材料科學(xué)基礎(chǔ) 固體材料的結(jié)構(gòu)

第二章固體材料的結(jié)構(gòu)固體材料的各種性質(zhì)主要取決于它的晶體結(jié)構(gòu)。原子之間的作用力——結(jié)合鍵與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過(guò)研究固體材料的結(jié)構(gòu)可以最直接、最有效地確定結(jié)合鍵的類型和特征。研究方法：X光、電子、中子衍射——最重要、應(yīng)用最多固體材料主要包括：金屬、合金、非金屬、離子晶體、陶瓷利用掃描隧道顯微鏡已可以直接觀察晶體表面的原子排列情況原子結(jié)構(gòu)量子力學(xué)對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述（一）薛定諤方程（Schr?dingerEquation）1926年奧地利物理學(xué)家E.Schr?dinger提出.用于描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是一個(gè)波動(dòng)方程，為近代量子力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述在量子力學(xué)處理氫原子核外電子的理論模型中，最基本的方程叫做薛定諤方程，是由奧地利科學(xué)家薛定諤（E.Schr?dinger1887-1961）在1926年提出來(lái)的。薛定諤方程是一個(gè)二階偏微分方程，它的自變量是核外電子的坐標(biāo)（直角坐標(biāo)x，y，z或者極坐標(biāo)r，q，f），它的因變量是電子波的振幅（Y）。給定電子在符合原子核外穩(wěn)定存在的必要、合理的條件時(shí)（如Y的取值必須是連續(xù)的、單值的，也就是坐標(biāo)一定時(shí)電子波的振幅是唯一的單值，是連續(xù)的函數(shù)，等等），薛定諤方程得到的每一個(gè)解就是核外電子的一個(gè)定態(tài)，它具有一定的能量（E），具有一個(gè)電子波的振幅隨坐標(biāo)改變的函數(shù)關(guān)系式[Y=f(x,y,z)或Y=f(r,q,f)]，稱為振幅方程或波動(dòng)方程。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述為了得到電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合理的解，必須引用只能取某些整數(shù)值的三個(gè)參數(shù)，稱它們?yōu)榱孔訑?shù)，這三個(gè)量子數(shù)可取的數(shù)值及它們的關(guān)系如下：

主量子數(shù)：n=1,2,3,4…角量子數(shù)：l=0,1,2…,(n-1)磁量子數(shù)：m=0,±1,±2,±3，…,±l

１、主量子數(shù)n主量子數(shù)確定電子運(yùn)動(dòng)的能量時(shí)起著頭等重要的作用。在氫原子中電子的能量則完全由n決定。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述常用符號(hào)K,L,M,N,O,P,Q代表n=1,2,3,4,5,6,7當(dāng)主量子數(shù)n增加時(shí)，電子的能量隨著增加，其電子出現(xiàn)離核的平均距離也相應(yīng)增大。在一個(gè)原子內(nèi)，具有相同主量子數(shù)的電子，幾乎在同樣的空間范圍運(yùn)動(dòng)，故稱為主量子數(shù)。n相同的電子為一個(gè)電子層。

2、角量子數(shù)l角量子數(shù)l確定原子軌道的形狀，并在多電子原子中和主量子數(shù)一樣決定電子的能級(jí)（后面介紹）。電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅具有一定的能量，而且具有一定的角動(dòng)量M，它的大小同原子軌道的形狀有密切關(guān)系。如：M=0時(shí)，即l=0，電子運(yùn)動(dòng)情況同角度無(wú)關(guān)，原子軌道呈球形對(duì)稱。l=1時(shí)呈啞鈴形。(2)電子云的形狀

s電子

p電子

d電子

球形雙紡錘形多紡錘形核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述對(duì)于給定的n值，量子力學(xué)證明l只能?。簂=0,1,2,3,4,5…(n-1)對(duì)應(yīng)的符號(hào)為：s,p,d,f,g,h…如：一個(gè)電子處在n=2,l=0的狀態(tài)就為2s電子；處在n=2,l=1的狀態(tài)為2p電子。

3、磁量子數(shù)m磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向。某種形狀的原子軌道，可以在空間取不同的伸展方向，而得到幾個(gè)空間取向不同的原子軌道。這是由線狀光譜在磁場(chǎng)中還能發(fā)生分裂，顯示出微小的能量差別的現(xiàn)象得出的結(jié)果。

m=0,±1,±2,±3…,…l。共有2l+1個(gè)值。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述當(dāng)l=0時(shí)，m可取0,即只有一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，s軌道，一種。當(dāng)l=1時(shí)，m可取-1,0,1即有三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，p軌道，三種。當(dāng)l=2時(shí)，m可取-2,-1,0,1,2即有五種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),d軌道，五種。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述自旋磁量子數(shù)ms經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，電子有自旋運(yùn)動(dòng)，自旋角動(dòng)量Ms由自旋量子數(shù)ms決定，ms只有兩個(gè)數(shù)值，+1/2、-1/2。綜上所述，有了四個(gè)量子數(shù)可以定出電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)四個(gè)量子數(shù)數(shù)值間的關(guān)系則可算出各電子層中可能有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)。一個(gè)電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要用四個(gè)量子數(shù)來(lái)確定。我們把具有一定“軌道”的電子稱為具有一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；把既具有一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又具有一定自旋狀態(tài)的電子稱為具有一定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。4個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)，符號(hào)n，與能層對(duì)應(yīng)。角量子數(shù)，符號(hào)l，與能級(jí)對(duì)應(yīng)。磁量子數(shù)，符號(hào)m，與軌道對(duì)應(yīng)。自旋量子數(shù)，符號(hào)ms，與自旋狀態(tài)對(duì)應(yīng)。ms只有+1/2和–1/2兩種取值，有時(shí)用↑和↓表示相反的自旋角量子數(shù)l的取值012345能級(jí)符號(hào)spdfgh四個(gè)量子數(shù)小結(jié)（1）主量子數(shù)n決定原子軌道的大?。措娮訉樱┖碗娮拥哪芰?。（2）角量子數(shù)l決定原子軌道或電子云形狀，同時(shí)也影響多電子體系中電子的能量。（3）磁量子數(shù)m決定原子軌道或電子云在空間的伸展方向。（4）自旋量子數(shù)ms決定電子的自旋狀態(tài)（或自旋方向）核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述能層 能級(jí) 軌道 可能空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)一(K) 1s 1s 1 2二(L)2s 2s 1 2 2p 2px,2py,2pz3 6三(M)3s 3s 1 2 3p3px,3py,3pz 3 6 3d 3dxy,3dyz,3dxz, 3dx2-y2,3dz2 510

四(N) 4s1個(gè)軌道 1 2 4p3個(gè)軌道 3 6 4d5個(gè)軌道 5 10 4f 7個(gè)軌道 7 14核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述由于電子的波函數(shù)是一個(gè)三維空間函數(shù)，很難用適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單的圖形表示清楚，通常我們是把作為三維坐標(biāo)x，y，z的函數(shù)的振幅Y首先轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)r，q，f的函數(shù)：Y=f(x,y,z)→Y=f‘(r,q,f)然后再把函數(shù)Y分解成分解成兩個(gè)函數(shù)的乘積：Y=f‘(r,q,f)→Y=R(r)·Y(q,f)其中R只是離核距離r的函數(shù),而Y只是方位角q，f的函數(shù)。R叫做徑向分布函數(shù)，Y叫做角度分布函數(shù)。

s，px，py，pz，dz2，dx2–y2，dxy，dxz和dyz的Y函數(shù)的圖象。核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述由于1s,2s,3s,...的振幅在角度分布的差別并沒(méi)有差別——它們的振幅不隨方位角q，f的變動(dòng)而變動(dòng)，因而，一個(gè)圖象Ys圖象就表達(dá)了所有不同能層的s軌道；同理，一個(gè)Ypx圖象表達(dá)了所有不同能層的px軌道，...。注意：波函數(shù)的Y圖象是帶正負(fù)號(hào)的，“+”區(qū)的Y函數(shù)的取正值，“–”區(qū)的Y函數(shù)取負(fù)值。它們的“波性”相反。其物理意義在2個(gè)波疊加時(shí)將充分顯示：“+”與“+”疊加波的振幅將增大，“–”與“–”疊加波的振幅也增大，但“+”與“–”疊加波的振幅將減小。這一性質(zhì)在后面討論化學(xué)鍵時(shí)很有用。核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述1、波函數(shù)角度部分圖示波函數(shù)的角度部分圖Yl,m(q,f)與主量子數(shù)無(wú)關(guān)，如：1s,2s,3s其角度分布圖都是完全相同的球面。Yl,m(q,f)的球極坐標(biāo)圖是從原點(diǎn)引出方向?yàn)?q,f)的直線，長(zhǎng)度取Y的絕對(duì)值，所有這些直線的端點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)的空間構(gòu)成一曲面，曲面內(nèi)根據(jù)Y的正負(fù)標(biāo)記正號(hào)或負(fù)號(hào)。并稱它為原子軌道的角度部分圖。核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述如：氫原子的角度部分【s軌道】Ys是一常數(shù)與(q,f)無(wú)關(guān)，故原子軌道的角度部分為一球面，半徑為:【pz軌道】節(jié)面：當(dāng)cosq=0時(shí)，Ｙ=0，q=90°我們下來(lái)試做一下函數(shù)在yz平面的圖形。核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述q0153045607590Y0.4890.4720.4230.3450.2440.1260q18016515013512010590Y-0.489-0.472-0.423-0.345-0.244-0.1260核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2、波函數(shù)的徑向部分圖示氫原子的量子力學(xué)模型

電子云

為了形象化地表示出電子的概率密度分布，可以將其看作為帶負(fù)電荷的電子云。

電子出現(xiàn)概率密度大的地方，電子云濃密一些，電子出現(xiàn)概率密度小的地方，電子云稀薄一些。

因此，電子云的正確意義并不是電子真的象云那樣分散，不再是一個(gè)粒子，而只是電子行為統(tǒng)計(jì)結(jié)果的一種形象表示。

電子云圖象中每一個(gè)小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)在核外空間中的一次概率，概率密度越大，電子云圖象中的小黑點(diǎn)越密。氫原子的量子力學(xué)模型1、電子云的角度部分圖示氫原子的量子力學(xué)模型2、電子云的徑向部分圖示前面我們介紹的R函數(shù)的圖象不重要。D=4pr2R。D函數(shù)(許多書上把這種函數(shù)稱為電子的徑向分布函數(shù))的物理意義是離核r“無(wú)限薄球殼”里電子出現(xiàn)的概率（概率等于概率密度乘體積，這里的體積就是極薄球殼的體積）。

D值越大表明在這個(gè)球殼里電子出現(xiàn)的概率越大。因而D函數(shù)可以稱為電子球面概率圖象（“球面”是“無(wú)限薄球殼”的形象語(yǔ)言）。氫原子的電子處于1s,2s,2p,3s,3p,3d等軌道的D函數(shù)圖象氫原子核外電子的D函數(shù)圖象3s3d3p2s2p1s氫原子的量子力學(xué)模型我們從圖中看到，D函數(shù)圖象是峰形的，峰數(shù)恰等于相應(yīng)能級(jí)的主量子數(shù)n和角量子數(shù)l之差（n–l）。特別要指出的是，氫原子的1s電子的D函數(shù)圖象表明，該電子在離核52.9pm的球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率是最大的。52.9pm正好是玻爾半徑ao！這就表明，玻爾理論說(shuō)1s電子在52.9pm的圓形線性軌道上運(yùn)行的結(jié)論是對(duì)氫原子核外基態(tài)電子運(yùn)動(dòng)的一種近似描述，而新量子力學(xué)則說(shuō)，1s電子在原子核外任何一個(gè)點(diǎn)上都可能出現(xiàn)，只是在離核52.9pm的球殼內(nèi)（不再是線性軌道）出現(xiàn)的概率最大。3、電子云在空間的取向

s電子是球形的，s電子的電子云圖象是球形對(duì)稱的，不存在取向問(wèn)題。

p、d、f電子則與s電子不同。量子力學(xué)的結(jié)論是：p電子有3種取向，它們相互垂直（正交），分別叫px、py和pz電子。d電子有5種取向，分別叫dz2、dx2–y2、dxy、dxz和dyz。f電子有7種取向。

為方便起見(jiàn)，我們今后用“軌道”一詞（orbital，有的書譯為“軌函”，以與玻爾軌道——orbit——區(qū)別）來(lái)描述不同狀態(tài)的電子云。這里的“軌道”可以理解為電子在核外空間概率密度較大的區(qū)域。

換句話說(shuō)，第一能層只有1個(gè)“軌道”——1s軌道；第二能層有4個(gè)“軌道”——2s軌道、2px軌道、2py軌道、2pz軌道；……，第n能層有n2個(gè)“軌道”。1-6基態(tài)原子組態(tài)（電子排布）1-6-1構(gòu)造原理1-6-2基態(tài)原子電子排布二、基態(tài)原子核外電子排布的三個(gè)原理。(1)泡利原理——

基態(tài)多電子原子中不可能同時(shí)存在4個(gè)量子數(shù)完全相同的電子?；颍谝粋€(gè)軌道里最多只能容納2個(gè)電子，它們的自旋方向相反。

（2）洪特規(guī)則

簡(jiǎn)并軌道如：px、py、pz?；楹?jiǎn)并軌道，dz2、dx2-y2、dxy、dxz、dyz?；楹?jiǎn)并軌道。最多軌道原則在n和l相同的簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，將盡可能分占m不同的軌道，且自旋平行兩條規(guī)則（1）當(dāng)n相同時(shí)，l不同時(shí)，l越大，能量則越高。如：E(3s)<E(3p)<E(3d).（2）當(dāng)l相同時(shí)，n不同時(shí)，n越大，能量則越高。如：E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s).(3)能量最低原理能量最低原理認(rèn)為，基態(tài)原子核外電子的排布力求使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。

構(gòu)造原理：隨核電荷數(shù)遞增，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按如下順序填入核外電子運(yùn)動(dòng)軌道

“能級(jí)交錯(cuò)”電子先填最外層的ns，后填次外層的(n-1)d，甚至填入倒數(shù)第三層的(n-2)f的規(guī)律叫做。應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)：對(duì)于原子的外層電子來(lái)說(shuō)，

（n+0.7l)愈大則能級(jí)愈高；2.對(duì)于原子較深內(nèi)層電子來(lái)說(shuō),能級(jí)的高低基本上仍決定于n。構(gòu)造原理使用的條件（1）大多數(shù)（2）電中性（3）基態(tài)

2、周期與能級(jí)的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)還表明，當(dāng)電中性原子失去電子形成正離子時(shí)，總是首先失去最外層電子，因此，副族元素基態(tài)正離子的電子組態(tài)不符合構(gòu)造原理。例如:元素電中性原子正離子價(jià)電子組態(tài)

的價(jià)電子組態(tài) （最外層電子數(shù)）Fe 3d64s2 Fe2+ 3d6（14e）

Fe3+ 3d5（13e）

Cu 3d104s1 Cu+ 3d10（18e）

Cu2+ 3d9（17e）我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲將電中性原子和正離子的電子組態(tài)的差異總結(jié)為：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)符合(n+0.7l)的順序,基態(tài)正離子的電子組態(tài)符合(n+0.4l)的順序（n和l分別是主量子數(shù)和角量子數(shù)）。2、周期與能級(jí)的關(guān)系：隨核電荷數(shù)遞增,電子每一次從填入ns能級(jí)開(kāi)始到填滿np能級(jí),稱為建立一個(gè)周期，于是有：

周期:ns開(kāi)始→np結(jié)束同周期元素的數(shù)目第一周期：1s 2第二周期：2s，2p 8第三周期：3s，3p 8第四周期：4s，3d，4p 18第五周期：5s，4d，5p 18第六周期：6s，4f，5d，6p 32第七周期：7s，5f，5d，... ?試根據(jù)原子構(gòu)造原理預(yù)測(cè):

(1)第八周期將包括多少種元素?

(3)根據(jù)電子排布規(guī)律,推斷原子序數(shù)為114號(hào)新元素的外圍電子構(gòu)型,并指出它可能與哪個(gè)已知元素的性質(zhì)最為相似.1.電子結(jié)構(gòu)式2.價(jià)電子層結(jié)構(gòu)式3.軌道圖示1－6－2基態(tài)原子電子排布表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)1氫H1s12氦He1s23鋰Li[He]2s14鈹Be[He]2s25硼B(yǎng)[He]2s22p16碳C[He]2s22p27氮N[He]2s22p38氧O[He]2s22p49氟F[He]2s22p510氖Ne

1s22s22p611鈉Na[Ne]3s112鎂Mg[Ne]3s213鋁Al[Ne]3s23p114硅Si[Ne]3s23p2

15磷P[Ne]3s23p3

16硫S [Ne]3s23p4

17氯Cl[Ne]3s23p5

18氬Ar1s22s22p63s23p6

19鉀K[Ar]4s120鈣Ca[Ar]4s221鈧Sc[Ar]3d14s222鈦Ti[Ar]3d24s223釩V[Ar]3d34s224鉻Cr*[Ar]3d54s125錳Mn[Ar]3d54s226鐵Fe[Ar]3d64s227鈷Co[Ar]3d74s228鎳Ni[Ar]3d84s2不符合構(gòu)造原理價(jià)層電子價(jià)電子層“電子仁”或“電子實(shí)”表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)29銅Cu*[Ar]3d104s130鋅Zn[Ar]3d104s231鎵Ga[Ar]3d104s24p132鍺Ge[Ar]3d104s24p233砷As[Ar]3d104s24p334硒Se[Ar]3d104s24p435溴Br[Ar]3d104s24p536氪Kr[Ar]3d104s24p637銣Rb[Kr]5s138鍶Sr[Kr]5s239釔Y[Kr]4d15s240鋯Zr[Kr]4d25s241鈮Nb*[Kr]4d45s142鉬Mo*[Kr]4d55s143锝Tc[Kr]4d55s244釕Ru*[Kr]4d75s145銠Rh*[Kr]4d85s146鈀Pd*[Kr]4d1047銀Ag*[Kr]4d105s148鎘Cd[Kr]4d105s249銦In[Kr]4d105s25p150錫Sn[Kr]4d105s25p251銻Sb[Kr]4d105s25p352碲Te[Kr]4d105s25p453碘I[Kr]4d105s25p554氙Xe[Kr]4d105s25p655銫Cs[Xe]6s156鋇Ba[Xe]6s2表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)57鑭La*[Xe]5d16s258鈰Ce*[Xe]4f15d16s259鐠Pr[Xe]4f36s260釹Nd[Xe]4f46s261钷Pm[Xe]4f56s262釤Sm[Xe]4f66s263銪Eu[Xe]4f76s264釓Gd*[Xe]4f75d16s265鋱Tb[Xe]4f96s266鏑Dy[Xe]4f106s267鈥Ho[Xe]4f116s268鉺Er[Xe]4f126s269銩Tm[Xe]4f136s270鐿Yb[Xe]4f146s271镥Lu[Xe]4f145d16s272鉿Hf[Xe]4f145d26s273鉭Ta[Xe]4f145d36s274鎢W[Xe]4f145d46s275錸Re[Xe]4f145d56s276鋨Os[Xe]4f145d66s277銥Ir[Xe]4f145d76s278鉑Pt*[Xe]4f145d96s179金Au*[Xe]4f145d106s180汞Hg[Xe]4f145d106s281鉈Tl[Xe]4f145d106s26p182鉛Pb[Xe]4f145d106s26p283鉍Bi[Xe]4f145d106s26p384釙Po[Xe]4f145d106s26p41－6－2基態(tài)原子電子排布周期系中有約20個(gè)元素的基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)（electronconfiguration，又叫構(gòu)型或排布)不符合構(gòu)造原理，其中的常見(jiàn)元素是：元素按構(gòu)造原理的組 (24Cr)1s22s22p63s23p63d44s2

實(shí)測(cè)組態(tài)1s22s22p63s23p63d54s1(42Mo)1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s21s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1

(47Ag)1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s21s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1

(79Au)1s2···4s24p64d104f145s25p65d96s11s2···4s24p64d104f145s25p65d106s1

構(gòu)造原理使用的條件半滿規(guī)則:鉻、鉬。

全滿規(guī)則：銅、銀、金。

全空規(guī)則：鑭。

結(jié)合鍵結(jié)合鍵——原子結(jié)合成分子或固體的方式和結(jié)合力的大小。結(jié)合鍵決定了物質(zhì)的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)。一切原子之間的結(jié)合力都起源于原子核與電子間的靜電交互作用（庫(kù)侖力）。不同的結(jié)合鍵代表了實(shí)現(xiàn)8電子層結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)）的不同方式。一、離子鍵典型的金屬與典型的非金屬元素就是通過(guò)離子鍵而化合的。從而形成離子化合物或離子晶體。典型的例子：NaCl特點(diǎn)：離子鍵的結(jié)合能最大，非方向鍵。離子晶體配位數(shù)高，不能發(fā)生塑性變形，屬于脆性晶體。低溫不導(dǎo)電，高溫（熔融）離子導(dǎo)電。LiCl結(jié)合能：8.63eV/mol，NaCl結(jié)合能：7.94eV/mol，熔點(diǎn)：801°CKCl結(jié)合能：7.20eV/mol，RbCl結(jié)合能：6.90eV/mol，MgO結(jié)合能：10.36eV/mol，熔點(diǎn)：2800°C結(jié)合能的大小反映在熔點(diǎn)的高低：結(jié)合能越大，熔點(diǎn)越高。二、共價(jià)鍵同族元素的原子形成分子或晶體就是共價(jià)鍵方式結(jié)合。如：H2，O2，F(xiàn)2，金剛石，SiC等特點(diǎn)：結(jié)合能大，空間方向鍵。H:HO::OF::F金剛石的共價(jià)鍵示意圖SiC的共價(jià)鍵示意圖極性共價(jià)鍵非極性共價(jià)鍵金剛石的結(jié)合能：7.37eV/mol，熔點(diǎn)：>3350CSi：4.68eV/mol，熔點(diǎn)：1410CGe：3.87eV/mol，熔點(diǎn)：837CSn：3.14eV/mol，熔點(diǎn)：232C三、金屬鍵價(jià)電子（自由電子）形成電子氣，象萬(wàn)能膠一樣將金屬正離子粘（吸引）在一起。特點(diǎn)：無(wú)方向性，無(wú)飽和性，結(jié)合力很強(qiáng)。金屬晶體發(fā)生塑性變形時(shí)，不會(huì)破壞金屬鍵。因此，金屬具有良好的延展性（塑性）。這是金屬被廣泛使用的重要原因。自由電子使金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。Hg:結(jié)合能:0.69eV/mol，熔點(diǎn)：-39CAl:結(jié)合能:3.34eV/mol，熔點(diǎn)：660CFe:結(jié)合能:4.20eV/mol，熔點(diǎn)：1538CW:結(jié)合能:8.80eV/mol，熔點(diǎn)：3410C金屬鍵的結(jié)合能與金屬的熔點(diǎn)：金屬鍵的結(jié)合能越大，金屬的熔點(diǎn)越高。四、分子鍵又稱為范德瓦爾斯（VandeWaals）鍵特點(diǎn)：分子鍵最弱。極性分子之間存在庫(kù)侖力，有些非極性分子靠近時(shí)會(huì)誘導(dǎo)極性，使分子之間有結(jié)合力。如：N2,O2,CO,Cl2,Br2,I2等正因?yàn)榉肿渔I的存在，才會(huì)出現(xiàn)常溫為氣體，低溫為液體或固體的現(xiàn)象。Ar：結(jié)合能：0.078eV/mol，熔點(diǎn)：-189C，沸點(diǎn)：-186CCl2:結(jié)合能：0.321eV/mol，熔點(diǎn)：-101C，沸點(diǎn)：-34C五、氫鍵含有氫的分子都是通過(guò)極性共價(jià)鍵結(jié)合，極性分子之間結(jié)合成晶體時(shí)，通過(guò)氫鍵結(jié)合。例如：H2O，HF，NH3等清華教材，P.63表2-3各種結(jié)合鍵的比較NH3：結(jié)合能：0.36eV/mol，熔點(diǎn)：-78CH2O:結(jié)合能：0.52eV/mol，熔點(diǎn)：-0C需要指出的是，實(shí)際晶體不一定只有一種鍵，至少分子鍵就普遍存在，但在有某種主鍵的情況下，其他鍵可以忽略?！?-2金屬原子間的結(jié)合能一、原子作用模型固態(tài)金屬相鄰二個(gè)原子之間存在兩種相互作用：a)相互吸引——自由電子吸引金屬正離子，長(zhǎng)程力；b)相互排斥——金屬正離子之間的相互排斥，短程力。平衡時(shí)這二個(gè)力相互抵消，原子受力為0，原子處于能量最低狀態(tài)。此時(shí)原子間的距離為r0。三原子作用模型三原子作用模型考慮了B原子同時(shí)受到兩側(cè)A、C原子的共同作用。此時(shí)，B原子處于一個(gè)對(duì)稱的勢(shì)能谷中，能量更低了。能谷的深淺反映出了原子結(jié)合的強(qiáng)弱。能谷越深，則結(jié)合能越大，金屬鍵越強(qiáng)。固態(tài)金屬中的周期勢(shì)場(chǎng)實(shí)際金屬晶體中的原子不只受一個(gè)或二個(gè)原子的作用，而是在周圍的空間有許多相鄰的原子，因此每一個(gè)原子都處于周圍原子共同形成的能谷中。二、激活能由于勢(shì)壘的阻礙作用，相鄰的原子不會(huì)合并一處，也很難遷移。但是，在足夠高的溫度下，固態(tài)金屬中的原子可以改變位置（發(fā)生遷移）。條件是，原子必須獲得足夠高的能量Q（激活能）,才能夠越過(guò)勢(shì)壘，跳入相鄰的能谷中。原子結(jié)合越牢固，勢(shì)壘則越高，激活能越大，原子越不容易躍遷換位?！?-3合金相結(jié)構(gòu)基本概念

合金——由兩種或兩種以上的金屬或金屬非金屬元素通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合而組成的具有金屬特性的材料。

組元、元——組成合金的元素。

相——具有相同的成分或連續(xù)變化、結(jié)構(gòu)和性能的區(qū)域。

組織——合金發(fā)生轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）的結(jié)果，可以包含若干個(gè)不同的相，一般只有一到二個(gè)相。

合金成分表示法：

(1)重量（質(zhì)量）百分?jǐn)?shù)

A-B二元合金為例mB——元素B的重量(質(zhì)量)mA——元素A的重量(質(zhì)量)(2)原子(mol)百分?jǐn)?shù)nB——元素B的原子數(shù)nA——元素A的原子數(shù)m——合金中某元素的質(zhì)量(g)M——某元素的原子(mol質(zhì)量)量(g)NA——阿伏加得羅常數(shù)6.02×1023(3)互換關(guān)系Cai——i元素的原子分?jǐn)?shù)Cwi——i元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Mi——i元素的mol質(zhì)量(g)固溶體合金中的相分為：固溶體，化合物兩大類。金屬晶體(溶劑)中溶入了其它元素(溶質(zhì))后，就稱為固溶體。2）固溶體分類(1)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中所占位置分為：

置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣中部分溶劑原子。

間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。

固溶體的兩種類型（置換和間隙）(2)按固溶體溶解度大?。?/p>

有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個(gè)上限,起過(guò)這個(gè)限度就形成新相。

無(wú)限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr····，結(jié)構(gòu)相同

置換式固溶體在一定條件下可能是無(wú)限固溶體，但間隙固溶體都是有限固溶體(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類

無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無(wú)規(guī)律性。有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點(diǎn)陣或間隙里，長(zhǎng)程有序。(4)按基體類型分類：

一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。

二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。(2)按固溶體溶解度大?。?/p>

有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個(gè)上限,起過(guò)這個(gè)限度就形成新相。

無(wú)限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr····，結(jié)構(gòu)相同置換式固溶體在一定條件下可能是無(wú)限固溶體，但間隙固溶體都是有限固溶體(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類

無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無(wú)規(guī)律性。有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點(diǎn)陣或間隙里，長(zhǎng)程有序。(4)按基體類型分類：

一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。

二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。3）置換固溶體固溶度大小的影響因素：

1.組元的晶體結(jié)構(gòu)a）晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無(wú)限固溶體的必要條件b）形成有限固溶體時(shí)，溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同，則固溶度較不同結(jié)構(gòu)時(shí)大，否則，反之。

2.原子尺寸因素是指形成固溶體的溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑的相對(duì)值大小，△R表示△R=(Ra-Rb)/Ra*100%△R<14%-15%,有利于大量固溶，反之，固溶度非常有限。如:鐵基合金中，△r<8%才能形成無(wú)限固溶體。銅基合金中，△r<10%才能形成無(wú)限固溶體。

絕大多數(shù)金屬元素之間都能形成3.化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）電負(fù)差越大,兩者間親和力大,易形成中間相。否則易形成固溶體。

4.電子濃度因