材料科學(xué)基礎(chǔ)§1-2結(jié)合鍵市公開課一等獎(jiǎng)省賽課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

§1-2結(jié)合鍵InteratomicBonding結(jié)合鍵：原子結(jié)合成份子或固體方式和結(jié)協(xié)力大小。結(jié)合鍵決定了物質(zhì)一系列物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)。從標(biāo)準(zhǔn)上講，只要能從理論上正確地分析和計(jì)算結(jié)合鍵，就能預(yù)測物質(zhì)各項(xiàng)性質(zhì)。結(jié)合鍵大小從本質(zhì)上講都起源于原子核和電子間靜電交互作用力即庫侖力。不一樣鍵對應(yīng)著不一樣電子分布方式，但都滿足一個(gè)共同條件，即鍵合后各原子外層電子結(jié)構(gòu)要成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，也就是隋性氣體原子外層“八電子層”結(jié)構(gòu)（即ns2np6結(jié)構(gòu)）。第1頁結(jié)合鍵Bonding物理鍵PhysicalBonding化學(xué)鍵ChemicalBonding離子鍵IonicBonding共價(jià)鍵CovalentBonding金屬鍵MetallicBonding范德華鍵VanderWaalsBonding氫鍵HydrogenBonding主價(jià)鍵PrimaryBonding次價(jià)鍵SecondaryBonding第2頁正負(fù)離子經(jīng)過靜電引力（庫侖引力ColumbicForces）而結(jié)合成離子化合物（或離子晶體IonicCrystal），所以,離子鍵又稱極性鍵。離子化合物必須是電中性，即正電荷數(shù)應(yīng)等于負(fù)電荷數(shù)。離子化合物AxBy

對晶體結(jié)構(gòu)唯一限制是A和B近鄰數(shù)必須與化合比x∶y成反比。這一限制也同時(shí)限制了離子晶體配位數(shù)（CoordinativeNumber/CN）最高為8。

一、離子鍵（IonicBonding）

多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物

實(shí)質(zhì)：金屬原子失去電子成為帶正電正離子，非金屬原子得到電子成為帶負(fù)電負(fù)離子，兩個(gè)異號(hào)離子間靜電吸引作用。第3頁特點(diǎn)：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列，且無方向性，無飽和性。結(jié)協(xié)力較大性質(zhì)：熔點(diǎn)和硬度均較高，熱膨脹系統(tǒng)小，但脆性大。良好電絕緣體。第4頁二、共價(jià)鍵（CovalentBonding）

亞金屬（C、Si、Sn、Ge）、聚合物和無機(jī)非金屬材料。實(shí)質(zhì)：由二個(gè)或多個(gè)電負(fù)性差不大原子間經(jīng)過共用電子對形成。特點(diǎn)：飽和性、配位數(shù)較小、方向性在形成共價(jià)鍵時(shí)，為使電子云到達(dá)最大程度重合，共價(jià)鍵就有方向性，鍵分布嚴(yán)格服從鍵方向性。當(dāng)一個(gè)電子和另一個(gè)電子配對以后就不再和第三個(gè)電子配對了，成鍵公用電子對數(shù)目是一定，這就是共價(jià)鍵飽和性。第5頁金剛石結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體性能：強(qiáng)度高，硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高，沸點(diǎn)高和揮發(fā)性低。第6頁金屬鍵：金屬中自由電子與金屬正離子之間組成鍵。實(shí)質(zhì)：金屬最外層電子數(shù)極少（通常s、p

價(jià)電子數(shù)少于4），即價(jià)電子（valenceelectron）極易擺脫原子核之束縛而成為自由電子（Freeelectron），形成電子云（electroncloud）。特點(diǎn)：電子共有化，既無飽和性又無方向性，輕易形成低能量密堆結(jié)構(gòu)。三、金屬鍵（MetallicBonding）第7頁良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。正電阻溫度系數(shù)。不透明并展現(xiàn)特有金屬光澤。良好塑性變形能力，好強(qiáng)韌性。金屬鍵材料特點(diǎn)：第8頁四.范德華鍵（VanderWaalsBonding)范德華鍵：材料中分子間存在一個(gè)弱作用力。共價(jià)鍵分子極性分子：共價(jià)電子對偏于某一成鍵電子非極性分子：共價(jià)電子對位于成價(jià)電子中間極性分子=偶極子（Dipoles）永久偶極子誘導(dǎo)偶極子第9頁靜電力(electrostaticforce)：誘導(dǎo)力(inductionforce)：色散力(dispersiveforce)：實(shí)質(zhì)：+-+-偶極子偶極子電偶極矩感應(yīng)作用偶極子誘導(dǎo)偶極子誘導(dǎo)偶極子誘導(dǎo)偶極子第10頁甲烷結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：范德華鍵是一個(gè)次價(jià)鍵，沒有方向性和飽和性,它比化學(xué)鍵鍵能小1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)不如化學(xué)鍵牢靠，但能很大程度改變材料性質(zhì)。由分子鍵結(jié)合固體材料熔點(diǎn)低、硬度也很低。因無自由電子，所以材料有良好絕緣性。在高分子材料中總范德華鍵超出化學(xué)鍵作用，故在去除全部范德華鍵作用前化學(xué)鍵早已斷裂了，所以高分子往往沒有氣態(tài)，只有固態(tài)和液態(tài)。第11頁在HF、H2O、NH3等物質(zhì)中，原子都是經(jīng)過極性共價(jià)鍵結(jié)合，氫原子中唯一電子被其它原子所共有，裸露原子核將與近鄰分子負(fù)端相互吸引形成氫橋。使分子之間經(jīng)過氫鍵連接。下面以水為例加以說明。五、氫鍵(HydrogenBonding)氫和氧原子間形成共價(jià)鍵，因?yàn)闅?氧原子間共用電子對靠近氧原子而遠(yuǎn)離氫原子，使氫原子剩下一個(gè)沒有任何核外電子作屏蔽原子核（質(zhì)子），于是這個(gè)沒有屏蔽氫原子核就會(huì)對相鄰水分子中氧原子外層未共價(jià)電子有較強(qiáng)靜電引力，這個(gè)引力就是氫鍵。固體分子狀態(tài)第12頁六、各種結(jié)合鍵特點(diǎn)比較

離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵都包括到原子外層電子重新分布，這些電子在鍵合后不再僅僅屬于原來原子，所以，這幾個(gè)鍵都稱為化學(xué)鍵。在形成份子鍵和氫鍵時(shí)，原子外層電子分布沒有改變，或改變極小，它們?nèi)詫儆谠瓉碓?。所以，分子鍵和氫鍵就稱為物理鍵。普通說來，化學(xué)鍵最強(qiáng)，氫鍵和分子鍵較弱。第13頁類型作用力起源鍵合強(qiáng)弱形成晶體特點(diǎn)離子鍵原子得、失電子后形成負(fù)、正離子，正負(fù)離子間庫侖引力強(qiáng)無方向性鍵、高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵相鄰原子價(jià)電子各處于相反自旋狀態(tài)，原子核間庫侖引力強(qiáng)有方向性鍵、低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、即使在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵自由電子氣與正離子實(shí)之間庫侖引力較強(qiáng)無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、配位數(shù)高、塑性很好、有光澤、良好導(dǎo)熱導(dǎo)電性分子鍵原子間瞬