材料科学基础第1章 原子结构和键合

材料科学基础第1章原子结构和键合

原子结构的基本概念和理论01原子由核心和外围电子云组成核心包括质子和中子外围电子云包括电子原子的基本性质质量：由质子和中子组成电荷：由质子、中子和电子组成核外电子排布：决定原子的化学性质原子的能量状态基态：能量最低的状态激发态：能量高于基态的状态原子的基本构成和性质电子优先占据能量低的原子轨道电子充满原子轨道后，才能填充下一个原子轨道电子具有波动性，能量值是量子化的电子的排布规律电子能级：电子能量的量化值电子轨道：电子波动的特定空间区域电子的能级和轨道能量最低的电子优先排布电子填充顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p电子的排布顺序原子核外电子的排布规律原子的电子云和原子轨道电子云的概念电子云是电子在原子核外空间分布的概率分布电子云具有波动性，可以用数学函数描述原子轨道的类型s轨道：球形对称的电子云p轨道：哑铃形对称的电子云d轨道：花瓣形对称的电子云f轨道：复杂的电子云形状电子云的形状和大小电子云形状取决于原子轨道的类型电子云大小与电子的能量和距离原子核的远近有关电子能级和能带理论02电子能级的概念电子能级是电子能量的量化值电子能级决定原子的化学性质和物理性质01电子能级的分类主要能级：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p次要能级：1s²、1s²2s²2p⁶、1s²2s²2p⁴3s²、1s²2s²2p⁴3s²3p⁶等02电子能级的能量能量与电子距离原子核的远近有关能量值是量子化的，相邻能级间能量差恒定03电子能级的概念和分类能带理论的基本原理和应用能带理论的基本原理能带理论是描述电子在晶体中能量分布的理论能带是电子能量的连续区域能带间的能量差与晶格振动和电子相互作用有关能带理论的应用能带理论用于解释金属、半导体和绝缘体的性质能带理论用于指导半导体材料的合成和器件设计能带理论用于研究量子效应和量子力学现象电子态的概念电子态是电子在特定能量和空间状态下的量子态电子态可以用波函数描述电子密度的概念电子密度是电子在空间各点出现的概率密度电子密度与电子云形状和大小有关电子态和密度的关系电子态是电子密度的本征态电子密度是电子态的期望值能带中的电子态和密度原子键合的基本类型和性质03离子键合的概念离子键合是原子间通过电子转移形成的化学键离子键合涉及电荷转移和电子分布的变化离子键合的特点离子键合具有方向性和饱和性离子键合强度与离子半径、电荷和电子云形状有关离子键合在晶体中表现为规则的排列离子键合的概念和特点共价键合的概念共价键合是原子间通过共享电子对形成的化学键共价键合涉及电子云的重叠和电子分布的变化共价键合的特点共价键合具有方向性和饱和性共价键合强度与原子半径、电子云形状和重叠程度有关共价键合在晶体中表现为不规则的排列共价键合的概念和特点金属键合的概念和特点金属键合的概念金属键合是金属原子间通过电子云重叠形成的化学键金属键合涉及电子云的迁移和电子分布的变化金属键合的特点金属键合具有无方向性和无饱和性金属键合强度与金属原子半径、