导图社区 第一章 原子结构与结合键
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原子结构与结合键
原子结构
材料的结构
材料结构的层次
元素周期表
影响原子间结合的物理量
电离能(Ionization Energy)
基态原子失去最外层的一个电子(价电子)所需的能量称为原子的电离能I+，是用来表征原子对价电子束缚的强弱程度。
同一周期，自左向右，原子电离能增加，惰性气体最稳 定，碱金属电离能最小，最易失去电子。
氢原子核外只有一个电子，电离能就是它的基态能量约 13.6 eV。
亲和能(Electron Affinity Energy)
一个基态中性原子获得一个电子成为负离子所释放出的能量称为电子亲和能I-，可用来表征原子俘获外来电子的能力大小。
具有较大电子亲和能的元素更易于得到一个电子
在同一族或同一周期中，亲和能一般随原子半径减小而增大。
电负性(Electronegativity of Atoms)
“电负性”代表原子获得电子的能力，这种电子是元素原子自身以外的电子，而这种能力决定于原子结构。
F定为4，Li定为1
一般，电负性小于1.8为金属元素，大于1.8为非金属元素， 1.8附近兼而有之，电负性越大，吸引电子的能力越强
原子间的结合键
原子结合键
力
能量
原子结合方式
结合键
强键（化学键）
离子键(Ionic bonding)
活泼的金属元素和活泼的非金属元素之间通过得到或失去电子而成为离子所形成的结合键。
电负性相差大，通过库仑静电引力形成
无方向性(Non-directional)
无饱和性
键能在3～8eV/atom范围
特点
离子键结合力大，这类材料强度和硬度高，熔点高，脆性大
离子难以输送电荷，是良好的绝缘体
共价键(covalent bonding)
原子通过共享电子对来达到稳定结构所形成的结合键
IIIA-VIIA同族元素和电负性相差不大的元素结合
方向性
饱和性
最多键数:8-N’，N’—价电子数
强 (diamond) 或弱 (Bi)
材料强度高，熔点高，脆性大
其导电性取决于共价键的强弱
弱共价键的Sn是导体，Si是半导体，金刚石就是绝缘体
金属键(metallic bonding)
金属原子通过正离子和自由电子之间的引力而相互结合所形成 的结合键
离子核心(ion cores)，不具方向性， 无饱和性
电子云(electron cloud)
键能
0.7 eV/atom for Hg
8.8 eV/atom for W
自由电子的存在使金属具有良好的导电性和导热性，良 好的金属光泽
金属键无方向性，原子间发生相对位移时，金属键不受 破坏，因而塑性好
弱键（物理键）
分子键/范德瓦耳斯键(van der Waals bonding)
如果原子的正电荷中心和负电荷中心不重叠，则产生一个偶极矩。 这种偶极矩所产生的原子间结合力-----范德瓦耳斯键。
键能弱:~0.1 eV/atom(10 kJ/mol)
材料熔点和硬度都比较低，是良好的绝缘体材料
结合力较弱，使得材料熔点和硬度都比较低，是良好的 绝缘体材料
塑料、石墨等
氢键 Hydrogen bonding
当氢原子与电负性很强、原子半径较小的原子(O，F，N等)相结合时，H的唯一电子会向另外一个电子强烈偏移，此时H几乎成为一个带正电的原子核，可以对第三个电负性较大的原子产生较强的吸引力，使H在两个电负性较强的原子之间形成一个桥梁。
具有饱和性和方向性
其他