温度系数；2.良好的延展性；3.良好的导电、导热性；4.具有金属光泽等。材料是国民经济的基础。实践和研究表明：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。为此我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。第一章原子结构与键合第一节

2、原子结构1.1.1物质的组成一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。原子是化学变化中的最小微粒。原子结构直接影响原子间的结合方式。比利时原子球原子是由原子核(由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成)和核外电子(带负电荷)构成。原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子核的密度很大。1.1.2原子的结构电子云(electionatmosphere)———1、描述原子中一个电子的位置和能量用四个量子数(quantumnumbe

3、r)。主量子数（电子层）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。只限于正整数1，2，3，4，…，量子壳层可用一个大写英文字母表示，依次命名为K，L，M，N等。1.1.3原子的电子结构轨道角动量量子数（电子亚层）li：给出电子在同一量子壳层内所处的电子亚层。电子亚层取值为0，1，2，···，n-1，按s、p、d、f、g的次序增加。1.1.3原子的电子结构l数值与光谱学规定的亚层符号及原子轨道形状的关系为磁量子数（轨道数）mi：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。mi=2li+1磁量子数决定了电子

4、云的空间取向。自旋角动量子数（自旋方向）si：反映电子不同的自旋方向。规定取值+1/2和-1/2，为顺时针和逆时针两种自旋方向，通常用“↑”和“↓”表示。1.1.3原子的电子结构1.1.3原子的电子结构2、核外电子排布遵循的规律能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。KLM……spdf……Pauli不相容原理(Pauliprinciple)在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。Hund规则(Hund’srule)在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同1

5、.1.4元素周期表1.1.4元素周期表1.1.4元素周期表同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。1.1.4元素周期表电离能(ionizationenergy)气态原子失去一个电子成为一价正离子所需要的最低能量称为第一电离能。从一价正离子失去一个电子成为二价正离子所需要的

6、最低能量称为第二电离能。依此类推。电离能的大小可以反映原子失去电子的难易程度。电负性(electronegativity)原子在化合物中把电子吸引向自己的本领。周期-增，主族-减结合键的定义：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。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)。化学键有：离子键、共价键、金属键。物理键有：范德华力，氢键。第二节原子间的键合（1）金属键

7、的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：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。（2）金属键的特点电子的共有化，金属键无方向性，金属键无饱和性。可以解释金属的一些特征，如良好的导电、导热性，具有较高的强度和良好的延展性，具有金属光泽，正的电阻温度系数。1.2.1金属键金属离子金属键模型电子气1.2.1金属键图金属键与金属晶体1.2.1金属键©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLea

8、rning™图金属键与金属晶体图金属键、金属的导电性和金属的变形1.2.1金属键问题1：金属具有良好导电、导热性能的原因？（自由电子的存在）问题2：金属具有良好延展性的原因？由于金属键即无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构，当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就