第一章原子结构和键合Atomic Structure and Interatomic Bonding 二、原子的结构 1879年    J.J Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年    E.Rutherford提出原子结构有核模型 1913年    N.Bohr将   Bohr atomic model                                          核外电子的排布（electron configuration)规律  三、元素周期表（periodic Table of the Elements) 元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据 同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子                         元素有两种存在状态：游离态和化合态（Free State& Combined Form)  7个横行（Horizontal rows)周期（period）按原子序数（Atomic Number)递增的顺序从左至右排列 18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族（Inert Gases）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。  ※2原子间的键合 ( Bonding type with other atom) 二、离子键（Ionic bonding)              多数盐类、碱类和金属氧化物 四、范德华力（Van der waals bonding)  ※3高分子链（High polymer Chain)  近程结构（short-range Structure) 一、结构单元的化学组成（the Chemistry  of mer unito)  1.碳链高分子                聚乙烯 3.元素有机高分子                硅橡胶       主链中不含C原子，而由Si、 B 、P 、Al、 Ti 、As等元素与O组成，其侧链则有机基团，故兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶  二、高分子链结构单元的键合方式（bonding tape） 1.均聚物结构单元键接顺序       单烯类单体中   除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称取代，故有三种不同的键接方式（以氯乙烯为例）： 2.共聚物的序列结构（Copolymers）  按结构单元在分子链内排列方式的不同分为 四、高分子链的构型（Molecular configurations） 链的构型系指分子中原子在空间的几何排列，稳定的，欲改变之须通过化学键断裂才行     远程结构（Long-range Structure) 一、高分子的大小（Molecular Size） 高分子的相对分子质量M不是均一的，具有多分散性 平均相对分子质量 二、高分子的形状（Molecular shape）  主链以共价键联结，有一定键长 d和键角θ，每个单键都能内旋转（Chain twisting）故高分子在空间形态有mn-1( m为每个单键内旋转可取的位置数，n为单键数目) 统计学角度高分子链取 伸直（straight）构象几率极小，呈卷曲（zigzag）构象几率极大 高分子链的总链长  均方根  * * 物质(Substance)是由原子（atom）组成 在材料科学中，最为关心原子的电子结构 原子的电子结构—原子间键合本质 决定材料分类：金属  陶瓷   高分子     材料性能：物  化   力学  材料的微观结构（Microstructure of Materials） 决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构， 原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列，运动规 律，以及原子集合体的形貌特征  ※1原子结构 （Atomic Structure ） 一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在  保存物质化学特性                 dH2O=0.2nm   M(H2)为2   M（protein）为百万 原子（Atom）：  化学变化中最小微粒  描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（quantum numbers）表示  原子序数＝核电荷数                         周期序数＝电子壳层数 主族序数＝最 外 层 电 子   数           零族元素最外层电子数为8（氦为2）                     价电子数（Valence electron）  一、金属键（Metallic bonding） 典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易            挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），形成电子云（electron cloud）金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键 特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能，延展性好  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  性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体 三、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的原子间通过共用电子对而成                              特点：饱和性    配位数较小 ，方向性（s电子除外） 性质：熔点高、质硬脆、导电能力差     实质：    金属原子         带正电的正离子（Cation）                 非金属原子       带负电的负离子（anion）                e  包括：静电力(electrostatic)、诱导力(induction)和色散力(dispersive force) 属物理键 ，系次价键，不如化学键强大，但能很大程度改变材料性质             五、氢键（Hydrogen bonding）       极性分子键    存在于HF、H2O、NH3中 ，在高分子中占重要地位，    氢 原子中唯一的电子被其它原子所共有（共价键结合），裸露原子核    将与近邻分子的负端相互吸引——氢桥       介于化学键与物理键之间，具有饱和性 主链以C原子间共价键相联结    加聚反应制得 如  聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯 杂链高分子                                                                             涤纶 主链除C原子外还有其它原子如O、N 、S等，并以共价键联接，缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等  4.无机高分子          
材料的微观结构t.ppt