文档介绍：1第1章原子结构与键合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,原子集合体的形貌特征等。物质是由原子组成的,而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。。这些微粒可能是分子、原子或离子。分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小,。而分子的质量则有大有小:H2分子是分子世界中最小的,它的相对分子质量只有2,而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中,分子可以再分成原子,而原子却不能再分,原子是化学变化中的最小微粒。量子力学中,原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。,以及核外的电子所构成。原子的体积很小,原子直径约为10–10m数量级,原子核直径为10–15m数量级。原子的质量主要在原子核内。×10–24g,×10–28g,为质子的1/1836。原子呈电中性。原子核带正电(质子带正电,中子不带电),电子带负电(×10–19C),电子和质子数目相等。原子核与电子的结合力为静电力。:电子在原子核外空间作高速旋转运动,就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围。电子既具有粒子性又具有波动性,即具有波粒二象性。电子运动没有固定的轨道,但可根据电子的能量高低,用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。能量低的,通常在离核近的区域(壳层)运动;能量高的,通常在离核远的区域运动。原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确定:(1)主量子数n决定原子中电子能量以及与核的平均距离,即表示电子所处的量子壳层,只限于正整数1,2,3,4,……量子壳层用一个大写英文字母表示。n=1为最低能级量子壳层,最靠近核的轨道,K壳层,n=2,3,4等依次为L,M,N壳层等。(2)轨道角动量量子数l给出电子在同一量子壳层内所处的能级(电子亚层),与电子运动的角动量有关,取值为0,1,2,……,n-1。钠原子结构中K、L和M量子壳层的电子分布n=2,有两个轨道角动量量子数l2=0和l2=1,即L壳层中,根据电子能量差别,还包含有两个电子亚层。常用小写的英文字母来标注对应于轨道角动量量子数li的电子能级(亚层):li:01234能级:spdfg在同一量子壳层里,亚层电子的能量是按s,p,d,f,g的次序递增的。不同电子亚层的电子云形状不同,如s亚层的电子云是以原子核为中心的球状,p亚层的电子云是纺锤形……(3)磁量子数mi给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个li下的磁量子数的总数为2li+1。对于li=2的2情况,磁量子数为2×2+1=5,其值为-2,-1,0,+1,+2。磁量子数决定了电子云的空间取向。如果把在一定的量子壳层上具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道,那么s,p,d,f四个亚层就分别有1,3,5,7个轨道。(4)自旋角动量量子数si反映电子不同的自旋方向。si规定为21?和21?,反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向,用“↑”和“↓”表示。在多电子的原子中,核外电子的排布规律遵循以下三个原则:①能量最低原理:电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。电子总是先占据能量最低的壳层,只有当这些壳层布满后,电子才依次进入能量较高的壳层,即核外电子由内往外依次按K、L、M层……排列;在同一电子层中,电子则依次按s,p,d,f的次序排列。②泡利(Pauli)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,即不能有上述四个量子数都相同的两个电子。主量子数为n的壳层,最多容纳2n2个电子。③洪德(Hund)定则:在同一亚层中的各个能级中,电子的排布尽可能分占不同的能级,而且自旋方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时,是比较稳定的,整个原子的能量最低。必须注意:电子排列并不总是按上述规则依次排列的,特别在原子序数比较大,d和f能级开始被填充的情况下,相邻壳层的能极有重叠现象。例如,4s的能量水平反而低于3d;5s的能量也低于4d,4f。原子序数为26的铁原子理论上其电子结构应为:实际上铁原子的电子结构却为:它偏离了理论电子结构,未填满的3d能级使铁产生磁性行为。需要强调的一点:对单个原子亦即孤立原子,其电子处在不同的分立能级上,可通过求解薛定谔方程,由4个量子数组(nlimisi)来描述其运动状态。但是,当大量的原子