工程材料基礎(chǔ)-原子結(jié)構(gòu)(存儲(chǔ)版)
【正文】 出它屬于何區(qū)及其原子序數(shù)和元素名稱。 使某元素一個(gè)基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子成為一價(jià)正離子所需的最低能量 ， 稱為該元素原子的第一電離能 ， 常用符號(hào) I1表示 ， 即： ( ) ( )ggA A e????1 ( ) ( )I E E A E A?? ? ? ?2( ) ( )A A e? ? ? 22 ( ) ( )I E E A E A??? ? ? ?A代表任一元素 氣態(tài) A+再失去一個(gè)電子成為二價(jià)正離子所需的最低能量，稱為第二電離能 I2， 即： 依此類推，可有第三電離能 I 第四電離能 I4等。元素的電負(fù)性數(shù)值愈大，表示原子在分子中吸引電子的能力愈強(qiáng)，即非金屬性越強(qiáng)。 二次鍵 —— 結(jié)合力較弱 ， 包括范德華鍵和氫鍵 。 陶瓷材料原子間的結(jié)合鍵以離子鍵為主 ， 其具有上述的主要性能特 點(diǎn) 。硅、鍺、錫等元素也可構(gòu)成共價(jià)晶體。 圖 27 金屬鍵 (a)和金屬晶體 (b) 金屬 鍵特點(diǎn) 在金屬晶體中 ， 價(jià)電子彌漫在整個(gè)體積內(nèi) ， 所有的金屬離子皆處于相同的環(huán)境之中 ， 全部離子 (或原子 )均可被看成是具有一定體積的圓球 ， 所以金屬鍵無(wú)所謂飽和性和方向性 。這種由原子（或分子、原子團(tuán)）的偶極吸引力產(chǎn)生的結(jié)合鍵稱為范德華鍵，見(jiàn)圖 28。 陶瓷化合物中常出現(xiàn)離子鍵與共價(jià)鍵混合的情況。金屬的高密度有兩個(gè)原因： 第一，金屬元素有較高的相對(duì)原子質(zhì)量； 第二，金屬鍵沒(méi)有方向性； 所以金屬原子總是趨于密集排列，常得到簡(jiǎn)單的原子密排結(jié)構(gòu)。 E ??? 工程材料的強(qiáng)度與結(jié)合鍵能也有一定的聯(lián)系，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)合鍵能高的，強(qiáng)度也高一些 。 多電子的原子中原子軌道的能量高低由近似能級(jí)圖給出 。 原子、離子或分子間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。因此 ， 原子核外電子排布的周期性變化正是元素周期律的本質(zhì)原因 ， 元素周期表則是各元素原子核外電子排布呈周期性變化的反映 。 原子中核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) （ 或分布情況 ） ， 用四個(gè)量子數(shù)加以描述 。結(jié)合鍵能是影響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，則“彈簧”越“硬”，原子之間距離的移動(dòng)所需的外力就越大，即彈性模量越大。 mol1 ℃ 離子 NaCl MgO 640 1000 801 2800 金屬 Fe W 406 849 1538 3410 共價(jià) Si C(金剛石 ) 450 713 1410 3550 范德華 Ar Cl2 189 101 金屬 Hg Al 68 324 39 660 氫鍵 NH3 H2O 35 51 78 0 各鍵特點(diǎn)比較 共價(jià)鍵、離子鍵化合物的熔點(diǎn)較高，其中純共價(jià)鍵的金剛石具有最高的熔點(diǎn)，金屬的熔點(diǎn)相對(duì)較低，這是陶瓷材料比金屬具有更高熱穩(wěn)定性的根本原因。 例如：金鋼石 （ 4A族 C） 具有單一的共價(jià)鍵 ， 而同族元素的 Si、 Ge、 Sn元素的結(jié)合是共價(jià)鍵與金屬鍵的混合 ， 金屬鍵的比例按此順序遞增 ， 到 Pb時(shí) ，由于電負(fù)性已很低 ， 成為完全的金屬鍵結(jié)合 。 1. 范德華鍵 原子正負(fù)電荷中心會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)不重合，使一端帶正電，另一端帶負(fù)電，形成一個(gè)偶極矩。正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引力，使全部離子結(jié)合起來(lái)。由于方向性，不允許改變?cè)娱g的相對(duì)位置，所以材料不具塑性且比較堅(jiān)硬，像金剛石就是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一。 離子鍵中很難產(chǎn)生可以自由運(yùn)動(dòng)的電子 ， 所以離子晶體都是良好的絕緣體 。 原子的結(jié)合鍵對(duì)材料的性能影響很大 ?；顫姷姆墙饘僭匾话憔哂休^高的電子親和能（較大的負(fù)值），表明它們易于獲得電子成為負(fù)離子，而活潑的金屬元素電子親和能較小，表明它們難于獲得電子形成負(fù)離子。 從表 26可看出 ， 元素的原子半徑呈周期性變化 。 故該元素屬 d區(qū)，位于第四周期， 8B族，是鐵（ Fe） 元素。 族與原子結(jié)構(gòu)中外層電子結(jié)構(gòu)： （ 1）同一主族元素具有相同的外層電子結(jié)構(gòu)，所 謂外層電子結(jié)構(gòu)是指能參與形成化學(xué)鍵的電 子。 周期表中有七個(gè)橫行 ， 表示七個(gè)周期 。 根據(jù)這些原則 ， 我們可以將原子序數(shù)為 14的硅元素的原子核外電子排布式列為： 1s22s22p63s23p2。 圖中這一順序用圓圈內(nèi)“（ ）”中的阿拉伯?dāng)?shù)字表示。2s。 例題 23： 試比較 6s、 6p、 4f和 5d軌道的能量高低 。 12? 2. 3. 2 多電子原子軌道的能級(jí) 能量E 6pOOO 5dOOOO 4fOOOOOOO 6sO 5pOOO 4dOOOOO 5sO 4pOOO 3dOOOOO 4sO 3pOOO 3sO 2pOOO 2sO lsO 能級(jí)組 6(6s4f5d6p) 5(5s4d5p) 4(4s3d4p) 3(3s3p) 2(2s2p) 1(ls) 圖 22 原子軌道近似能級(jí)圖 美國(guó)化學(xué)家鮑林（ Pauling）根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出多電子原子中原子軌道能量高低，并排列給出近似能級(jí)圖，見(jiàn)左圖 （ 1） 能級(jí)圖是按能量的高低順序 ， 而不是按原子軌道 距核的遠(yuǎn)近排列的 。 。其取值受角量子數(shù) l的限制 ， 當(dāng) l一定 ， m可取 0， 177。 n 可取零以外的正整數(shù) ， 即 n = 1, 2, 3 … 。 它的單位為一 。 穩(wěn)定同位素 與 放射性同位素 。 一個(gè)質(zhì)子具有 1024g質(zhì)量，中 子略重于質(zhì)子，質(zhì)量為 1024g， 而一個(gè)電子的質(zhì)量只有 1028g， 僅為質(zhì)子質(zhì)量的 1/1836。 原子電荷： 質(zhì)子帶正電荷 ， 中子不帶電荷 ， 因此原子核 帶正電荷 ， 通過(guò)靜電吸引 ， 將帶負(fù)電荷的電 子束縛在其周圍 。 2． 2． 2 核素與同位素 核素： 原子核中具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子 。 續(xù)上頁(yè) 元素原子的原子質(zhì)量： 元素的平均原子質(zhì)量與核素 12C原子質(zhì)量的1/12之比 。 各元素的相對(duì)原子質(zhì)量均示于表 22元素周期表中元素符號(hào)的下方 。 如 n = 1, l只能取 0； n = 2， l可取 0和 1兩個(gè)值 。 l， 共有 （ 2 l
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