材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)顧宜PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)顧宜材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)顧宜PPT課件課件 排列排列 距離距離 作用力作用力 固定體積固定體積 形狀形狀 氣態(tài)氣態(tài) 無(wú)規(guī)律 遠(yuǎn) 小 無(wú) 無(wú) （gas state） 液態(tài)液態(tài) 局部有序 較近 中等 有 無(wú) （liquid state） 固態(tài)固態(tài) 結(jié)晶 有規(guī)律 小 強(qiáng) 有 有 (solid state) 非晶 局部有序 小 強(qiáng) 有 有 2-1 物質(zhì)的形態(tài)及材料結(jié)構(gòu)物質(zhì)的形態(tài)及材料結(jié)構(gòu) （States of Matter and Structure of Materials） 第1頁(yè)/共23頁(yè) 材料結(jié)構(gòu)：是影響材料性能的基本因素，隨化學(xué)組成及外界條 件改變。 宏觀組織結(jié)構(gòu)：

2、 10-4 m 肉眼可見 Macroscopic 圖 顯微組織結(jié)構(gòu)： 10-4 10-8 m 顯微鏡觀察 Microscopic 圖 原子或分子排列結(jié)構(gòu)：10-10 m Organization of atoms or molecules 原子中的電子結(jié)構(gòu)： 10-13 m Subatomic structure 下一頁(yè) 第2頁(yè)/共23頁(yè) 澆鑄 宏觀組織結(jié)構(gòu) 返 回 第3頁(yè)/共23頁(yè) 顯微組織 晶界 返 回 第4頁(yè)/共23頁(yè) Chapter 2 第5頁(yè)/共23頁(yè) 1. 原子核原子核 由質(zhì)子+中子組成 質(zhì)子 質(zhì)子數(shù)（Z） = 原子序數(shù) = 電子數(shù) 正電荷 中子 中子數(shù)（N） 中子質(zhì)量 = 質(zhì)子質(zhì)

3、量 無(wú)電荷 原子質(zhì)量（A） 質(zhì)子質(zhì)量+中子質(zhì)量 同位素： Z相同， N不同的原子 原子量：元素（原子序數(shù)相同）中各同位素的原子質(zhì)量平均值 2. 電子電子 質(zhì)量 約 1/184 質(zhì)子或中子 負(fù)電荷 繞核運(yùn)動(dòng)； 速度1/101/100光速； 波-粒 軌道非固定，幾率最大的分布構(gòu)成電子云層 第6頁(yè)/共23頁(yè) 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頁(yè)/共23頁(yè) 1. 電子的統(tǒng)計(jì)性形態(tài)法描述電子的統(tǒng)計(jì)性形態(tài)法描述 四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù) （Quantum Numbers） ： n , 第一量子數(shù)： 決定體系的能量 n = 1，2，3.（整數(shù)）， n =1 時(shí)為最低能級(jí) K，L，M . l , 第二量子數(shù)：決定體系角動(dòng)量和電子幾率分布的空間對(duì)稱性 l = 0，1，2，3，4 （n -1） n =1，l = 0 s p d f g 狀態(tài) n =2，l = 0，1 （s, p） m l , 第三量子數(shù)：決定體系角動(dòng)量在磁場(chǎng)方向的分量 m l = 0，1，2，3 有（2 l+1）個(gè) m s ，第四量子數(shù)：決

5、定電子自旋的方向 +1/2，-1/2 第8頁(yè)/共23頁(yè) 4. 能量最低原則能量最低原則： 電子總是按能量最低的狀態(tài)分布。 5. 洪特規(guī)則洪特規(guī)則： 簡(jiǎn)并軌道，分占軌道最多，自旋方向相同。 第9頁(yè)/共23頁(yè) 1. 電子殼層數(shù)目電子殼層數(shù)目 n = 1，2，3，4，5 K L M N O 主殼層（shells） l = 0，1，2，3，4 由內(nèi)向外 s p d f g 支殼層（subshells） 2. 最多電子數(shù)目最多電子數(shù)目 K2，L8，M18 s2，p6，d10 3. 最外層最外層 s12，p16，d110 表 第10頁(yè)/共23頁(yè) 返回 Table 2.1 第11頁(yè)/共23頁(yè) 4. 排列次序

6、排列次序 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s 舉例 H: （1） 1s1 Na: （11） 1s2 2s2 2p6 3s1 2-2-4 電子殼層的能級(jí)電子殼層的能級(jí) （Energy Levels of Electron Shells） 愈接近原子核，電子能級(jí)愈低，電子愈穩(wěn)定； 愈遠(yuǎn)離原子核，電子能級(jí)愈高，電子愈不穩(wěn)定。 電子可以在軌道間躍遷：低能級(jí)軌道 高能級(jí)軌道（吸收能量 ） 第12頁(yè)/共23頁(yè) 電離能電離能： 從孤立原子中， 去除束縛最弱的電子 所需的能量。 電子親合能電子親合能： 原子接受一個(gè)額 外的電子通常要釋放 能量，所放能量即電 子親合能。 電離電勢(shì)表電離電勢(shì)表

7、下一頁(yè) 第13頁(yè)/共23頁(yè) 元素的第一電離電勢(shì)（元素的第一電離電勢(shì)（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頁(yè)/共23頁(yè) Chapter 2 第15頁(yè)/共23頁(yè) 自然界一般由原子或分子組成物質(zhì)或材料 結(jié)合方式：

8、 基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵 派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵 2-3-1 基本鍵基本鍵合 （Primary Interatomic Bonds） 1. 離子鍵離子鍵合 （Ionic Bonding）： 離子鍵 正離子負(fù)離子 庫(kù)侖引力 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 電子束縛在離子中； 正負(fù)離子吸引，達(dá)靜電平衡； 電場(chǎng)引力無(wú)方向性; 構(gòu)成三維整體 晶體結(jié)構(gòu) ； 在溶液中離解成離子。 Figure 2.9 第16頁(yè)/共23頁(yè) 特點(diǎn)特點(diǎn)： 由正離子排列成有序晶格； 各原子最 （及次）外層電子釋 放，在晶格中隨機(jī)、自由、無(wú)規(guī)則 運(yùn)動(dòng)，無(wú)方向性； 原子最外殼層有空軌道或未配對(duì) 電子，既容易得到電子，又容易失 去電子；

9、 價(jià)電子不是緊密結(jié)合在離子芯上 ，鍵能低、具有范性形變。 Figure 2.11 第17頁(yè)/共23頁(yè) 兩個(gè)原子共享最外殼電子的鍵合。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 兩原子共享最外殼層電子對(duì)； 兩原子相應(yīng)軌道上的電子各有一個(gè)，自旋方向必須相反； 有飽和性和方向性。電子云最大重疊，一共價(jià)鍵僅兩個(gè)電子。 第18頁(yè)/共23頁(yè) 電負(fù)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 離子性結(jié)合（%） 1 4 9 15 22 30 39 47 55 63 70 76 82 86 89 92 電負(fù)性差值：可判斷無(wú)機(jī)非金屬材料離子性結(jié)合鍵的比例

10、 第19頁(yè)/共23頁(yè) % ionic character = 1-exp-（0.25）（）（XA - XB）2100 （2.10） where XA and XB are the electronegativities for the respective elements. 第20頁(yè)/共23頁(yè) 作用力也是庫(kù)侖引力（與離子鍵相同但弱得多,不存在電子交換） 1.分子間引力（分子間引力（Intermolecular Attraction）： 分子（或電中性原子）間的結(jié)合力 又稱范氏（van der Waals）力。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 無(wú)方向性和飽和性 鍵能最小 Schematic illustration of van der Waals bonding between two dipoles. A. 取向力: 分子永久偶極間相互作用 （Permanent dipole bonds） B. 誘導(dǎo)力: 被誘導(dǎo)的偶極與永久偶極間作用 （Polar molecule-induced dipole bonds） C. 色散力: 非極性分子間瞬時(shí)偶極間的作用 （Fluctuating induced dip