材料科学与工程基础期末复习知识点总结

《材料科学与工程基础》

期末复习知识点

第二章物质结构基础

名词解释：取向力、诱导力、色散力、费米能级、置换固溶体、间隙固溶体、肖脱基缺陷、弗仑克尔缺陷、稳态扩散、扩散通量、同素异构转变、结构弛豫、自由度、泡利不相容原理、洪特规则

原子中电子的空间位置和能量

1、电子的统计形态法描述四个量子数

n, 第一量子数n:决定体系的能量

l, 第二量子数l:决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性

m l, 第三量子数m l:决定体系角动量在磁场方向的分量

m s, 第四量子数m s：决定电子自旋的方向+l/2，-l/2

2、电子分布遵从的基本原理：

（1）泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即同一原子中，最多只能有两个电子处于同样能量状态的轨道上，且自旋方向必定相反。

n=1时最多容纳2个电子

n=2时最多容纳8个电子

主量子数为n的壳层中最多容纳2n2个电子。

（2）能量最低原理：原子核外的电子是按能级高低而分层分布，在同一电子层中电子的能级依s、p、d、f的次序增大。

（3）洪特规则：简并轨道（相同能量的轨道）上分布的电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。

结合方式

基本结合：离子键、金属键、共价键------化学键合

派生结合：分子间作用力、氢键-------物理键合

基本结合：

1. 离子键合

离子键：原子核释放最外层电子变成的正离子与接收其放出电子而变成的负离子相互之间的吸引作用（库仑引力）所形成的一种结合。典型的离子化合物有NaCl、MgCl2等。

特点：

①电子束缚在离子中；

②正负离子吸引，达到静电平衡，电场引力无方向性和饱和性----产生密堆积，取决于

正负离子的电荷数和正负离子的相对大小。

③构成三维整体-晶体结构；

④在溶液中离解成离子。

2. 共价键合

共价键：两个原子共享最外层电子的键合。典型的例子有H2、O2、F2、SiC等。

特点：

①两个原子共享最外层电子对；

②两原子相应轨道上的电子各有一个，自旋方向必须相反；

③有饱和性和方向性，电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。

3. 金属键合

金属键：金属原子通过游离电子用库仑引力将原子结合到一起的键合。即各原子都贡献出其价电子而变成外层为八电子的金属正离子，所贡献出来的价电子为所有金属原子（正离子）所共用，金属晶体的结合力就是价电子集体（自由电子气）与金属正离子间的静电引力。特点：

①由正离子排列成有序晶格；

②各原子最外层电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性；

③原子最外层有空轨道或未配对电子，既容易得到电子，又容易失去电子；

价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低，具有范性形变

4. 混合键合

在某些化合物中，存在着既有离子键合又有共价键合，即介于离子键和共价键之间的混合键。如氯化氢。

电负性：元素的原子在化合物中把电子引向自己的能力，（表示吸引电子的能力）同一周期左——右电负性增高

同一族上——下电负性降低

电负性对化学键的影响:

同种原子间无影响

异种原子相互作用时:

两元素电负性相差较大: 非金属—非金属成极性共价键

电负性相差很大: 金属—非金属成离子键

派生结合

物理键合的作用力也是库仑引力，但在键合过程中不存在电子的交换，是电子在其原子或分子中的分布受到外界条件的影响产生分布不均匀而引起原子或分子的极性结合。

物理键合的大小直接影响物质的许多物理性质，如熔点、沸点、溶解度、表面吸附等。

包括分子间作用力、氢键等。

1、分子间作用力

分子（或电中性原子）间的结合力，又称范氏力。

特点：无方向性和饱和性；键能最小。

按原因和特性可分为：取向力；诱导力；色散力

分子间作用力

A. 取向力：极性分子永久偶极间静电相互作用

B. 诱导力：被诱导的偶极与永久偶极间作用

C. 色散力：电中性原子与非极性分子的瞬时偶极间的作用

2、氢键

质子给予体（如H）与强电负性原子X（如O、N、F、Cl）结合再与另一强电负性原子Y（质

子接受体）形成键的键合方式。

特点

a.有方向性，饱和性。

b.分为分子内氢键和分子间氢键两种。

c.键能一般为几到十几千卡/摩。

形成氢键必须满足的条件

(1)分子中必须含氢

(2)另一个元素必须是电负性很强的非金属元素(F、O、N)。

各种键型的比较

一般说来，化学键（离子，共价，金属）最强，氢键次之，分子键最弱。（后两者属于物理键）

2-4 多原子体系电子的相互作用和稳定性

杂化轨道和分子轨道理论

A、杂化轨道理论

杂化：在一个原子中不同原子轨道的线性组合称为原子轨道的杂化。

杂化轨道：杂化后的原子轨道。

杂化轨道理论：原子在化合中，受其他原子的作用，原来的状态发生改变，从而使能量相似、轨道类型不同的原子轨道重新组合成新的杂化轨道，在组合过程中，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变，轨道的能量状态也改变。

杂化的本质：量子力学态叠加原理，一种数学方法，而不是物理过程。

杂化：能级相近的单中心原子轨道的线形组合。

杂化的目的：更有利于成键。

杂化的动力：受周围原子的影响。

杂化的规律：轨道数目守恒，空间取向改变；杂化轨道能与周围原子形成更强的σ键，或安排孤对电子，而不会以空的杂化轨道存在。

等性杂化轨道和不等性杂化轨道：杂化轨道中，参与杂化的s、p、d等成分相等，称为等性