浙大材料科學基础课件part4.docVIP

化合物形成与电负性关系：两元素电负性差别很小，键合为非极性共价键或金属键；电负性差别增加，键合极性增加，倾向于离子性键合。 （纯共价键合）Si?MgS?NaCl（离子键合） 两头是极端 （强极性特征）HF?HCl?HBr?HI（弱极性特征） 大多数实际材料键合特点：几种键合形式同时存在。以 图1-27 二、晶体中的键型 晶体是具有空间格子构造的固体。晶体中的质点(离子、原子或分子)在空间的排列必须具有一定的结合作用力，才能保证它们在晶体内固定在一定的位置上作有规则的排列。 化学键：质点间必须有结合力，才能保证规则排列。原子和原子通过化学结合力产生了结合，一般称形成了化学键 化学键（一次键或基本键）种类：典型的化学键有三种：离子键、共价键、金属键 分子键(范氏键)、氢键：已形成一次键的分子等之间的结合。 金属结合（金属键） 金属键（晶体）特点：原子团聚形成；电负性很小；吸引力相当弱；电子“共有化”（价电子几乎自由、被共用），如 图1-28 成键、强度及轨道（关系）：电子气和正离子实间库仑作用成键（电子气密度越大，库仑作用越强，直至与斥力平衡）；仅有s-轨道时键很弱，如（Na-Na，Ca-Ca，…），具有混合轨道（s-d或s-p轨道）时，如（Fe-Fe，Cr-Cr，…），键很强 金属键形成的条件： (二)离子结合（离子键） 离子键（晶体）特点：负电荷原子排列，正电荷原子排列其周围允许空间；有价电子转移；金属原子最外层价电子给予非金属原子，如 图1-29 成键、强度：相反电荷间 静电力，静电力满足Coulombs law ，与两离子间距离的平方成反比 离子键形成的条件：两具有大电负性差的原子间形成，以离子为结合单元。 (三)共价结合（共价键） 共价键(晶体)特点：两个原子各贡献一价电子共用(自旋相反)，如 图1-30；原子排列可有方向性 成键、强度：对电子作用（吸引）力 共价键形成的条件：（伴电负性升高且基本相同的对电子强烈吸引）形成的分子对称，无明显偶极矩：；（有完全不同的对电子的吸引能力）形成的分子非对称，有极性且具偶极矩： (四)范德瓦耳斯结合（分子间键） 范键(晶体)特点：原子或共用电子间无电子转移，原子或分子基本保持原电子结构 范键形成条件：成键不涉及电负性，由自然偶极化成键，在所有固体中这种键或多或少都会有。在原具稳定电子结构的原子及分子间起主要作用， 电偶极矩产生与感应：见 图1-31热振动或电磁振动?无序波动?核周围电子云畸变?电子壳层非对称移动?动态偶极?偶极之间的相互作用?弱吸引力 成键、强度：性质上是静电力，很弱 (五)氢键 氢键(晶体)特点：发生于某些高电负性原子(Cl、N、O或F)共价键合着氢的极性分子之间，具有方向性 氢键键合原理：高电负性原子吸引电子比氢强?负电荷中心比正电荷中心更靠近电负性原子?分子中的共价键合具有极性?由于氢的唯一的电子已被共用于共价键中，所以在一个分子内的氢原子与另一个分子内的电负性原子之间存在着很强的静电引力(即氢键)。氢键也是一种分子键，如水 三、结合能和结合力 原子结合为晶体的原因：原子结合起来后，体系能量降低 结合能：分散原子结合成晶体过程中，释放出的能量V 原子间的吸引与排斥：吸引是长程力，源自异性电荷库仑引力，远距离时起主要作用；排斥是短程力，源自同性电荷间的库仑力和原子实周围电子气相互重叠引起的排斥，十分接近时起主要作用。 吸引能：如果异性电荷相距r，则静电吸引能Va为： 对离子晶体： 总体上： 排斥能： 总能量：V=Va+Vr 吸引力：依赖于键的类型而不同，总体上有： 排斥力：对于所有固体都相同，玻恩定义： 净作用力： 式中a、b、m及n均为常数，且mn 从 图1-32?可见较远处引力为主，近处斥力占优，平衡时作用力为零 四、原子半径 单个原子或离子半径：假设其为球形时的相应尺寸。如Bohr Model 但实际有两方面不足：1、外层电子轨道没有确定的界限且电子密度只有在无穷远处才为零；2、两个以上原子的分子中，很难假设原子或离子是球形。 原子半径：定义为两个原子键长的一半，随不同的键型而不同 对给定的元素，原子半径的大小与键的性质直接相关：氧的范、离子及共价半径分别是1.66、1.40和0.68A。 范德瓦耳斯半径：(有范德瓦耳斯键的）隋性气体元素的晶体中原子间范德瓦耳斯键长的一半 共价半径：具相同原子（如H2、N2、O2和F2）的双原子分子中两个原子间共价键长的一半 离子半径：由于离子可考虑成去掉价电子的硬球，两个离子的中心距离（即键长）有：r0=rc+ra通过借助标准离子如氧（O2-）或氟（F-）进行计算而得到 金属半径：与离子半径类似处理，由于无正负离子之分，所以是键长的一半 §1-3典型晶体结构 了解和熟悉材料的基本和典型结构，对研究和探索材料的本质具