無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章-wenkub
2023-05-27 18:42:43 本頁(yè)面
【正文】 方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣 氫鍵 氫原子核與極性分子間的庫(kù)侖引力 弱 有方向性和飽和性 63 值得指出的是，實(shí)際晶體不一定只有一種鍵，可能是多種鍵合的混合，至少范氏力就是普遍存在的一種力。 ? 在形成分子鍵和氫鍵時(shí)，原子的外層電子分布沒有變化，或變化極小，它們?nèi)詫儆谠瓉?lái)的原子。 從上面的討論可知，形成氫鍵必須滿足以下兩個(gè)條件： （ 1）分子中必須含氫。 思考 為什么高分子材料只有固態(tài)和液態(tài)，而沒有氣態(tài)。 ? 作用能 : 2~8kJ/mol ? ? ? ?dr rdErF ??? ? 0?drrdE當(dāng) r=r0時(shí) , F(r) =0 r 48 原子結(jié)合：電子云偏移 ， 結(jié)合力很小 ， 無(wú)方向性和飽和性 。差值越大，離子鍵成分越高。所謂化學(xué)鍵的離子性，就是把完全得失電子而構(gòu)成的離子鍵定為離子性 100%；把非極性共價(jià)鍵定為離子性 0%；如果離子性大于 50%，可以認(rèn)為該化學(xué)鍵屬于離子鍵。 ?方向性 原子軌道中，除 s軌道是球形對(duì)稱沒有方向性外， p，d， f原子軌道中的等價(jià)軌道，都具有一定的空間伸展方向。 169。 40 物質(zhì) NaCl KCl CaO MgO 熔點(diǎn) (K) 1074 1041 2845 3073 一些離子化合物的熔點(diǎn) 離子的電荷越高、半徑越小，靜電作用力就越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高。 )22()3( 621 psNasNa e ??? ??)33()33( 6252 psClpsCl e ??? ??????? ?? ClNa靜電引力 離子鍵 （ Ionic bonding） 38 離子鍵的特點(diǎn) ? 沒有方向性； ? 沒有飽和性； NaCl 晶體 39 由陰、陽(yáng)離子按一定規(guī)則排列在晶格結(jié)點(diǎn)上形成的晶體為 離子晶體 。 ? 受熱時(shí)通過(guò)自由電子的碰撞及其與金屬離子之間的碰撞， 傳遞能量， 故金屬是熱的 良導(dǎo)體 。 35 金屬鍵無(wú)方向性，飽和性 。 30 晶體中的原子之間可以相互吸引，也可以相互排斥。試從原子結(jié)構(gòu)角度來(lái)確定錫的價(jià)電子數(shù)。 原子序數(shù)＝核電荷數(shù) 周期序數(shù)＝電子殼層數(shù) 主族序數(shù)＝最外層電子數(shù) 價(jià)電子數(shù)（ Valence electron） 零族元素最外層電子數(shù)為 8（氦為 2） 25 每周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組內(nèi)軌道所能容納的最多電子數(shù)。 全充滿： p6， d 10， f 14 半充滿： p3， d 5， f 7 全 空： p0， d 0， f 0 2 2 6 2 6 1 0 11 32 42 3 3s s p s p ds29Cu24Cr 2 2 6 56 121 2 2 3 3 34s s p s dsp21 練習(xí)：寫出 14Si、 26Fe、 47Ag的電子結(jié)構(gòu)式 14Si： 1s22s22p63s23p2 26Fe： 1s22s22p63s23p63d64s2 47Ag： 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 22 元素周期表 （ Periodic Table of the Elements) ? 元素（ Element）：具有相同核電荷的同一類原子總稱，共 118種（ 2022年），核電荷數(shù)是劃分元素的依據(jù) ? 同位素（ Isotope）：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的同一元素的原子 ? 元素有兩種存在狀態(tài)：游離態(tài)和化合態(tài)（ Free Stateamp。 19 核外電子排布規(guī)律 （ 1）核外電子的排布規(guī)則 ? 能量最低原理 ? 泡利（ Pauli）不相容原理 多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡可能地分布到能量最低的軌道。 m=1。它決定原子軌道或電子云的形狀，并在多電子原子中和 n一起決定電子的能量。 電子云密度最大的地方就是電子出現(xiàn)幾率最大的地方。 4) Ψ沒有明確的物理意義，但 |?|2 表示空間某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率（幾率密度）。 3) 當(dāng)電子由一種定態(tài)躍遷至另一種定態(tài)時(shí)，就要吸收或放出能量，其值恰好等于兩種定態(tài)的能量差，它與光的頻率關(guān)系為 hEE 始態(tài)終態(tài) ???8 ? 玻爾原子理論的成功之處 1) 提出了量子的概念 2) 成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3) 用于計(jì)算氫原子的電離能 ? 玻爾原子理論的局限性 1) 無(wú)法解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 2) 不能解釋多電子原、分子或固體的光譜 3) 不能解釋電子衍射現(xiàn)象 9 ? 薛定諤方程 微粒的波動(dòng)方程 波函數(shù)：描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 數(shù)學(xué)函數(shù)式。1 問(wèn)題 ? 材料科學(xué)的四要素是什么？四要素之間的存在什么樣的關(guān)系？ 2 (1) 同樣是由碳元素組成的，為什么金剛石是硬度最高的物質(zhì)，而石墨卻很軟？ (2) 為什么原子能結(jié)合成固體？ (3) 材料中存在哪幾種鍵合方式？ (4) 決定鍵合方式的主要因素有哪些？ (5) 材料的哪些性能和其鍵合方式有密切的關(guān)系？ 思考 3 第 1章 無(wú)機(jī)材料的原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵 4 主要內(nèi)容 1 原子結(jié)構(gòu) 2 元素周期表 3 原子間的鍵合 4 材料的結(jié)合鍵與性能 5 1 原子結(jié)構(gòu) （ Atomic Structure） ?物質(zhì)的組成 （ Substance Construction） 物質(zhì)由無(wú)數(shù)微粒 （ Particles） 聚集而成 分子 （ Molecule） ：?jiǎn)为?dú)存在 保存物質(zhì)化學(xué)特性 原子 （ Atom） ： 化學(xué)變化中最小微粒 6 ? 1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子 ,提出 “葡萄干布丁”模型 ? 1910年，盧瑟福散射試驗(yàn)，提出“行星系統(tǒng)”模型 ? 1913年，玻爾模型 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)介 7 ? 1913年，玻爾在 普朗克量子論 、 愛因斯坦光子說(shuō)和盧瑟福的原子模型 的基礎(chǔ)上提出了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)： 1) 電子不是在任意軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，而是在一些符合一定量子化條件的軌道上運(yùn)動(dòng)，在這些軌道中電子的角動(dòng)量等于h/2π的整數(shù)倍。 1926年，薛定諤 (Schrodinger) 微觀粒子的波動(dòng)方程： 0)(8 22222222??????????????? VEhmzyx?Ψ：波函數(shù) x,y,z ：空間坐標(biāo) E：體系的總能量 V：勢(shì)能 10 ? 波函數(shù)和原子軌道 1) 波函數(shù)
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