無機材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章(編輯修改稿)
2025-06-08 18:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ??)33()33( 6252 psClpsCl e ??? ??????? ?? ClNa靜電引力 離子鍵 （ Ionic bonding） 38 離子鍵的特點 ? 沒有方向性； ? 沒有飽和性； NaCl 晶體 39 由陰、陽離子按一定規(guī)則排列在晶格結(jié)點上形成的晶體為 離子晶體 。 ? 離子晶體中晶格結(jié)點上微粒間的作用力為離子鍵，這種力較強烈，故離子晶體的 熔、沸點較高 ，常溫下均為固體，且 硬度較大 。 ? 在離子晶體中很難產(chǎn)生自由運動的電子，因此，它們都是良好的 絕緣體 。 大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物主要以離子鍵的方式結(jié)合。 40 物質(zhì) NaCl KCl CaO MgO 熔點 (K) 1074 1041 2845 3073 一些離子化合物的熔點 離子的電荷越高、半徑越小，靜電作用力就越強，熔點就越高。 41 共價鍵 （ Covalent bonding） 共價鍵是由兩個或多個電負(fù)性相差不大的原子間通過共用電子對而形成的化學(xué)鍵。 43 共價鍵中共有電子對不能自由運動，因此共價結(jié)合形成的材料一般是絕緣體，其導(dǎo)電能力差。共價鍵在亞金屬（ C, Si, Sn等）、聚合物和無機非金屬材料中起重要作用。 169。 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 44 共價鍵理論的兩個基本要點，決定了共價鍵具有的兩種特性，即 飽和性 和 方向性 。 ?飽和性 根據(jù)自旋方向相反的兩個未成對電子，可以配對形成一個共價鍵，推知一個原子有幾個未成對電子，就只能和同數(shù)目的自旋方向相反的未成對電子配對成鍵，即原子所能形成共價鍵的數(shù)目受未成對電子數(shù)所限制。這一特征稱為共價鍵的飽和性。 ?方向性 原子軌道中，除 s軌道是球形對稱沒有方向性外， p，d， f原子軌道中的等價軌道，都具有一定的空間伸展方向。在形成共價鍵時，只有當(dāng)成鍵原子軌道沿合適的方向相互靠近，才能達(dá)到最大程度重疊，形成穩(wěn)定的共價鍵。因此，共價鍵必然具有方向性， 稱為共價鍵的方向性。 共價鍵的特征 45 化學(xué)鍵的極性大小常用離子性來表示 。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。純粹的離子鍵是沒有的，絕大多數(shù)的化學(xué)鍵，既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，它們都具有雙重性。對某一具體的化學(xué)鍵來講，只是哪一種性質(zhì)占優(yōu)勢而已。 元素的電負(fù)性體現(xiàn)了各種元素的原子在形成價鍵時吸引電子的能力 鮑林用電負(fù)性差值△ X＝ XA－ XB來計算化合物中離子鍵的成份。差值越大，離子鍵成分越高。 離子鍵分?jǐn)?shù)與電負(fù)性差值（ XA－ XB）的關(guān)系 47 范德瓦爾斯力 （ Van Der waals bonding） ? 分子之間的作用力是 1873年由荷蘭物理學(xué)家范德華首先提出來的，故又稱范德華力，本質(zhì)上也屬于一種電性引力。 ? 是存在于分子間或分子內(nèi)非鍵合原于間的相互作用力。兩分子間的范德華力 F(r)及相互作用能 E(r)是分子之間距離 r的函數(shù)如圖所示。 ? 作用能 : 2~8kJ/mol ? ? ? ?dr rdErF ??? ? 0?drrdE當(dāng) r=r0時 , F(r) =0 r 48 原子結(jié)合：電子云偏移 ， 結(jié)合力很小 ， 無方向性和飽和性 。 分子晶體：熔點低 ， 硬度低 。 如高分子材料 。 分子鍵與分子晶體 49 在高分子材料中總的范德華力超過化學(xué)鍵的作用，故在去除所有的范德華力作用前化學(xué)鍵早已斷裂了，所以高分子往往沒有氣態(tài)，只有固態(tài)和液態(tài)。 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)。 50 氫鍵 （ Hydrogen bonding） 在 HF， H2O， NH3 等物質(zhì)中，分子都是通過極性共價鍵結(jié)合的（見前面關(guān)于共價鍵的討論），而分子之間則是通過氫鍵連接的。下面以水為例加以說明。 51 52 氫鍵將相鄰的水分子連接起來，起著橋梁的作用，故又稱為氫橋。 從上面的討論可知，形成氫鍵必須滿足以下兩個條件： （ 1）分子中必須含氫。 （ 2）另一個元素必須是顯著的非金屬元素（ F， O 和 N 分別是 Ⅶ B， Ⅵ B 和 Ⅴ B 族的第一個元素）。這樣才能形成極性分子，同時形成一個裸露的質(zhì)子。 53 思考 ? HF的相對分子質(zhì)量較低，為什么 HF的沸騰溫度（ ）要比 HCl的沸騰溫度（ 85oC）高？ 54 氫鍵對化合物性質(zhì)的影響 55 ? 離子鍵、共價鍵和金屬鍵都涉及到原子外層電子的重新分布，這些電子在鍵合后不再僅僅屬于原來的原子，因此，這幾種鍵都稱為 化學(xué)鍵 。 ? 在形成分子鍵和氫鍵時，原子的外層電子分布沒有變化，或變化極小，它們?nèi)詫儆谠瓉淼脑?。因此，分子鍵和氫鍵就稱為 物理鍵 。 ? 一般說來，化學(xué)鍵最強，氫鍵和分子鍵較弱。 各種結(jié)合鍵的特點比較 共價鍵 化學(xué)鍵：主價鍵 離子鍵 金屬鍵 范德瓦爾斯鍵（范德華力） 物理鍵：次價鍵 氫鍵 結(jié)合鍵 按照晶體中的原子結(jié)合力性質(zhì)的不同，分為： 晶體中五種典型的鍵的形式 鍵 型 離子鍵 共價鍵 金屬鍵 范德瓦爾斯鍵 氫 鍵 作用力 靜電庫侖力 共用電子對 靜電庫侖力 分子間力 特點 無方向性 無飽和性 方向性 飽和性 無方向性 無飽和性 飽和性 方向性 晶體 性質(zhì) 離子晶體 （ NaCl） 共價晶體 （ Cl Si－ O） 金屬晶體 （ Cu、 Fe) 分子晶體 （干冰CO2） 冰（ H2O） 熔點高、硬度大、導(dǎo)電性能差、膨脹系數(shù)小 熔點高、硬度大、導(dǎo)電性能差 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、塑性 不導(dǎo)電、熔沸點低、硬度小 不導(dǎo)電、熔沸點低、硬度小 實際晶體中的鍵合是以上鍵合的一種或某幾種鍵合的組合 分子間力 金屬鍵 離子鍵 共價鍵 2022/5/27 59 無機礦物的鍵合特征 ： 各種鍵合的
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