材料科学基础§1-2结合键市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1-2 结合键,Interatomic Bonding,结合键：,原子结合成份子或固体方式和结协力大小。,结合键决定了物质一系列物理、化学、力学等性质。从标准上讲，只要能从理论上正确地分析和计算结合键，就能预测物质各项性质。,结合键大小从本质上讲都起源于原子核和电子间静电交互作用力即库仑力。,不一样键对应着不一样电子分布方式，但都满足一个共同条件，即键合后各原子外层电子结构要成为稳定结构，也就是隋性气体原子外层“八电子层”结构（即,ns,2,np,6,结构）。,第1页,结合键,Bonding,物理键,Physical Bonding,化学键,Chemical Bonding,离子键,Ionic Bonding,共价键,Covalent Bonding,金属键,Metallic Bonding,范德华键,Van der Waals Bonding,氢键,Hydrogen Bonding,主价键,Primary Bonding,次价键,Secondary Bonding,第2页,正负离子经过静电引力（库仑引力Columbic Forces）而结合成离子化合物（或离子晶体Ionic Crystal），所以,离子键又称极性键。,离子化合物必须是电中性，即正电荷数应等于负电荷数。离子化合物,A,x,B,y,对晶体结构唯一限制是 A 和,B,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配位数（Coordinative Number/CN）最高为 8。,一、离子键（Ionic Bonding）,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正离子，非金属原子得到电子成为带负电负离子，两个异号离子间静电吸引作用。,第3页,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。,结协力较大,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。,第4页,二、共价键（Covalent Bonding）,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原子间经过共用电子对形成。,特点：饱和性、配位数较小、方向性,在形成共价键时，为使电子云到达最大程度重合，共价键就有方向性，键分布严格服从键方向性。,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，成键公用电子对数目是一定，这就是共价键饱和性。,第5页,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。,第6页,金属键：金属中自由电子与金属正离子之间组成键。,实质：金属最外层电子数极少,（,通常s、p,价电子,数少于4），,即价电子（valence electron）极易摆脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），形成电子云（electron cloud）。,特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，轻易形成低能量密堆结构。,三、金属键（Metallic Bonding）,第7页,良好导电性和导热性。,正电阻温度系数。,不透明并展现特有金属光泽。,良好塑性变形能力，好强韧性。,金属键材料特点：,第8页,四.范德华键（Van der Waals Bonding),范德华键：材料中分子间存在一个弱作用力。,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,第9页,静电力(electrostatic force)：,诱导力(induction force)：,色散力(dispersive force)：,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,第10页,甲烷结构示意图,特点：,范德华键是一个次价键，没有方向性和饱和性,它比化学键键能小1-2个数量级，远不如化学键牢靠，,但能很大程度改变材料性质。,由分子键结合固体材料熔点低、硬度也很低。,因无自由电子，所以材料有良好绝缘性。,在高分子材料中总范德华键超出化学键作用，故在去除全部范德华键作用前化学键早已断裂了，所以高分子往往没有气态，只有固态和液态。,第11页,在 HF、H,2,O、NH,3,等物质中，原子都是经过极性共价键结合，,氢原子中唯一电子被其它原子所共有，裸露原子核将与近邻分子负端相互吸引形成氢桥。,使分子之间经过氢键连接。下面以水为例加以说明。,五、氢键(Hydrogen Bonding),氢和氧原子间形成共价键，因为氢-氧原子间共用电子对靠近氧原子而远离氢原子，使氢原子剩下一个没有任何核外电子作屏蔽原子核（质子），于是这个没有屏蔽氢原子核就会对相邻水分子中氧原子外层未共价电子有较强静电引力，这个引力就是氢键。,固体分子状态,第12页,六、各种结合键特点比较,离子键、共价键和金属键都包括到原子外层电子重新分布，这些电子在键合后不再仅仅属于原来原子，所以，这几个键都称为化学键。,在形成份子键和氢键时，原子外层电子分布没有改变，或改变极小，它们仍属于原来原子。所以，分子键和氢键就称为物理键。,普通说来，化学键最强，氢键和分子键较弱。,第13页,类 型,作用力起源,键合强弱,形成晶体特点,离子键,原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间库仑引力,强,无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电,共价键,相邻原子价电子各处于相反自旋状态，原子核间库仑引力,强,有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电,金属键,自由电子气与正离子实之间库仑引力,较强,无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性很好、有光泽、良好导热导电性,分子键,原子间瞬时电偶极矩感应作用,较弱,无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘,氢键,氢原子核与极性分子间库仑引力,弱,有方向性和饱和性,第14页,价键四面体,第15页,金属键,分子键和共价键,离子键、共价键,各种结合键,第16页,Thanks,第17页,第18页,