第一章工程材料中原子排列-11原子键合

1.1.1.4 分子键(范德瓦尔斯力)
原子状态形成稳定电子壳层的惰性气体元素Ne、Ar、 Kr、Xe，在低温下可结合为固体。原子间即以分子键结合。
许多物质其分子具有极性。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．称为范德瓦尔键也叫分子键。聚合物中最常见。
1.2.5 氢键
1.2.5 氢键
是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子同时与两 个电负性很大而原子半径较小的原子（Ｏ，Ｆ，Ｎ等）相 结合而产生的，具有饱和性和方向性。
（1）共价键的结合力很大，所以共价键材料具有强度高、 硬度大、熔点高、脆性大、结构稳定等特点。
（2）导电性差：为使电子运动产生电流，必须破坏共价 键，需加高温、高压，因此共价键材料具有很好的绝缘性。
金刚石中碳原子间的共价键非常牢固，金刚石是世界 上最坚硬的固体。
1.1.1.3 离子键 在元素周期表中，当相隔较远的一正电性元素原子
以硅为例：一个硅原子有 4个价电子数，即有四个 未成对电子，与其周围4 个硅原子结合并共享最外 层电子，从而使每个硅原 子最外层获得8个电子。 一个硅原子通过4个共价 键与4个临近原子结合。
1.1பைடு நூலகம்1.2 共价键
共价键的形成要点： 原子在结合前，必须 含有未成对的价电子， 且得失电子的能力相 近（SiO2)。
第一章 工程材料中的原子排列
工程材料
金属材料：黑色金属：钢、铸铁。 有色金属：铜、铝、镁、钛。
陶瓷材料：普通陶瓷、 特种陶瓷、金属陶瓷。 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维。 复合材料：金属 - 陶瓷 - 高分子复合而成。
工程材料性能各不相同，原因？ 1）原子间的结合方式不同（结合键）； 2）原子排列规律不同（晶体结构）； 3）晶体中的缺陷。
1.1.1.2 共价键
共价键的特性： 2）方向性：在共价晶体中， 原子以一定的角度相邻接， 各键之间有确定的方位。
硅晶体
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常见的共价键材料有：金刚石、单质硅以及SiC、SiO2 等陶瓷材料。
该类材料的特性：
1.1.1.4 分子键(范德瓦尔斯力) 例如：
聚氯乙烯（加成聚合反应）
氯乙烯（C2H3Cl）
分子链见书上图1-4
聚合物（塑料、橡胶）通常链内是共价健，而链 与链之间是范德瓦尔键。由于范德瓦尔键很弱，所以 在外力作用下易滑动变形，其熔点、硬度也很低。
1.2.5 氢键
HF
H2O
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第一章 工程材料中的原子排列
内容： 1 结合键 2 晶体结构 3 晶体缺陷
1.1 原子键合
结合键（结合力）：原子（离子或分子）之间的相 互作用力。
化学键：金属键、 共价键、 离子键 物理键：分子键、 氢键
1 原子结构
1.1 原子键合
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一个氧原子和两个硅 原子结合。
1.1.1.2 共价键
共价键的特性：
1）饱和性：两个相邻原子间只 能共用一对电子（一个原子的 共价键数，一般为其未成对的 价电子数，最多不超过8－N( N 为未成对电子数））。
2）方向性：在共价晶体中，原 子以一定的角度相邻接，各键 之间有确定的方位。
硅晶体
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电负性：原子得失电子的 能力。原子得到电子的能 力越大，电负性越大；原 子失去电子的能力越大， 电负性越小。金属易失去 电子，电负性小；非金属 性易得到电子，电负性大。
原子电负性的大小决定了 不同原子之间所形成的化 学键。
1.1 原子键合
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大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方 式结合。如食盐NaCl、KCl，陶瓷材料 MgO、Al2O3、 ZrO2 。
该类材料的特性：
1）一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合力很大。 因此离子晶体的强度高、硬度大、熔点高、热膨胀系数 小、脆性大 。
2）在离子晶体中很难产生可以自由运动的电子，因此， 离子晶体都是良好的绝缘体。
和一负电性元素原子接触时，前者将失去最外层电子变 成正离子，后者获得电子变成负离子。正离子和负离子 由于静电引力结合在一起形成稳定的离子键。
NaCl晶体是典型的离子晶体，如图。
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1.1.1.3 离子键
1.1.1.3 离子键
通过金属键结合的材料：金、银、铜、铁、铝、镁、钛等 所有金属（除灰锡外）。
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1.1.1.2 共价键
两个同类原子(C、Si）或电负性相差不大（Si、O) 的原子相互接近时，原子之间不会产生电子的转移，此 时原子间通过共用电子对产生的力结合，形成共价键。
1.1.1.1 金属键 金属原子的结构特点：
最外层电子少，一般为1～2 个，最多不超过四个，容易 失去。
金属键：自由电子和金属正 离子之间相互吸引所构成键。
金属键的基本特点：电子的 共有化。无饱和性和方向性。
电子云
利用金属键可以解释金属材料的各种特征： （1）良好延展性：当金属受力变形，原子之间的相互位 置发生改变时，金属正离子始终被包围在电子云中，金属 键不被破坏。 （2）良好的导电性：在电场作用下，自由电子沿电场方 向作定向运动，形成电流。 （3）良好的导热性：在热的作用下，正离子震荡加剧并 传递热量。 （4）金属不透明：金属中的自由电子可以吸收可见光的 能量，被激发、跃迁到较高能级。 （5）金属光泽：当电子跳回到原来能级时，将所吸收的 能量重新辐射出来。