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1、本章主要内容要求本章主要内容要求uu基本概念和术语基本概念和术语基本概念和术语基本概念和术语uu原子间的结合键对材料性能的影响原子间的结合键对材料性能的影响原子间的结合键对材料性能的影响原子间的结合键对材料性能的影响uu用结合键的特征说明材料的性能。如用金属键的用结合键的特征说明材料的性能。如用金属键的用结合键的特征说明材料的性能。如用金属键的用结合键的特征说明材料的性能。如用金属键的特征说明金属材料的性能：特征说明金属材料的性能：特征说明金属材料的性能：特征说明金属材料的性能：1.1.1.1.正的电阻温度系数；正的电阻温度系数；正的电阻温度系数；正的电阻温度系数；2.2.2.2.良好的延展性
2、；良好的延展性；良好的延展性；良好的延展性；3.3.3.3.良好的导电、导热性；良好的导电、导热性；良好的导电、导热性；良好的导电、导热性；4.4.4.4.具具具具有金属光泽等。有金属光泽等。有金属光泽等。有金属光泽等。u材料是国民经济的基础。材料是国民经济的基础。u实践和探讨表明：实践和探讨表明：u确定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子确定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。u
3、为此我们须要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织为此我们须要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的冲突性找出改善和发展材料的途径。状态，以便从其内部的冲突性找出改善和发展材料的途径。第一章第一章 原子结构与键合原子结构与键合第一节第一节 原子结构原子结构uu一切物质都是由多数微粒按确定的一切物质都是由多数微粒按确定的一切物质都是由多数微粒按确定的一切物质都是由多数微粒按确定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分方式聚集而成的。这些微粒可能是分方式聚集而成的。这些微粒可能是分方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。子、原子或离子。子、原子或离子。子、原子或离子。uu分子
4、是能单独存在、且保持物质化分子是能单独存在、且保持物质化分子是能单独存在、且保持物质化分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。学特性的一种微粒。学特性的一种微粒。学特性的一种微粒。uu原子是化学变更中的最小微粒。原子是化学变更中的最小微粒。原子是化学变更中的最小微粒。原子是化学变更中的最小微粒。uu原子结构干脆影响原子间的结合方原子结构干脆影响原子间的结合方原子结构干脆影响原子间的结合方原子结构干脆影响原子间的结合方式。式。式。式。比利时原子球比利时原子球比利时原子球比利时原子球1.1.1 物质的组成物质的组成uu原子是由原子是由原子是由原子是由原子核原子核原子核原子核(由带正电荷的质
5、子和呈电中性的中子组成由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成)和和和和核外电子核外电子核外电子核外电子(带负电荷带负电荷带负电荷带负电荷)构成。构成。构成。构成。uu原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子核的密度很大。原子核的密度很大。原子核的密度很大。原子核的密度很大。1.1.2 原子的结构电子在原子核外空间作高速旋转电子在原子核外空间作高速旋转运动，
6、就似乎带负电荷的云雾覆运动，就似乎带负电荷的云雾覆盖在原子核四周，故形象地称它盖在原子核四周，故形象地称它为电子云，后来就用电子云来代为电子云，后来就用电子云来代替轨道表示单个电子出现的概率。替轨道表示单个电子出现的概率。电子具有波粒二象性，既然具有波动性，电子运动就没有固定电子具有波粒二象性，既然具有波动性，电子运动就没有固定的状态，就不行能位于某确定半径的平面轨道上，而是有可能的状态，就不行能位于某确定半径的平面轨道上，而是有可能出现在位于核外空间的任何地方，只是在不同位置出现的概率出现在位于核外空间的任何地方，只是在不同位置出现的概率不同（就像射箭）。不同（就像射箭）。1.1.3 原子的
7、电子结构u1.量子力学中反映微量子力学中反映微观观粒子运粒子运动动的基本方程称的基本方程称为为薛定薛定谔谔方程，方程，它的解称它的解称为为波函数，波函数，电电子的状子的状态态和出和出现现在某在某处处的概率我的概率我们们可以可以用波函数来描述，既原子中一个用波函数来描述，既原子中一个电电子的空子的空间间位置和能量可用四位置和能量可用四个量子数来确定。个量子数来确定。(quantum number)u主量子数主量子数n（电电子子层层）确定原子中）确定原子中电电子能量以及与核的平均距子能量以及与核的平均距离，即离，即电电子所子所处处的量子壳的量子壳层层。只限于正整数。只限于正整数1，2，3，4，量子
8、壳量子壳层层可用一个大写英文字母表示，依次命名可用一个大写英文字母表示，依次命名为为K，L，M，N等。等。钠钠原子原子结结构中构中K、L和和M量子壳量子壳层层的的电电子分布状况子分布状况n越大，代表能量越大，代表能量越高、离核越高、离核约远约远。1.1.3 原子的结构轨轨轨轨道角道角道角道角动动动动量量子数（量量子数（量量子数（量量子数（电电电电子子子子亚层亚层亚层亚层）li li：给给给给出出出出电电电电子在同一量子壳子在同一量子壳子在同一量子壳子在同一量子壳层层层层内所内所内所内所处处处处的能的能的能的能级级级级（电电电电子子子子亚层亚层亚层亚层），与），与），与），与电电电电子运子运子运
9、子运动动动动的角的角的角的角动动动动量有关。量有关。量有关。量有关。电电电电子子子子亚层亚层亚层亚层取取取取值为值为值为值为0 0，1 1，2 2，n-1n-1。例如例如例如例如n=2n=2，就有两个，就有两个，就有两个，就有两个轨轨轨轨道角道角道角道角动动动动量量子数量量子数量量子数量量子数l=0l=0，l=1l=1，即，即，即，即L L壳壳壳壳层层层层中，中，中，中，依据依据依据依据电电电电子能量差子能量差子能量差子能量差别别别别，还还还还包含有两个包含有两个包含有两个包含有两个电电电电子子子子亚层亚层亚层亚层。为为了便利常用小写的英文字母来了便利常用小写的英文字母来标标注：注：li ：0
10、 1 2 3 4 能能级级：s p d f g在同一量子壳在同一量子壳层层里，里，L取取值值越大，表明越大，表明轨轨道能量越高。即道能量越高。即亚亚层电层电子的能量是按子的能量是按s，p，d，f，g的次序的次序递递增的。增的。而且不同而且不同电电子子亚层亚层的的电电子云形子云形态态不同，如不同，如s层层的的电电子云是以子云是以原子核原子核为为中心的球状，中心的球状，p亚层亚层的的电电子云是子云是纺锤纺锤形。形。1.1.3 原子的结构磁量子数（磁量子数（磁量子数（磁量子数（轨轨轨轨道数）道数）道数）道数）mimi：给给给给出每个出每个出每个出每个轨轨轨轨道角道角道角道角动动动动量量子量量子量量子
11、量量子数的能数的能数的能数的能级级级级数或数或数或数或轨轨轨轨道数。道数。道数。道数。mi=2li+1 mi=2li+1 磁量子数确定了磁量子数确定了磁量子数确定了磁量子数确定了电电电电子云的空子云的空子云的空子云的空间间间间取向。取向。取向。取向。自旋角自旋角自旋角自旋角动动动动量子数（自旋方向）量子数（自旋方向）量子数（自旋方向）量子数（自旋方向）si si：反映：反映：反映：反映电电电电子不同的子不同的子不同的子不同的自旋方向。自旋方向。自旋方向。自旋方向。规规规规定取定取定取定取值值值值+1/2+1/2 和和和和-1/2-1/2，为顺时针为顺时针为顺时针为顺时针和逆和逆和逆和逆时时时时
12、针针针针两种自旋方向，通常用两种自旋方向，通常用两种自旋方向，通常用两种自旋方向，通常用“”“”和和和和“”“”表示。表示。表示。表示。1.1.3 原子的结构2、核外电子排布遵循的规律、核外电子排布遵循的规律1.1.3 原子的结构v在多在多电电子的原子中核外子的原子中核外电电子的排布子的排布规规律遵循以下原律遵循以下原则则：v（1）泡利不相容原理：）泡利不相容原理：v一个原子一个原子轨轨道最多只能容道最多只能容纳纳二个二个电电子，且子，且这这二个二个电电子自旋方子自旋方向必需相反，向必需相反，这这就是泡利不相容原理。就是泡利不相容原理。v其其实质实质就是一个原子中不行能有两个就是一个原子中不行
13、能有两个电电子具有完全相同的运子具有完全相同的运动动状状态态，也就是不行能有两个，也就是不行能有两个电电子具有完全相同的四个量子子具有完全相同的四个量子数。数。对对于一个原子于一个原子轨轨道来道来说说，n、l和和m都是相同的，因此都是相同的，因此这这个个轨轨道中的各个道中的各个电电子其子其ms必需不相同，所以必需不相同，所以这这一一轨轨道中最道中最多只能容多只能容纳纳自旋方向相反的两个自旋方向相反的两个电电子。子。v因此，主量子数因此，主量子数为为n的壳的壳层层，最多容，最多容纳纳2n2个个电电子。子。一山不容二虎一山不容二虎一山不容二虎一山不容二虎除非一公一母除非一公一母除非一公一母除非一公
14、一母1.1.3 原子的结构（2）能量最低原理：）能量最低原理：自然界有一条普遍的自然界有一条普遍的规规律：体系能律：体系能量越低的状量越低的状态态相相对对越越稳稳定。定。这这一一规规律也适用于原子律也适用于原子结结构。构。电电子子总总是占据能量最低的壳是占据能量最低的壳层层，电电子先排子先排满满能量最低的，再能量最低的，再进进入能入能量量较较高的壳高的壳层层，而在同一，而在同一电电子子亚亚层层中，中，电电子子则则依次按依次按s、p、d、f、g的依次排列。当然，前提是不的依次排列。当然，前提是不违违反泡利不相容原反泡利不相容原则则。1.1.3 原子的结构（2）能量最低原理：）能量最低原理：在在氢
15、氢原子中，原子原子中，原子轨轨道的能道的能级级只与主量子数只与主量子数n有关，有关，n越大的越大的轨轨道能道能级级越高，越高，n相同的相同的轨轨道能道能级级相同。所以各相同。所以各轨轨道的能道的能级级依依次次应为应为：1s2s2p3s3p3d4s。但在多但在多电电子原子中，各子原子中，各轨轨道的能道的能级级不不仅仅与主量子数有关，与主量子数有关，还还与与角量子数角量子数l有关。其有关。其缘缘由是由于存在着由是由于存在着电电子子间间的相互作用。的相互作用。鲍鲍林林(LPauling)依据光依据光谱试验结谱试验结果，果，总结总结出了多出了多电电子原子的子原子的原子原子轨轨道近似能道近似能级图级图，
16、如下，如下图图所示。所示。6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1.1.3 原子的结构1.当主量子数当主量子数n相同时，轨相同时，轨道能量随着角量子数道能量随着角量子数l值的值的增大而上升，即增大而上升，即 2.当角量子数当角量子数l相同时，轨道能量随着主相同时，轨道能量随着主量子数量子数n值的增大而上升，即：值的增大而上升，即：E1sE2sE3s Ens Enp End Enf此现象称为此现象称为能级分裂能级分裂3.同一原子，不同电子亚层有能级交织现象同一原子，不同电子亚层有能级交织现象如如 E5s
17、 E4d E5p1.1.3 原子的结构v（3）洪德定）洪德定则则：电电子在等价子在等价轨轨道中（即在同一道中（即在同一亚层亚层中的各个能中的各个能级级中），中），电电子的排布尽可能分占不同的能子的排布尽可能分占不同的能级级，而且自旋方向相同，当，而且自旋方向相同，当电电子排布子排布为为全充溢、半充全充溢、半充溢或全空溢或全空时时，是比，是比较稳较稳定的，整个原子的能量最低。定的，整个原子的能量最低。1.1.4 元素周期表1.1.4 元素周期表元素：具有相同核元素：具有相同核电电荷数的同一荷数的同一类类原子原子总总称，核称，核电电荷数是划荷数是划 分元素的依据。分元素的依据。同位素：具有相同的同
18、位素：具有相同的质质子数和不同中子数的同一元素的原子子数和不同中子数的同一元素的原子 原子序数核原子序数核电电荷数荷数 周期序数周期序数电电子壳子壳层层数数主族序数最外主族序数最外层电层电子数子数 零族元素最外零族元素最外层电层电子数子数为为8（氦（氦为为2）元素有两种存在状态：游离态和化合态元素有两种存在状态：游离态和化合态1.1.4 元素周期表v元素周期表是元素周期律的具体表元素周期表是元素周期律的具体表现现形式，它反映了元素形式，它反映了元素之之间间相互相互联联系的系的规规律，元素在周期表中的位置反映了那个律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子元素的原子结结构和确定的性构和确定的性
19、质质。v元素（元素（Element）：共）：共116种，核种，核电电荷数是划分元素的依据荷数是划分元素的依据v7个横行（个横行（Horizontal rows)周期（周期（period）按原子序数）按原子序数（Atomic Number)递递增的依次从左至右排列增的依次从左至右排列v18个个纵纵行（行（column）16族（族（Group），），7个主族、个主族、7个副族、个副族、1个个族、族、1个零族（个零族（Inert Gases）最外）最外层层的的电电子数相同，子数相同，按按电电子壳子壳层层数数递递增的依次从上而下排列。增的依次从上而下排列。1.1.4 元素周期表uu同一周期元素具有相同
20、原子核外同一周期元素具有相同原子核外同一周期元素具有相同原子核外同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左电子层数，但从左电子层数，但从左电子层数，但从左右，核电荷右，核电荷右，核电荷右，核电荷依次增多，原子半径渐渐减小，依次增多，原子半径渐渐减小，依次增多，原子半径渐渐减小，依次增多，原子半径渐渐减小，电离能增加，失电子实力降低，电离能增加，失电子实力降低，电离能增加，失电子实力降低，电离能增加，失电子实力降低，得电子实力增加，金属性减弱，得电子实力增加，金属性减弱，得电子实力增加，金属性减弱，得电子实力增加，金属性减弱，非金属性增加；非金属性增加；非金属性增加；非金属性增加；uu同一主族
21、元素核外电子数相同，同一主族元素核外电子数相同，同一主族元素核外电子数相同，同一主族元素核外电子数相同，但从上但从上但从上但从上下，电子层数增多，原下，电子层数增多，原下，电子层数增多，原下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子半径增大，电离能降低，失电子半径增大，电离能降低，失电子半径增大，电离能降低，失电子实力增加，得电子实力降低，子实力增加，得电子实力降低，子实力增加，得电子实力降低，子实力增加，得电子实力降低，金属性增加，非金属性降低。金属性增加，非金属性降低。金属性增加，非金属性降低。金属性增加，非金属性降低。1.1.4 元素周期表1.1.4 元素周期表uu电电离能离能离能
22、离能(ionization energy)(ionization energy)气气气气态态原子失去一个原子失去一个原子失去一个原子失去一个电电子成子成子成子成为为一价正离子所一价正离子所一价正离子所一价正离子所须须要要要要的最低能量称的最低能量称的最低能量称的最低能量称为为第一第一第一第一电电离能。从一价正离子失去一个离能。从一价正离子失去一个离能。从一价正离子失去一个离能。从一价正离子失去一个电电子成子成子成子成为为二价正离子所二价正离子所二价正离子所二价正离子所须须要的最低能量称要的最低能量称要的最低能量称要的最低能量称为为其次其次其次其次电电离能。依此离能。依此离能。依此离能。依此类类
23、推。推。推。推。电电离能离能离能离能 的大小可以反映原子的大小可以反映原子的大小可以反映原子的大小可以反映原子失去失去失去失去电电子的子的子的子的难难易程度。易程度。易程度。易程度。01020304050607080900510152025HgInCdXeGaZnAsCsRbKrArKSPMgAlNaNeONBBeLiHe电电子子伏伏特特原子序数原子序数同族总趋势：同族总趋势：自上至下减小自上至下减小,与原子半径增大的趋势一样与原子半径增大的趋势一样同周期总趋势：同周期总趋势：自左至右增大自左至右增大,与原子半径减小的趋势一样与原子半径减小的趋势一样uu电负电负电负电负性性性性(electro
24、negativity)(electronegativity)电负电负电负电负性表示一个元素的原子在性表示一个元素的原子在性表示一个元素的原子在性表示一个元素的原子在分子中吸引分子中吸引分子中吸引分子中吸引电电电电子的子的子的子的实实实实力。力。力。力。电负电负电负电负性大，表示原子吸引性大，表示原子吸引性大，表示原子吸引性大，表示原子吸引电电电电子子子子实实实实力力力力强强强强；反之，反之，反之，反之，电负电负电负电负性小，表示原子吸引性小，表示原子吸引性小，表示原子吸引性小，表示原子吸引电电电电子的子的子的子的实实实实力。力。力。力。uu鲍鲍鲍鲍林林林林标标标标度：指定最活度：指定最活度：指
25、定最活度：指定最活泼泼泼泼的非金属元素的非金属元素的非金属元素的非金属元素F F的的的的电负电负电负电负性性性性值为值为值为值为4.04.0，然后通，然后通，然后通，然后通过计过计过计过计算得到其它元素原子的算得到其它元素原子的算得到其它元素原子的算得到其它元素原子的电负电负电负电负性性性性值值值值。uu一般金属元素（一般金属元素（一般金属元素（一般金属元素（AuAu和和和和PtPt等除外）的等除外）的等除外）的等除外）的电负电负电负电负性小于性小于性小于性小于2.02.0，而非，而非，而非，而非金属元素（金属元素（金属元素（金属元素（SiSi除外）大于除外）大于除外）大于除外）大于2.02.
26、0。uu周期周期周期周期-增，主族增，主族增，主族增，主族-减减减减1.1.4 元素周期表1.1.4 元素周期表010203040506001234BaCsIInRuYSrRbBrAsZnCuMnScCaKClSPSiAlMgNaFONCBBeLiH相相对对电电负负性性原原 子子 序序 数数同一周期自左至右同一周期自左至右电负性渐渐增大，电负性渐渐增大，同一主族自上至下同一主族自上至下电负性渐渐减小，电负性渐渐减小，uu结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合
27、成分子或固体的方式和结合力的大小。固体的方式和结合力的大小。固体的方式和结合力的大小。固体的方式和结合力的大小。uu结合键确定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。结合键确定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。结合键确定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。结合键确定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。uu依据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化依据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化依据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化依据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为化学键和物理键。学键和物理键。学键和物理键。学键和物理键。uu化学键化学键化学键化学键(涉及到原子外层电子
28、的重新分布，电子在键合涉及到原子外层电子的重新分布，电子在键合涉及到原子外层电子的重新分布，电子在键合涉及到原子外层电子的重新分布，电子在键合后不再仅仅属于原来的原子后不再仅仅属于原来的原子后不再仅仅属于原来的原子后不再仅仅属于原来的原子)。uu化学键（主价键）有：离子键、共价键、金属键。化学键（主价键）有：离子键、共价键、金属键。化学键（主价键）有：离子键、共价键、金属键。化学键（主价键）有：离子键、共价键、金属键。uu物理键（次价键）有：范德华力，氢键。物理键（次价键）有：范德华力，氢键。物理键（次价键）有：范德华力，氢键。物理键（次价键）有：范德华力，氢键。其次节其次节 原子间的键合原子
29、间的键合uu（1 1）金属键的定义）金属键的定义）金属键的定义）金属键的定义uu典型金属原子结构：最外层电子数很少，且属于各个原子典型金属原子结构：最外层电子数很少，且属于各个原子典型金属原子结构：最外层电子数很少，且属于各个原子典型金属原子结构：最外层电子数很少，且属于各个原子的价电子极易的价电子极易的价电子极易的价电子极易 摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整个晶体内运动，而形成电子云。个晶体内运动，而形成电子云。个晶体内运动，而形成电子云。个晶体内运动，而形成电子云。uu金
30、属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称为金属键。为金属键。为金属键。为金属键。uu（2 2）金属键的特点）金属键的特点）金属键的特点）金属键的特点uu电子的共有化，金属键无方向性，金属键无饱和性。形成电子的共有化，金属键无方向性，金属键无饱和性。形成电子的共有化，金属键无方向性，金属键无饱和性。形成电子的共有化，金属键无方向性，金属键无饱和性。形成低能量密堆结构。低能量密堆结构。低能量密堆结构。低能量密堆结构。uu可以说明金属的一些特征
31、，如良好的导电、导热性，具有可以说明金属的一些特征，如良好的导电、导热性，具有可以说明金属的一些特征，如良好的导电、导热性，具有可以说明金属的一些特征，如良好的导电、导热性，具有较高的强度和良好的延展性，具有金属光泽，正的电阻温较高的强度和良好的延展性，具有金属光泽，正的电阻温较高的强度和良好的延展性，具有金属光泽，正的电阻温较高的强度和良好的延展性，具有金属光泽，正的电阻温度系数度系数度系数度系数 。1.2.1 金属键金属离子 金属键模型金属键模型金属键模型金属键模型电子气图图 金属键与金属晶体金属键与金属晶体1.2.1 金属键 2003 Brooks/Cole Publishing/Tho
32、mson Learning图图 金属键与金属晶体金属键与金属晶体1.2.1 金属键图 金属键、金属的导电性和金属的变形1.2.1 金属键问题问题1：金属具有良好：金属具有良好导电导电、导热导热性能的性能的缘缘由？由？（自由（自由电电子的存在）子的存在）问题问题2：金属具有良好延展性的：金属具有良好延展性的缘缘由？由？由于金属键即无饱和性又无方向由于金属键即无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多性，因而每个原子有可能同更多的原子结合，并趋于形成低能量的原子结合，并趋于形成低能量的密堆结构，当金属受力变形而的密堆结构，当金属受力变形而变更原子之间的相互位置时不至变更原子之间的相互位置时不至于
33、破坏金属键，这就使金属具有于破坏金属键，这就使金属具有良好的延展性。良好的延展性。金属变形时，由金属键结金属变形时，由金属键结合的原子可变换相对位置合的原子可变换相对位置1.2.1 金属键u（3 3）金属键型晶体的特征）金属键型晶体的特征u良好的导电、导热性：良好的导电、导热性：u 自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。作用下）导热。u正的电阻温度系数：正的电阻温度系数：u 金属正离子随温度的上升，振幅增大，阻碍自由电子金属正离子随温度的上升，振幅增大，阻碍自由电子的定向运动，从而使电阻上升。的定向运动，从而使电阻上升。u不透
34、亮，有光泽：不透亮，有光泽：u 自由电子简洁吸取可见光，使金属不透亮。自由电子自由电子简洁吸取可见光，使金属不透亮。自由电子吸取可见光后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳吸取可见光后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸取的可见光能量辐射出来，产生金属光回低能轨道时，将吸取的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。泽。u具有延展性：具有延展性：u 金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。生相对位移时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。1.2.1 金属键u（1）离子）离子键
35、键的定的定义义u多数多数盐类盐类、碱、碱类类和金属氧化物主要以离子和金属氧化物主要以离子键键的方式的方式结结合。合。u当两种当两种电负电负性相差大的原子性相差大的原子(如碱金属元素与如碱金属元素与卤卤族元素的原族元素的原子子)相互靠近相互靠近时时，其中，其中电负电负性小的原子失去性小的原子失去电电子，成子，成为为正正离子，离子，电负电负性大的原子性大的原子获获得得电电子成子成为负为负离子，两种离子靠离子，两种离子靠静静电电引力引力结结合在一起形成离子合在一起形成离子键键。u（2）离子）离子键键的特点的特点u以离子而不是以原子以离子而不是以原子为结为结合合单单元，要求正元，要求正负负离子相离子相
36、间间排列，排列，且异号离子之且异号离子之间间吸引力最大，同号离子之吸引力最大，同号离子之间间斥力最小，故斥力最小，故离子离子键键无方向性，无无方向性，无饱饱和性。和性。u可以可以说说明离子晶体的一些特征，如明离子晶体的一些特征，如较较高的熔点和硬度，固高的熔点和硬度，固态时为态时为良好的良好的绝缘绝缘体而熔融体而熔融态时态时具有良好的具有良好的导电导电性。性。1.2.2 离子键 一种材料由两种原子组成，且一种是金属，另一种是非金属时简洁一种材料由两种原子组成，且一种是金属，另一种是非金属时简洁形成离子键形成离子键(Ion bond)的结合。由的结合。由NaCl离子键的形成可以归纳出离子键的形成
37、可以归纳出离子键特点如下：离子键特点如下：金属原子放弃一个外层电子，非金属原子得到此电子使外层填满，结金属原子放弃一个外层电子，非金属原子得到此电子使外层填满，结果双双变得稳定。果双双变得稳定。金属原子失去电子带正电荷，非金属原子得到电子带负电荷，双双均金属原子失去电子带正电荷，非金属原子得到电子带负电荷，双双均成为离子。成为离子。离子键键的大小在离子四周各个方向上都是相同的，所以，它没有方离子键键的大小在离子四周各个方向上都是相同的，所以，它没有方向性。向性。2003 Brooks/Cole Publishing/Thomson Learning 图图 ClCl与与与与NaNa形成离子键形成
38、离子键形成离子键形成离子键1.2.2 离子键左图 NaCl离子晶体上图 离子键材料导电性1.2.2 离子键u（3）离子晶体的特点）离子晶体的特点 u离子键很强，故有较高熔点，固体下不导电，熔融时才离子键很强，故有较高熔点，固体下不导电，熔融时才导电。导电。u离子间发生相对位移，电平衡破坏，离子键破坏，脆性离子间发生相对位移，电平衡破坏，离子键破坏，脆性材料。材料。u较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力）Cl-Na+1.2.2 离子键 氯氯化化钠钠离子离子键键合示意合示意图图一般离子晶体中正负离子静电引一般离子晶体中正负离子静电引力强，结合坚固，所以离
39、子晶体力强，结合坚固，所以离子晶体大多具有高熔点、高硬度，而且大多具有高熔点、高硬度，而且在离子晶体中很难产生自由运动在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。电绝缘体。问题：从离子键的角度说明离问题：从离子键的角度说明离子晶体的特点？子晶体的特点？但在但在高温熔融状态高温熔融状态时，正负离子在外电场下可以自由运动，时，正负离子在外电场下可以自由运动，此时即呈现此时即呈现离子导电性离子导电性。1.2.2 离子键uu（1 1）共价键的定义）共价键的定义）共价键的定义）共价键的定义 uu有些同类原子，例如周期表有些同类原子，例如周期表有些同类原子
40、，例如周期表有些同类原子，例如周期表IVAIVA，VAVA，VIAVIA族中大多数元族中大多数元族中大多数元族中大多数元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。1.2.3 共价键依据共用电子对在两成键原子之间是依据共用电子对在两成键原子之间是否偏离或接近某一个原子
41、，共价键又否偏离或接近某一个原子，共价键又分为非极性键和极性键。分为非极性键和极性键。极性键：共用电子对偏于某一个原子。极性键：共用电子对偏于某一个原子。非极性键：共用电子对位于成键原子。非极性键：共用电子对位于成键原子。uu（2 2）共价）共价）共价）共价键键键键的特点的特点的特点的特点uu共价晶体在形成共价共价晶体在形成共价共价晶体在形成共价共价晶体在形成共价键时键时键时键时，除依靠，除依靠，除依靠，除依靠电电电电子配子配子配子配对对对对外，外，外，外，还还还还依靠于依靠于依靠于依靠于电电电电子云的重叠，子云的重叠，子云的重叠，子云的重叠，电电电电子云重叠愈大，子云重叠愈大，子云重叠愈大，
42、子云重叠愈大，结结结结合能愈大，合能愈大，合能愈大，合能愈大，结结结结合能愈合能愈合能愈合能愈强强强强。原子的。原子的。原子的。原子的结结结结构表明，除构表明，除构表明，除构表明，除s s轨轨轨轨道的道的道的道的电电电电子云呈球状子云呈球状子云呈球状子云呈球状对对对对称，而称，而称，而称，而其它其它其它其它轨轨轨轨道的道的道的道的电电电电子云都有确定的方向性。例如，子云都有确定的方向性。例如，子云都有确定的方向性。例如，子云都有确定的方向性。例如，p p轨轨轨轨道呈道呈道呈道呈哑哑哑哑铃铃铃铃状。状。状。状。uu在形成共价在形成共价在形成共价在形成共价键时键时键时键时，为为为为使使使使电电电电
43、子云达到最大限度的重叠，共价子云达到最大限度的重叠，共价子云达到最大限度的重叠，共价子云达到最大限度的重叠，共价键键键键具有方向性，具有方向性，具有方向性，具有方向性，键键键键的分布的分布的分布的分布严严严严格听从格听从格听从格听从键键键键的方向性。的方向性。的方向性。的方向性。uu价价价价键键键键具有具有具有具有饱饱饱饱和性：一个和性：一个和性：一个和性：一个电电电电子和另一个子和另一个子和另一个子和另一个电电电电子配子配子配子配对对对对以后，就不以后，就不以后，就不以后，就不再和第三个再和第三个再和第三个再和第三个电电电电子配子配子配子配对对对对。uu金金金金刚刚刚刚石、石、石、石、单质单
44、质单质单质硅、硅、硅、硅、SiCSiC、H2H2、O2O2、F2F2、碳、碳、碳、碳-氢氢氢氢化合物。化合物。化合物。化合物。uu可以可以可以可以说说说说明共价晶体的一些特征，如明共价晶体的一些特征，如明共价晶体的一些特征，如明共价晶体的一些特征，如结结结结合极合极合极合极为坚为坚为坚为坚固，固，固，固，结结结结构构构构稳稳稳稳定，熔点高，定，熔点高，定，熔点高，定，熔点高，质质质质硬而脆，硬而脆，硬而脆，硬而脆，导电导电导电导电性差。性差。性差。性差。1.2.3 共价键uu（3 3）共价晶体特点）共价晶体特点）共价晶体特点）共价晶体特点结构稳定，熔点高，质硬脆，一般是绝缘体，其导电性能结构稳
45、定，熔点高，质硬脆，一般是绝缘体，其导电性能结构稳定，熔点高，质硬脆，一般是绝缘体，其导电性能结构稳定，熔点高，质硬脆，一般是绝缘体，其导电性能差。差。差。差。图图图图 硅原子四个价键和硅的键角硅原子四个价键和硅的键角硅原子四个价键和硅的键角硅原子四个价键和硅的键角共价键是有方向性的，对硅来说在形成的四面体结构中，每个共价键之共价键是有方向性的，对硅来说在形成的四面体结构中，每个共价键之间的夹角约为间的夹角约为109。1.2.3 共价键 图图图图 共价键的断裂共价键的断裂共价键的断裂共价键的断裂 图图图图 金刚石型结构金刚石型结构金刚石型结构金刚石型结构(a)a)晶胞；晶胞；晶胞；晶胞；(b)
46、(b)原子在底面的投原子在底面的投原子在底面的投原子在底面的投影影影影1.2.3 共价键v由于共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较由于共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小，因此共价键的结合较为坚固，所以共价键晶体具有结构小，因此共价键的结合较为坚固，所以共价键晶体具有结构稳定、硬度高、熔点高。稳定、硬度高、熔点高。共价键晶体其共价键晶体其延展性很差延展性很差，这是因为共价键材料在外力这是因为共价键材料在外力作用下可能发生键的破断。作用下可能发生键的破断。因此，共价键材料是脆性的。因此，共价键材料是脆性的。共价键晶体导电实力差，这是因为束缚在相邻原子间的共用共价键晶体导
47、电实力差，这是因为束缚在相邻原子间的共用电子对不能自由的运动，所以共价结合形成的材料一般都是电子对不能自由的运动，所以共价结合形成的材料一般都是绝缘体。绝缘体。1.2.3 共价键uu分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以间，以间，以间，以微弱静电力微弱静电力微弱静
48、电力微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范相吸引，使之结合在一起，称为范相吸引，使之结合在一起，称为范相吸引，使之结合在一起，称为范德瓦尔斯键也叫分子键。德瓦尔斯键也叫分子键。德瓦尔斯键也叫分子键。德瓦尔斯键也叫分子键。uu范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。uu比化学键的键能少比化学键的键能少比化学键的键能少比化学键的键能少1 12 2个数量级。个数量级。个数量级。个数量级。1.2.4 范德华力图图 分子键分子键1.2.4 范德华力u诱导力：极性分子诱导力：极性分子诱导力：极性分子诱导力：极性分子非
49、极性分子非极性分子非极性分子非极性分子u色散力：非极性分子色散力：非极性分子色散力：非极性分子色散力：非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子u静电力：极性分子静电力：极性分子静电力：极性分子静电力：极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子 物质性质特点：强度、硬度、熔点、密度较低，热膨胀系物质性质特点：强度、硬度、熔点、密度较低，热膨胀系数大。数大。1.2.4 范德华力在聚乙烯中，连接聚合物的氯原子带负电荷，而氢原子带正电荷，链之间在聚乙烯中，连接聚合物的氯原子带负电荷，而氢原子带正电荷，链之间是范德尔键的弱结合。（是范德尔键的弱结合。（b）将力作用在聚合物上时，就破坏了范德瓦尔键
50、，）将力作用在聚合物上时，就破坏了范德瓦尔键，键之间起先滑动。键之间起先滑动。1.2.4 范德华力 范德华力属物理键，没有方向性和饱和性，但是分子或原子范德华力属物理键，没有方向性和饱和性，但是分子或原子团内部的原子之间则由强有力的共价键或离子键连接。团内部的原子之间则由强有力的共价键或离子键连接。将水加热到沸点就破坏了范德华力，因而水变成蒸汽，但是将水加热到沸点就破坏了范德华力，因而水变成蒸汽，但是要破坏将氧和氢连接在一起的共价健则须要高得多的温度。要破坏将氧和氢连接在一起的共价健则须要高得多的温度。高分子材料的相对分子量很大，其总的范德华力甚至超过高分子材料的相对分子量很大，其总的范德华力