材料科学基础§1-2 结合键.ppt

§1-2结合键InteratomicBonding结合键:原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。从原则上讲,只要能从理论上正确地分析和计算结合键,就能预测物质的各项性质。结合键的大小从本质上讲都起源于原子核和电子间的静电交互作用力即库仑力。不同的键对应着不同的电子分布方式,但都满足一个共同的条件,即键合后各原子的外层电子结构要成为稳定的结构,也就是隋性气体原子的外层“八电子层”结构(即ns2np6结构)。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正负离子通过静电引力(库仑引力ColumbicForces)而结合成离子化合物(rystal),因此,离子键又称极性键。离子化合物必须是电中性的,即正电荷数应等于负电荷数。离子化合物AxBy对晶体结构的唯一限制是A和B的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的配位数()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的正离子,非金属原子得到电子成为带负电的负离子,两个异号离子间的静电吸引作用。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。结合力较大性质:熔点和硬度均较高,热膨胀系统小,但脆性大。良好电绝缘体。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的原子间通过共用电子对形成。特点:饱和性、配位数较小、方向性在形成共价键时,为使电子云达到最大限度的重叠,共价键就有方向性,键的分布严格服从键的方向性。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,成键的公用电子对数目是一定的,这就是共价键的饱和性。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。金属键:金属中自由电子与金属正离子之间构成的键。实质:金属最外层电子数很少(通常s、p价电子数少于4),即价电子(valenceelectron)极易挣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,容易形成低能量密堆结构。三、金属键(MetallicBonding)良好的导电性和导热性。正的电阻温度系数。不透明并呈现特有的金属光泽。良好的塑性变形能力,好的强韧性。金属键材料特点:(VanderWaalsBonding)范德华键:材料中分子间存在的一种弱的作用力。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