材料科学基础§1-2结合键市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

§1-2结合键InteratomicBonding结合键：原子结合成份子或固体方式和结协力大小。结合键决定了物质一系列物理、化学、力学等性质。从标准上讲，只要能从理论上正确地分析和计算结合键，就能预测物质各项性质。结合键大小从本质上讲都起源于原子核和电子间静电交互作用力即库仑力。不一样键对应着不一样电子分布方式，但都满足一个共同条件，即键合后各原子外层电子结构要成为稳定结构，也就是隋性气体原子外层“八电子层”结构（即ns2np6结构）。第1页结合键Bonding物理键PhysicalBonding化学键ChemicalBonding离子键IonicBonding共价键CovalentBonding金属键MetallicBonding范德华键VanderWaalsBonding氢键HydrogenBonding主价键PrimaryBonding次价键SecondaryBonding第2页正负离子经过静电引力（库仑引力ColumbicForces）而结合成离子化合物（或离子晶体IonicCrystal），所以,离子键又称极性键。离子化合物必须是电中性，即正电荷数应等于负电荷数。离子化合物AxBy

对晶体结构唯一限制是A和B近邻数必须与化合比x∶y成反比。这一限制也同时限制了离子晶体配位数（CoordinativeNumber/CN）最高为8。

一、离子键（IonicBonding）

多数盐类、碱类和金属氧化物

实质：金属原子失去电子成为带正电正离子，非金属原子得到电子成为带负电负离子，两个异号离子间静电吸引作用。第3页特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性。结协力较大性质：熔点和硬度均较高，热膨胀系统小，但脆性大。良好电绝缘体。第4页二、共价键（CovalentBonding）

亚金属（C、Si、Sn、Ge）、聚合物和无机非金属材料。实质：由二个或多个电负性差不大原子间经过共用电子对形成。特点：饱和性、配位数较小、方向性在形成共价键时，为使电子云到达最大程度重合，共价键就有方向性，键分布严格服从键方向性。当一个电子和另一个电子配对以后就不再和第三个电子配对了，成键公用电子对数目是一定，这就是共价键饱和性。第5页金刚石结构共价晶体性能：强度高，硬度高，脆性大，熔点高，沸点高和挥发性低。第6页金属键：金属中自由电子与金属正离子之间组成键。实质：金属最外层电子数极少（通常s、p

价电子数少于4），即价电子（valenceelectron）极易摆脱原子核之束缚而成为自由电子（Freeelectron），形成电子云（electroncloud）。特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，轻易形成低能量密堆结构。三、金属键（MetallicBonding）第7页良好导电性和导热性。正电阻温度系数。不透明并展现特有金属光泽。良好塑性变形能力，好强韧性。金属键材料特点：第8页四.范德华键（VanderWaalsBonding)范德华键：材料中分子间存在一个弱作用力。共价键分子极性分子：共价电子对偏于某一成键电子非极性分子：共价电子对位于成价电子中间极性分子=偶极子（Dipoles）永久偶极子诱导偶极子第9页静电力(electrostaticforce)：诱导力(inductionforce)：色散力(dispersiveforce)：实质：+-+-偶极子偶极子电偶极矩感应作用偶极子诱导偶极子诱导偶极子诱导偶极子第10页甲烷结构示意图特点：范德华键是一个次价键，没有方向性和饱和性,它比化学键键能小1-2个数量级，远不如化学键牢靠，但能很大程度改变材料性质。由分子键结合固体材料熔点低、硬度也很低。因无自由电子，所以材料有良好绝缘性。在高分子材料中总范德华键超出化学键作用，故在去除全部范德华键作用前化学键早已断裂了，所以高分子往往没有气态，只有固态和液态。第11页在HF、H2O、NH3等物质中，原子都是经过极性共价键结合，氢原子中唯一电子被其它原子所共有，裸露原子核将与近邻分子负端相互吸引形成氢桥。使分子之间经过氢键连接。下面以水为例加以说明。五、氢键(HydrogenBonding)氢和氧原子间形成共价键，因为氢-氧原子间共用电子对靠近氧原子而远离氢原子，使氢原子剩下一个没有任何核外电子作屏蔽原子核（质子），于是这个没有屏蔽氢原子核就会对相邻水分子中氧原子外层未共价电子有较强静电引力，这个引力就是氢键。固体分子状态第12页六、各种结合键特点比较

离子键、共价键和金属键都包括到原子外层电子重新分布，这些电子在键合后不再仅仅属于原来原子，所以，这几个键都称为化学键。在形成份子键和氢键时，原子外层电子分布没有改变，或改变极小，它们仍属于原来原子。所以，分子键和氢键就称为物理键。普通说来，化学键最强，氢键和分子键较弱。第13页类型作用力起源键合强弱形成晶体特点离子键原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间库仑引力强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反自旋状态，原子核间库仑引力强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电金属键自由电子气与正离子实之间库仑引力较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性很好、有光泽、良好导热导电性分子键原子间瞬