材料科学与工程基础顾宜PPT学习教案

1、会计学1 材料科学与工程基础顾宜材料科学与工程基础顾宜PPT课件课件 排列排列 距离距离 作用力作用力 固定体积固定体积 形状形状 气态气态 无规律 远 小 无 无 （gas state） 液态液态 局部有序 较近 中等 有 无 （liquid state） 固态固态 结晶 有规律 小 强 有 有 (solid state) 非晶 局部有序 小 强 有 有 2-1 物质的形态及材料结构物质的形态及材料结构 （States of Matter and Structure of Materials） 第1页/共23页 材料结构：是影响材料性能的基本因素，随化学组成及外界条 件改变。 宏观组织结构：

2、 10-4 m 肉眼可见 Macroscopic 图 显微组织结构： 10-4 10-8 m 显微镜观察 Microscopic 图 原子或分子排列结构：10-10 m Organization of atoms or molecules 原子中的电子结构： 10-13 m Subatomic structure 下一页 第2页/共23页 浇铸 宏观组织结构 返 回 第3页/共23页 显微组织 晶界 返 回 第4页/共23页 Chapter 2 第5页/共23页 1. 原子核原子核 由质子+中子组成 质子 质子数（Z） = 原子序数 = 电子数 正电荷 中子 中子数（N） 中子质量 = 质子质

3、量 无电荷 原子质量（A） 质子质量+中子质量 同位素： Z相同， N不同的原子 原子量：元素（原子序数相同）中各同位素的原子质量平均值 2. 电子电子 质量 约 1/184 质子或中子 负电荷 绕核运动； 速度1/101/100光速； 波-粒 轨道非固定，几率最大的分布构成电子云层 第6页/共23页 Electrons in atoms Bohr model Wave-mechanical model both wavelike and particle-like characteristics. probability distribution or electron cloud. Fig

4、ure 2.1 Figure 2.3 第7页/共23页 1. 电子的统计性形态法描述电子的统计性形态法描述 四个量子数四个量子数 （Quantum Numbers） ： n , 第一量子数： 决定体系的能量 n = 1，2，3.（整数）， n =1 时为最低能级 K，L，M . l , 第二量子数：决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性 l = 0，1，2，3，4 （n -1） n =1，l = 0 s p d f g 状态 n =2，l = 0，1 （s, p） m l , 第三量子数：决定体系角动量在磁场方向的分量 m l = 0，1，2，3 有（2 l+1）个 m s ，第四量子数：决

5、定电子自旋的方向 +1/2，-1/2 第8页/共23页 4. 能量最低原则能量最低原则： 电子总是按能量最低的状态分布。 5. 洪特规则洪特规则： 简并轨道，分占轨道最多，自旋方向相同。 第9页/共23页 1. 电子壳层数目电子壳层数目 n = 1，2，3，4，5 K L M N O 主壳层（shells） l = 0，1，2，3，4 由内向外 s p d f g 支壳层（subshells） 2. 最多电子数目最多电子数目 K2，L8，M18 s2，p6，d10 3. 最外层最外层 s12，p16，d110 表 第10页/共23页 返回 Table 2.1 第11页/共23页 4. 排列次序

6、排列次序 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s 举例 H: （1） 1s1 Na: （11） 1s2 2s2 2p6 3s1 2-2-4 电子壳层的能级电子壳层的能级 （Energy Levels of Electron Shells） 愈接近原子核，电子能级愈低，电子愈稳定； 愈远离原子核，电子能级愈高，电子愈不稳定。 电子可以在轨道间跃迁：低能级轨道 高能级轨道（吸收能量 ） 第12页/共23页 电离能电离能： 从孤立原子中， 去除束缚最弱的电子 所需的能量。 电子亲合能电子亲合能： 原子接受一个额 外的电子通常要释放 能量，所放能量即电 子亲合能。 电离电势表电离电势表

7、下一页 第13页/共23页 元素的第一电离电势（元素的第一电离电势（ev/ev/原子）原子） H 13.60 HE 24.4 Li 5.39 BE 9.32 B 8.30 C 11.2 N 14.5 O 13.61 F 17.4 NE 21.56 NA 5.14 MG 7.64 AL 5.98 SI 8.15 P 10.3 S 10.01 CL 13.0 AR 15.76 K 4.34 BR 11.8 KR 14.00 Rb 4.18 I 10.4 XE 12.13 CS 389 返回 第14页/共23页 Chapter 2 第15页/共23页 自然界一般由原子或分子组成物质或材料 结合方式：

8、 基本结合：离子键、金属键、共价键 派生结合：分子间作用力、氢键 2-3-1 基本键基本键合 （Primary Interatomic Bonds） 1. 离子键离子键合 （Ionic Bonding）： 离子键 正离子负离子 库仑引力 特点：特点： 电子束缚在离子中； 正负离子吸引，达静电平衡； 电场引力无方向性; 构成三维整体 晶体结构 ； 在溶液中离解成离子。 Figure 2.9 第16页/共23页 特点特点： 由正离子排列成有序晶格； 各原子最 （及次）外层电子释 放，在晶格中随机、自由、无规则 运动，无方向性； 原子最外壳层有空轨道或未配对 电子，既容易得到电子，又容易失 去电子；

9、 价电子不是紧密结合在离子芯上 ，键能低、具有范性形变。 Figure 2.11 第17页/共23页 两个原子共享最外壳电子的键合。 特点：特点： 两原子共享最外壳层电子对； 两原子相应轨道上的电子各有一个，自旋方向必须相反； 有饱和性和方向性。电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。 第18页/共23页 电负性差值0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 离子性结合（%） 1 4 9 15 22 30 39 47 55 63 70 76 82 86 89 92 电负性差值：可判断无机非金属材料离子性结合键的比例

10、 第19页/共23页 % ionic character = 1-exp-（0.25）（）（XA - XB）2100 （2.10） where XA and XB are the electronegativities for the respective elements. 第20页/共23页 作用力也是库仑引力（与离子键相同但弱得多,不存在电子交换） 1.分子间引力（分子间引力（Intermolecular Attraction）： 分子（或电中性原子）间的结合力 又称范氏（van der Waals）力。 特点特点： 无方向性和饱和性 键能最小 Schematic illustration of van der Waals bonding between two dipoles. A. 取向力: 分子永久偶极间相互作用 （Permanent dipole bonds） B. 诱导力: 被诱导的偶极与永久偶极间作用 （Polar molecule-induced dipole bonds） C. 色散力: 非极性分子间瞬时偶极间的作用 （Fluctuating induced dip