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1、第三章材料的原子结构和原子第1页，共10页，编辑于2022年，星期二原子的聚集态自然界中，元素难得以原子态存在，基本上均以分子或液态及固态存在。液态及固态统称为凝聚态凝聚态。根据结合键的不同状态，可把凝聚态分成五大类：液体液体、液晶液晶、橡胶态橡胶态、玻璃态玻璃态、晶态晶态。第2页，共10页，编辑于2022年，星期二原子的聚集态液态液态：内部结合键已经融化；体积模量很大，切变模量为零。液晶液晶：其结合键基本融化；切变模量和弹性模量均趋于零。橡胶态橡胶态：材料内的二次键已经融化；体积模量很大,弹性模量很小。玻璃态玻璃态：结合键处于固化状态；体积模量和弹性模量很大。晶态晶态：结合键处于固化状态；体
2、积模量和弹性模量很大。第3页，共10页，编辑于2022年，星期二原子的聚集态 在以上各类聚集态物质的性质中，除了弹性模量弹性模量以 外，材料的许多性质与行为均直接或间接地与材料内部的结合建的性质密切相关。第4页，共10页，编辑于2022年，星期二聚集态原子间的作用力和结合能作用力与原子间距间的关系：当原子间距r趋于无穷远 时，原子间的作用力几乎趋近于0。随着原子间距r的逐渐减小，原子间的相互吸引力逐渐增大，当r=r0时,达到原子间吸引力与排斥力的相互平衡,即力的和等于零,此时原子处于最稳定的状态。由于原子间距进一步减小,排斥力急剧增大。第5页，共10页，编辑于2022年，星期二聚集态原子间的作
3、用力和结合能势能与原子间距的关系：当原子间距趋于无穷远时,原子的势能趋于零。当原子间距逐渐拉近时，原子势能逐渐降低；当原子间距r=r0时，原子间势能最低，此时，原子处于最稳定状态。当原子间距进一步减小时，由于排斥力急剧增大，原子间势能急剧增大。第6页，共10页，编辑于2022年，星期二聚集态原子间的作用力和结合能 在以上分析中，可知：当r=r0时，达到原子间吸引力与排斥力的平衡，力的和等于零，此时原子对的位能为最小值位能为最小值，该位置时的能量代表原子间的键键能能，该位置是原子的最稳定构型，该间距称为平衡平衡间距间距。第7页，共10页，编辑于2022年，星期二聚集态原子间的作用力和结合能 相邻
4、原子间相互总作用势能的数学表示式：r r r r V VN N=F FA A dr+dr+F FR R dr=V dr=VA A+V+VR R 其中，FA、FR为吸引力和排斥力，VN、VA、VR分别为总作用势能，吸引能和排斥能。当r=r0时，有FA+FB=0，此时对应着势能最小值，即势能谷势能谷。势能曲线最低点的能量数值就是这两个原子间的结合能结合能E E0 0，它表示把这两个原子分开到无穷远处所需的能量，或要做的功。第8页，共10页，编辑于2022年，星期二聚集态原子间的作用力和结合能 晶体的结合能定义式：E EB B=E=EN N-E-E0 0式中,EB为晶体的结合能；E0为晶体的总能量；EN为组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量。晶体的结合能一般粗略地表示为：E(r)=-A/(rm)+B/(rn)E(r)=-A/(rm)+B/(rn)式中，A、B、m、n 为常数。-A/(rm)为吸引能,B/(rn)为排斥能；不同类型的材料有不同的不同类型的材料有不同的m m、n n这说明不同晶体的结合性质（结合这说明不同晶体的结合性质（结合键）在定性上具有共同的性质，而在定量上却是不同的。键）在定性上具有共同的性质，而在定量上却是不同的。第9页，共10页，编辑于2022年，星期二 谢谢！谢谢！第10页，共10页，编辑于2022年，星期二