第三章材料的原子结构和原子

原子的聚集态
★ 在以上各类聚集态物质的性质中，除了弹性模量以 外，材料的许多性质与行为均直接或间接地与材料内 部的结合建的性质密切相关。
聚集态原子间的作用力和结合能
作用力与原子间距间的关系： ★当原子间距r趋于无穷远 时，原子间的作用力几乎趋近 于0。 ★随着原子间距r的逐渐减小， 原子间的相互吸引力逐渐增大， 当r=r0时,达到原子间吸引力与 排斥力的相互平衡,即力的和 等于零,此时原子处于最稳定 的状态。 ★由于原子间距进一步减小, 排斥力急剧增大。
原子的聚集态
★自然界中，元素难得以原子态存在，基本上均以分子 或液态及固态存在。液态及固态统称为凝聚态。 ★根据结合键的不同状态，可把凝聚态分成五大类：液 体、液晶、橡胶态、玻璃态、晶态。
原子的பைடு நூலகம்集态
★液态：内部结合键已经融化；体积模量很大，切变模量为零。 ★液晶：其结合键基本融化；切变模量和弹性模量均趋于零。 ★橡胶态：材料内的二次键已经融化；体积模量很大,弹性模量很 小。 ★玻璃态：结合键处于固化状态；体积模量和弹性模量很大。 ★晶态：结合键处于固化状态；体积模量和弹性模量很大。
聚集态原子间的作用力和结合能
势能与原子间距的关系： ★当原子间距趋于无穷远时,原 子的势能趋于零。 ★当原子间距逐渐拉近时，原子 势能逐渐降低；当原子间距 r=r0时，原子间势能最低，此 时，原子处于最稳定状态。 ★当原子间距进一步减小时，由 于排斥力急剧增大，原子间 势能急剧增大。
聚集态原子间的作用力和结合能
★ 在以上分析中，可知：当r=r0时，达到原
子间吸引力与排斥力的平衡，力的和等于零， 此时原子对的位能为最小值，该位置时的能量 代表原子间的键能，该位置是原子的最稳定构 型，该间距称为平衡间距。
聚集态原子间的作用力和结合能
相邻原子间相互总作用势能的数学表示式：
r r
VN=∫∞FA dr +∫∞ FR dr=VA+VR 其中，FA、FR为吸引力和排斥力，VN、VA、VR分别为 总作用势能，吸引能和排斥能。 当r=r0时，有FA+FB=0，此时对应着势能最小值，即势 能谷。势能曲线最低点的能量数值就是这两个原子间 的结合能E0，它表示把这两个原子分开到无穷远处所 需的能量，或要做的功。
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聚集态原子间的作用力和结合能
★ 晶体的结合能定义式： EB=EN-E0 式中, EB为晶体的结合能；E0为晶体的总能量；EN为组成该 晶体的N个原子在自由状态时的总能量。 ★晶体的结合能一般粗略地表示为： E(r)=-A/(r^m)+B/(r^n) 式中，A、B、m、n 为常数。 -A/(r^m)为吸引能, B/(r^n) 为排斥能；不同类型的材料有不同的m、n这说明不同晶 体的结合性质（结合键）在定性上具有共同的性质，而 在定量上却是不同的。