上海交通大学材料科学基础ch市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第第 1 1 章章 原子结构和键合原子结构和键合第1页本章主要内容本章主要内容l1.1原子结构l1.2原子间键合l1.3高分子链第2页重点与难点重点与难点(1)描述原子中电子空间位置和能量4个量子数。(2)核外电子排布遵照规则。(3)元素性质、原子结构和该元素在元素周期表中位置三者之间关系。第3页1.1 1.1 原子结构原子结构1.1.1 1.1.1 物质组成物质组成 物质是由无数微粒(分子、原子、离子)物质是由无数微粒(分子、原子、离子)按一定方式聚集而成集合体;按一定方式聚集而成集合体;分子是能单独存在、且保持物质化学特分子是能单独存在、且保持物质化学特征一个微粒;征一个微粒;分子又由一些
2、更小微粒即原子组成,原分子又由一些更小微粒即原子组成,原子是化学改变中最小微粒;子是化学改变中最小微粒;第4页1.1.2 1.1.2 原子结构原子结构(atomic structure)(atomic structure)近代科学试验表明:原子是由原子核近代科学试验表明:原子是由原子核(由带由带正电荷质子和呈电中性中子组成正电荷质子和呈电中性中子组成)和核外电子和核外电子(带负电荷带负电荷)组成组成 原子结构特点:体积很小,质量大部分集原子结构特点:体积很小,质量大部分集中于原子核内。中于原子核内。第5页1.1.3 1.1.3 原子电子结构原子电子结构 电子云电子云(election atmo
3、sphere)(election atmosphere)形成:形成:电子含有波粒二象性,描述原子中一个电电子含有波粒二象性,描述原子中一个电子位置和能量用四个量子数子位置和能量用四个量子数(quantum number)(quantum number):主量子数(电子层)主量子数(电子层)轨道量子数(电子亚层)轨道量子数(电子亚层)磁量子数(轨道数)磁量子数(轨道数)自旋角动量子数(自旋方向)自旋角动量子数(自旋方向)第6页 l主量子数主量子数nn 决定原子中电子能级,以及与核平均距离,决定原子中电子能级,以及与核平均距离,即表示电子所处量子壳层;即表示电子所处量子壳层;l轨道角动量量子数轨道
4、角动量量子数l li i 给出电子在同一量子壳层内所处能级(电子给出电子在同一量子壳层内所处能级(电子亚层),与电子运动角动量相关;亚层),与电子运动角动量相关;l磁量子数磁量子数m mi i 给出每个轨道角动量量子数数能级数或轨道给出每个轨道角动量量子数数能级数或轨道数,决定电子云空间取向;数,决定电子云空间取向;l自旋角动量量子数自旋角动量量子数s si i 反应电子不一样自旋方向。反应电子不一样自旋方向。第7页 核外电子排布遵照规律:能量最低原理、核外电子排布遵照规律:能量最低原理、PauliPauli不不相容原理相容原理(Pauli principle)(Pauli principle
5、)、HundHund规则规则(Hund s(Hund s rule)rule)。l能量最低原理能量最低原理电子排布总是先占据能量最低电子排布总是先占据能量最低内层,再由内向外进入能量较高壳层,尽可能使内层,再由内向外进入能量较高壳层,尽可能使体系能量最低。体系能量最低。lPauliPauli不相容原理不相容原理在一个原子中在一个原子中在一个原子中在一个原子中不可能有运动状态完全相同两个电子,主量子数不可能有运动状态完全相同两个电子,主量子数为为n n壳层,最多容纳电子壳层,最多容纳电子2n2n2 2。lHundHund规则规则在同一亚层中各个能级中,电子排在同一亚层中各个能级中,电子排布尽可能
6、分占不一样能级,而且自旋方向相同。布尽可能分占不一样能级,而且自旋方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时,此时当电子排布为全充满、半充满或全空时,此时是比较稳定,而且整个原子能量最低。是比较稳定,而且整个原子能量最低。第8页1.1.4 1.1.4 元素周期表元素周期表 元素是含有相同核电荷数同一类原子总元素是含有相同核电荷数同一类原子总称。称。元素周期表是元素周期规律详细表现形元素周期表是元素周期规律详细表现形式式,它反应了元素之间相互联络规律它反应了元素之间相互联络规律,元素在元素在周期表中位置反应了那个元素原子结构和一周期表中位置反应了那个元素原子结构和一定性质定性质.第9页第10页
7、1.2 1.2 原子原子间键合间键合结合键结合键(binding bond)(binding bond):结合键分为:化学键金属键、离子键、共价键结合键分为:化学键金属键、离子键、共价键 物理键范德华力、氢键物理键范德华力、氢键1.2.1 1.2.1 化学键(主价键、一次键)化学键(主价键、一次键)1.1.金属键金属键(metallic bond)(metallic bond)自由电子自由电子金属正离子间金属正离子间 特点:电子共有化,无饱和性,无方向性。特点:电子共有化,无饱和性,无方向性。能够解释金属一些特征,如良好导电、导热能够解释金属一些特征,如良好导电、导热性,含有较高强度和良好延展
8、性,含有金属光性,含有较高强度和良好延展性,含有金属光泽,正电阻温度系数泽,正电阻温度系数 。第11页金属键金属键特点:特点:特点:特点:电子共有化电子共有化电子共有化电子共有化,没有方向性。没有方向性。没有方向性。没有方向性。特征:特征:特征:特征:(1)(1)(1)(1)良好导电、导热性;良好导电、导热性;良好导电、导热性;良好导电、导热性;(2)(2)(2)(2)不透明,含有金属光泽;不透明,含有金属光泽;不透明,含有金属光泽;不透明,含有金属光泽;(3)(3)(3)(3)含有较高强度和良好塑含有较高强度和良好塑含有较高强度和良好塑含有较高强度和良好塑性;性;性;性;(4)(4)(4)(
9、4)正电阻温度系数。正电阻温度系数。正电阻温度系数。正电阻温度系数。第12页2.2.离子键离子键(ionic bond)(ionic bond)金属正离子金属正离子非非金属负离子之间金属负离子之间 特点:以离子为结合单位,结协力较强,特点:以离子为结合单位,结协力较强,决定离子晶体结构是正负离子电荷及几何原因,决定离子晶体结构是正负离子电荷及几何原因,有较高配位数,无方向性。有较高配位数,无方向性。能够解释离子晶体一些特征,如较高熔点能够解释离子晶体一些特征,如较高熔点和硬度,固态时为良好绝缘体而熔融态时含有和硬度,固态时为良好绝缘体而熔融态时含有良好导电性。良好导电性。第13页 一个材料由两
10、种原子组成,且一个一个材料由两种原子组成,且一个是金属,另一个是非金属时轻易形是金属,另一个是非金属时轻易形成成离子键离子键 (Ion bond)(Ion bond)结合结合(如图如图1.4-1)1.4-1)。由。由NaClNaCl离子键形成能够归离子键形成能够归纳出离子键纳出离子键特点特点以下:以下:1.1.金属原子放弃一个外层金属原子放弃一个外层电子,非金属原子得到此电子使外电子,非金属原子得到此电子使外层填满,结果双双变得层填满,结果双双变得稳定稳定。2.2.金属原子失去电子带正金属原子失去电子带正电荷,非金属原子得到电子带负电电荷,非金属原子得到电子带负电荷,双双均成为荷,双双均成为离
11、子离子 3.3.离子键键大小在离子周离子键键大小在离子周围各个方向上都是相同,所以,它围各个方向上都是相同,所以,它没有方向性。没有方向性。图图1.4-1 Cl1.4-1 Cl与与NaNa形成形成离子键离子键第14页 ClCl和和NaNa离子在引力和斥力作用下,相互保持离子在引力和斥力作用下,相互保持r r0 0距离,距离,即即F F0 0,能量,能量E E为最小(如图为最小(如图1.4-21.4-2)位置。每一个)位置。每一个ClCl(或(或NaNa)离子与其近邻)离子与其近邻NaNa(或(或ClCl)离子均保持这种最低)离子均保持这种最低能量关系,从而,形成能量关系,从而,形成NaClNa
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