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第二章物质结构基础（StructureofMatter）•Whatareatomicstructuresandinteratomicbonds？•Whataretheequilibriumseparationandthebondingenergybetweenatoms•Whatisthedifferenceinstructuresbetweencrystallineandnoncrystallinematerials•Whatissolidsolution•Whatistheimportanceofphasediagrams•Whatisthecharacteristicofmaterialssurface排列距离作用力固定体积形状气态无规律远小无无（gasstate）液态局部有序较近中等有无（liquidstate）固态结晶有规律小强有有(solidstate)非晶局部有序小强有有2-1-1物质的形态（StatesofMatter）三种主要状态：2-1物质的形态及材料结构（StatesofMatterandStructureofMaterials）材料结构：是影响材料性能的基本因素，随化学组成及外界条件改变。宏观组织结构：＞10-4m肉眼可见‘‘Macroscopic’’图显微组织结构：10-4~10-8m显微镜观察‘‘Microscopic’’图原子或分子排列结构：10-10mOrganizationofatomsormolecules原子中的电子结构：10-13mSubatomicstructure2-1-2材料结构的涵义（MeaningofMaterialStructure）下一页浇铸宏观组织结构返回显微组织晶界返回2-2原子结构（AtomicStructure）•Whatareatomicstructuresandmodels,quantumnumbers,electronconfigurationsinatoms?Chapter21.原子核由质子+中子组成质子质子数（Z）=原子序数=电子数正电荷中子中子数（N）中子质量=质子质量无电荷原子质量（A）质子质量+中子质量同位素：Z相同，N不同的原子原子量：元素（原子序数相同）中各同位素的原子质量平均值2-2原子结构（AtomicStructure）2-2-1原子（Atom）原子核+核外电子电中性2.电子质量约1/184质子或中子负电荷绕核运动；速度1/10~1/100光速；波-粒轨道非固定，几率最大的分布构成电子云层ElectronsinatomsBohrmodelWave-mechanicalmodelbothwavelikeandparticle-likecharacteristics.probabilitydistributionorelectroncloud.Figure2.1Figure2.31.电子的统计性形态法描述四个量子数（QuantumNumbers）：2-2-2原子中电子的空间位置和能量（ElectronsinAtoms）n,第一量子数：决定体系的能量n=1，2，3….（整数），n=1时为最低能级K，L，M….l,第二量子数：决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性l=0，1，2，3，4（n-1）n=1，l=0spdfg状态n=2，l=0，1（s,p）ml,第三量子数：决定体系角动量在磁场方向的分量ml=0，1，2，3有（2l+1）个ms，第四量子数：决定电子自旋的方向+1/2，-1/23.泡利不相容原理：原子中每个电子必须有独自一组四个量子数，一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子；4.能量最低原则：电子总是按能量最低的状态分布。5.洪特规则：简并轨道，分占轨道最多，自旋方向相同。1.电子壳层数目n=1，2，3，4，5KLMNO主壳层（shells）l=0，1，2，3，4由内向外spdfg支壳层（subshells）2.最多电子数目K~2，L~8，M~18s~2，p~6，d~103.最外层s—1~2，p—1~6，d—1~102-2-3原子中电子壳层数目及填充方式（排布）（ElectronShellsandConfigurationsinAtoms）表返回Table2.14.排列次序1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s举例H:（1）1s1Na:（11）1s22s22p63s12-2-4电子壳层的能级（EnergyLevelsofElectronShells）愈接近原子核，电子能级愈低，电子愈稳定；愈远离原子核，电子能级愈高，电子愈不稳定。电子可以在轨道间跃迁：低能级轨道高能级轨道（吸收能量）电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需的能量。电子亲合能：原子接受一个额外的电子通常要释放能量，所放能量即电子亲合能。2-2-5电离能和亲合能（IonizationEnergyandElectronAffinity）电离电势表下一页元素的第一电离电势（ev/原子）H13.60HE24.4Li5.39BE9.32B8.30C11.2N14.5O13.61F17.4NE21.56NA5.14MG7.64AL5.98SI8.15P10.3S10.01CL13.0AR15.76K4.34BR11.8KR14.00Rb4.18I10.4XE12.13CS3．89返回2-3原子之间的相互作用和结合（AtomicInteractionandBonding）•Whataretheinteratomicbonds?•Whataretheequilibriumseparation,distanceandthebondingenergybetweenatoms?•WhatistheCoordinationNumberofatom?Chapter2自然界一般由原子或分子组成物质或材料结合方式：基本结合：离子键、金属键、共价键派生结合：分子间作用力、氢键2-3-1基本键合（PrimaryInteratomicBonds）1.离子键合（IonicBonding）：离子键正离子————负离子库仑引力特点：①电子束缚在离子中；②正负离子吸引，达静电平衡；电场引力无方向性;③构成三维整体晶体结构；④在溶液中离解成离子。2-3原子之间的相互作用和结合（AtomicInteractionandBonding）Figure2.9特点：①由正离子排列成有序晶格；②各原子最（及次）外层电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性；③原子最外壳层有空轨道或未配对电子，既容易得到电子，又容易失去电子；④价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低、具有范性形变。2.金属键合（MetallicBonding）：Figure2.11两个原子共享最外壳电子的键合。特点：①两原子共享最外壳层电子对；②两原子相应轨道上的电子各有一个，自旋方向必须相反；③有饱和性和方向性。电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。3.共价键合（CovalentBonding）:4、混和键合（MixedBonding）1）电负性（electronegativity）:表示吸引电子的能力同一周期左右电负性增高同一族上下电负性降低2）电负性对化学键的影响:同种原子间无影响异种原子相互作用时:两元素电负性相差较大:非金属——非金属成极性共价键电负性相差很大:金属——非金属成离子键电负性差值0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2离子性结合（%）14915223039475563707682868992电负性差值：可判断无机非金属材料离子性结合键的比例%ioniccharacter={1-exp[-（0.25）（XA-XB）2]}×100（2.10）whereXAandXBaretheelectronegativitiesfortherespectiveelements.作用力也是库仑引力（与离子键相同但弱得多,不存在电子交换）1.分子间引力（IntermolecularAttraction）：分子（或电中性原子）间的结合力又称范氏（vanderWaals）力。特点：①无方向性和饱和性②键能最小2-3-2派生键合（SecondaryBonding）:SchematicillustrationofvanderWaalsbondingbetweentwodipoles.A.取向力:分子永久偶极间相互作用（Permanentdipolebonds）B.诱导力:被诱导的偶极与永久偶极间作用（Polarmolecule-induceddipolebonds）C.色散力:非极性分子间瞬时偶极间的作用（Fluctuatinginduceddipolebonds）Figure2.13质子给予体（如H）与强电负性原子X（如O、N、F、Cl）结合，再与另一强电负性原子Y（质子接受体）形成一个键的键合方式。特点：①有方向性，饱和性；②分子内氢键；分子间氢键；③键能:一般为几~十几kcal/mol2.氢键（Hydrogenbond）:Figure2.15