《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第1章工程材料中的原子排列

第一章工程材料中的原子排列 11原子键合 12原子的规则排列

第一章 工程材料中的原子排列 1.1 原子键合 1.2 原子的规则排列

实践和研究表明: 决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, 原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子 集合体的形貌特征等。为此我们需要了解材料的微 观构造,即其内部结构和组织状态,以便从其内部 的矛盾性找出改善和发展材料的途径

实践和研究表明： 决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， 原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子 集合体的形貌特征等。为此我们需要了解材料的微 观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部 的矛盾性找出改善和发展材料的途径

11原子键合 11.固体中原子的结合键 在固态下,当原子(离子或分子)聚集为晶体时,原

1.1 原子键合 1.1.1固体中原子的结合键 在固态下，当原子（离子或分子）聚集为晶体时，原子（离子或分子）之间产生较强的相互作用，这种相互作用力称为结合力，也称为结合键。由于电子运动使原子产生聚集的结合力称为化学键。固态中的结合键可分为离子键、共价键、金属键

1.11金属键(电子的公有) 典型金属原子结构:最外层电子数很少,即价电子极易挣 脱原子核之束缚而成为自由电子,形成电子云,金属中的自 由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。金属 键的基本特点:电子的公有化,既无饱和性又无方向性,因而 每个原子有可能同更多的原子相结合,并趋于形成低能量的 密堆结构。 金属键的特点决定了金属材料的特性。当金属受力变形而 改变原子之间的相互位置时,不至于使金属键破坏,这就使 金属具有良好延展性;并且,由于自由电子的存在,金属 般都具有良好的导电和导热性能;另外金属具有正的电阻温 度系数;自由电子可吸收可见光的能量,故具有良好的反射 能力,不透明,有金属光泽

1.1.1.1 金属键 （电子的公有） 典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子极易挣 脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子云，金属中的自 由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。金属 键的基本特点:电子的公有化，既无饱和性又无方向性，因而 每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的 密堆结构。 金属键的特点决定了金属材料的特性。当金属受力变形而 改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使 金属具有良好延展性；并且，由于自由电子的存在，金属一 般都具有良好的导电和导热性能；另外金属具有正的电阻温 度系数；自由电子可吸收可见光的能量，故具有良好的反射 能力，不透明，有金属光泽

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金属键、金属的导电性和金属的变形

1.1.12离子键(电子的得失) 大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方

1.1.1.2 离子键 （电子的得失） 大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。在周期表中当相隔较远的一正电性元素原子（金属原子）和一负电性元素原子（非金属原子）接触时，前者失去最外层价电子变成带正电的正离子，后者获得电子变成带负电的满壳层负离子，正、负离子由于静电引力相互吸引

般离子晶体中正负离子静电引力较强,结合牢 固。因此,离子晶体熔点高、硬度高、强度大、热膨 胀系数小,但脆性大。另外,在离子晶体中很难产生 自由运动的电子,故都是良好的电绝缘体。但当处在 高温熔融状态时,正负离子在外电场作用下可以自由 运动,即呈现离子导电性 Valence electron 09)0 =+ 。@o Na atom Cl atom Nat ion Cl- ion o 2003 Brooks/Cole Publishing/Thomson LearningTM 离子键与离子晶体

© 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™ 离子键与离子晶体 一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢 固。因此，离子晶体熔点高、硬度高、强度大、热膨 胀系数小，但脆性大。另外，在离子晶体中很难产生 自由运动的电子，故都是良好的电绝缘体。但当处在 高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由 运动，即呈现离子导电性

11.1.3共价键(电子的共有) 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对 通常两个相邻原子只能共用一对电子。一个原子的

1.1.1.3 共价键 （电子的共有） 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键就是共价键。共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成 通常两个相邻原子只能共用一对电子。一个原子的共价键数，即与它共价结合的原子数，最多只能等于

共价键在亚金属(碳、硅、锡、锗等)、聚合物和无机非 金属材料中均占有重要地位。共价键的结合极为牢固,故共价 晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料 一般是绝缘体,其导电性能差。 Covalent bonds e 8⊙8⊙ Icon atom e⊙ 109.5° Si原子4个共价键与S的键角

© 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™ © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™ Si原子4个共价键与Si的键角 共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非 金属材料中均占有重要地位。共价键的结合极为牢固，故共价 晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料 一般是绝缘体，其导电性能差

1114分子键(范德华力) 它是属物理键,系一种次价键,没有方向性和饱和性 )○=( 原子或分子偶极 图1.7极性分子间的范德华力示意图

1.1.1.4 分子键（范德华力） 它是属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。比化学键的键能少