1、一、原子的结合方式物质是由原子组成原子间键合本质决定了材料的种类，即：金属 陶瓷 高分子 1 原子结构原子序数原子量阿佛伽德罗常数原子量单位电负性第一节 材料的结合方式周期表中元素的金属性和非金属性周期表中，已发现的化学元素有 109种，其中有 87种是金属元素。2 原子结合键结合键 ：原子（离子或分子）间的作用力可分为： 离子键 、 共价键 、 金属键 、 分子键 、 氢键 。（ 1）离子键与离子晶体原子结合： 电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体： 硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如 氧化物陶瓷 。（ 2）共价键与原子晶体原子结合： 电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶
2、体： 强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如 金刚石、单质硅、 SiC、 H2、 O2、碳 -氢化合物 。图 硅原子四个价键 和 硅的键角（ 3）金属键与金属晶体金属原子的结构特点是，其最 外层的电子数很少，一般为 1 2个，最多不超过 3个。由于这些外层电子与原子核的结合力弱，所以很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子即变为正离子。金属原子的结构特点金属键 : 金属晶体依靠正离子与自由电子云之间的相互作用而结合起来的，这种 自由电子云和正离子之间以静电引力结合起来的方式称为金属键 。 （ 3）金属键与金属晶体原子结合 ：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金
3、属晶体： 导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如 金属 。金属键： 依靠正离子与构成电子云的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。（ 4）分子键与分子晶体原子结合 ：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间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为 分子键 （也叫范德瓦尔斯键）。图 分子键分子键没有方向性和饱和性。 比化学键的键能少 1-2个数量级。分子晶体 ：熔点低，硬度低。如高分子材料。（ 5） 氢键 ：（离子键、共价键结合） X-H-Y（氢键结合），有方向性，如 O-HO含氢物质中，分子是通过极性共价键结合，原子间通过氢键
4、结合。氢键是较强的有方向性的范德瓦尔斯键，结合力比离子键、共价键小的多。类 型 作用力来源 键 合 强 弱 形成晶体的特点离子键 原子得、失 电 子后形成负 、正离子，正 负 离子间 的 库仑 引力 强 无方向性 键 、高配位数、高熔点、高 强 度、高硬度、固 态 不 导电 、熔态 离子 导电 共价键 相 邻 原子价 电 子各 处 于相反的自旋状 态 ，原子核 间 的 库仑 引力 最 强 有方向性 键 、低配位数、高熔点、高 强 度、高硬度、即使在熔 态 也不导电 金属键 自由 电 子气与正离子 实之 间 的 库仑 引力 较 强 无方向性 键 、配位数高、塑性 较 好、有光 泽 、好的 导热
5、、 导电 性 分子键 原子 间 瞬 时电 偶极矩的感 应 作用 最弱 无方向性 键 、 结 构密堆、高熔点、 绝缘 金属 具有良好的 导电性 、 导热性 、 延展性 （塑性）、 金属光泽 和 正的电阻温度系数 。二、金属的特性导电性： 自由电子在外电场作用下，沿着电场方向作定向运动，形成电流。导热性： 自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。塑性： 金属发生塑性变形后，正离子与自由电子间仍能保持金属键的结合。金属光泽： 自由电子吸收可见光的能量并跳到较高能级，当它重新跳回原来低能级时，把吸收的能量，以电磁波形式辐射出来，宏观上表现为金属光泽。 如何用金属键来解释金属所具有特性呢？一、 晶体学
6、基础根据原子的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。 晶体 : 是指原子呈规则排列的固体。 天然金刚石、结晶盐、水晶、常态下的金属。晶体的特征： 微观上原子呈规则排列，宏观上有固定的熔点、规则的外形和各向异性。 1.晶体与非晶体第二节 晶体结构非晶体： 是指原子呈无序排列的固体。 松香、玻璃、沥青 非晶体的特征： 微观上原子呈无规则排列，宏观上没有固定的熔点、无规则的外形和各向同性。 注意，晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化。例如玻璃经高温长时间加热能变为晶态玻璃。 金属的结构晶态 非晶态Si2O的结构2. 空间点阵与晶体结构（ 1）空间点阵 空间点阵： 若将其中每个原子或原子团抽象
7、为纯几何点，则可得到一个由无数几何点在三维空间规则排列的阵列，这种阵列称为空间点阵。特征： a 原子的理想排列； b 有 14种。 阵点： 将构成晶体的实际质点（原子、离子、分子）抽象成纯粹的几何点称为阵点。 空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 晶格（空间格子）用假想的的直线把阵点连接起来，构成一个三维的几何格架称为晶格。 描述晶体中原子排列规律的空间格架。 晶胞a.晶胞定义 ： 在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体， 反映晶格特征的最小几何单元。b.与晶格的关系： 整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成c.晶胞选取原则： 能够充分反映空间点阵的对称性； 相
8、等的棱和角的数目最多； 具有尽可能多的直角； 体积最小。 晶胞参数： 表示晶胞的 形状和大小有三个棱边的长度 a,b,c及其夹角 , 表示。（ 2）晶体结构： 原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列 方式 。特征： a 可能存在局部缺陷； b 可有无限多种。 晶胞中点的位置表示（坐标法）任一阵点的位置， ruvw=Ua+Vb+Wc U、 V、 W：阵点坐标晶体结构与空间点阵图 1-3 晶体中原子排列示意图a）原子堆垛模型 b）晶格 c）晶胞3 布拉菲点阵 根据晶胞参数不同，将晶体分为 七种晶系 ， 有 14种点阵 。4 晶向指数与晶面指数（ 1） 晶面 ：晶体中由一系列原子所构成的平面 （
9、2） 晶向 ：晶体中任意两个原子之间连线所指的方向 （ 3） 晶面指数 ： 表示晶面的符号（ 4） 晶向指数 ：表示晶向的符号国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。（ 1） 定原点，列坐标。 以晶胞的某一结点为原点，过原点的棱边为坐标轴，边长为坐标单位。应选在坐标原点待定晶向上（ 2） 求坐标。 在待定晶向上选取任意一点，确定该点的三个坐标值；（ 3） 化整数。 将这三个坐标值化为最小整数 u， v， w，（ 4） 加括号。 加上方括号， uvw即为待定晶向的晶向指数。（ 1）晶向指数的标定说明：a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c 晶
10、向族： 晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用 表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。立方晶系常见 的晶向为：（ 2）晶面指数的标定（ 1） 定原点，列坐标。 以晶胞上某一结点为原点，以过原点的棱边为坐标轴，边长为坐标单位。注意不能将坐标原点选在待定晶面上；（ 2） 求截距。 求出待定晶面在坐标轴上的截距，若晶面与坐标轴平行，则截距为 ；（ 3） 取倒数。 取三个截距的倒数；（ 4） 化整数。 将这三个倒数化为最小整数 h， k， l。（ 5） 加括号。 加上圆括号， (hkl)即为待定晶面的晶面指数。 XYZ说明：a 指数意义：代表一组平行的晶面；b 0
11、的意义：面与对应的轴平行；c 平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；d 晶面族 ：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。用hkl表示。e 若晶面与晶向同面，则 hu+kv+lw=0;f 若晶面与晶向垂直，则 u=h, k=v, w=l。平移坐标原点 ：为了标定方便。立方晶系常见的晶 面为：（ 3）六方系晶向指数和晶面指数a 六方系指数标定的特殊性： 四轴坐标系 。采用 a1、 a2、 a3及 C四个晶轴， a1、 a2、 a3之间的夹角均为 120。b 晶面指数的标定标法与立方系相同 (四个截距 )；用四个数字 (hkil)表示； i=-(h+k)。晶面指数确定方法与三 轴系一致六个柱面的指数可确定为：截距 指数1， -1， （ ） ， 1， -1 ， （ ）-1 ， 1 ， （ ）-1 ， 1， （ ） -1 1 （ ）1 -1 ( )这六个晶面可归并为 晶面族。c 晶向指数的标定标法与立方系相同 (四个坐标 )；用四个数字 (uvtw)表示； t=-(u+w)。依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。坐标换算法： UVWuvtwu=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。
