材料科学基础第三版胡赓祥笔记「胡赓祥《材料科学基础》第3版复习笔记详解_才聪学习网」

本书是胡赓祥编写的《材料科学基础》（第3版）的学习辅导书，主要包括以下内容：

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复习笔记详解

第1章 原子结构与键合

1.1 复习笔记

一、原子结构

1物质的组成

一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的，这些微粒可能是分子、原子或离子。

（1）分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒；

（2）原子具有复杂的结构，其结构直接影响原子间的结合方式。

2原子的结构

（1）原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的；

（2）原子核内的中子呈电中性，质子带有正电荷；

（3）一个质子的正电荷量正好与一个电子的负电荷量相等，它等于－e（e＝1.6022×10－19C）。

3原子的电子结构

电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。

从薛定谔（SchrodingerE．）方程得到的波函数描述了电子的运动状态和在核外空间某处的出现几率，即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；

图1-1 钠（原子序数为11）原子结构中K，L和M量子壳层的电子分布状况

（2）轨道角动量量子数li——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。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；

（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。磁量子数决定了电子云的空间取向。

（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＋1/2和－1/2，反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向，通常用“↑”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；

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，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。

电子排列并不总是按上述规则依次排列的，原子序数比较大时，d和f能级开始被填充的情况下，相邻壳层的能级有重叠现象。

4元素周期表

（1）元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称。

（2）元素的外层电子结构随着原子序数（核中带正电荷的质子数）的递增而呈周期性的变化规律，称为元素周期律。

（3）元素周期表反映了元素之间相互联系的规律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子结构和一定的性质。

二、原子间的键合

结合键可分为化学键和物理键两大类：化学键即主价键，它包括金属键、离子键和共价键；物理键即次价键，也称范德瓦尔斯力；此外，还有一种称为氢键的，其性质介于化学键和范德瓦尔斯力之间。

1金属键

（1）由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键，它的基本特点是电子的共有化；

（2）金属键既无饱和性又无方向性。

图1-2 金属键示意图

2离子键

离子键结合的实质是：

（1）金属原子将自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子；（2）非金属原子得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样，正负离子依靠它们

之间的静电引力结合在一起；

（3）离子键既无方向性又无饱和性。

3共价键

（1）共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键；

（2）共价键又分成非极性键和极性键两种；

（3）共价键具有方向性和饱和性。

4范德瓦耳斯力

范德瓦耳斯力是借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来具有稳定原子结构的原子或分子结合为一体的键合。范德瓦耳斯力属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。

它包括静电力、诱导力和色散力：

（1）静电力是由极性原子团或分子的永久偶极之间的静电相互作用所引起的；

（2）诱导力是当极性分（原）子和非极性分（原）子相互作用时，非极性分子中产生诱导偶极与极性分子的永久偶极间的相互作用力，其大小与温度无关；

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