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2013-10-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《firstppt》,可适用于高等教育领域

第一章原子结构和键合AtomicStructureandInteratomicBonding第一章原子结构和键合AtomicStructureandInteratomicBonding物质(Substance)是由原子(atom)组成在材料科学中最为关心原子的电子结构原子的电子结构原子间键合本质决定材料分类:金属陶瓷高分子材料性能:物化力学材料的微观结构(MicrostructureofMaterials)决定材料性质最为本质的内在因素:组成材料各元素原子结构原子间相互作用相互结合原子或分子在空间的排列运动规律以及原子集合体的形貌特征※原子结构(AtomicStructure)一、物质的组成(SubstanceConstruction)物质由无数微粒(Particles)聚集而成分子(Molecule):单独存在保存物质化学特性dHO=nmM(H)为M(protein)为百万原子(Atom):化学变化中最小微粒二、原子的结构二、原子的结构年JJThomson发现电子(electron),揭示了原子内部秘密年ERutherford提出原子结构有核模型年NBohr将Bohratomicmodel核外电子的排布(electronconfiguration)规律描述原子中一个电子的空间和能量可用四个量子数(quantumnumbers)表示三、元素周期表(periodicTableoftheElements)三、元素周期表(periodicTableoftheElements)元素(Element):具有相同核电荷的同一类原子总称共种核电荷数是划分元素的依据同位素(Isotope):具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子元素有两种存在状态:游离态和化合态(FreeStateCombinedForm)个横行(Horizontalrows)周期(period)按原子序数(AtomicNumber)递增的顺序从左至右排列个纵行(column)族(Group)个主族、个副族、个Ⅷ族、个零族(InertGases)最外层的电子数相同按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。原子序数=核电荷数周期序数=电子壳层数主族序数=最外层电子数零族元素最外层电子数为(氦为)价电子数(Valenceelectron)※原子间的键合(Bondingtypewithotheratom)一、金属键(Metallicbonding)典型金属原子结构:最外层电子数很少即价电子(valenceelectron)极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子(Freeelectron)形成电子云(electroncloud)金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键特点:电子共有化既无饱和性又无方向性形成低能量密堆结构性质:良好导电、导热性能延展性好二、离子键(Ionicbonding)多数盐类、碱类和金属氧化物特点:以离子而不是以原子为结合单元要求正负离子相间排列且无方向性无饱和性性质:熔点和硬度均较高良好电绝缘体三、共价键(covalentbonding)亚金属(C、Si、Sn、Ge)聚合物和无机非金属材料实质:由二个或多个电负性差不大的原子间通过共用电子对而成特点:饱和性配位数较小方向性(s电子除外)性质:熔点高、质硬脆、导电能力差实质:金属原子带正电的正离子(Cation)非金属原子带负电的负离子(anion)e四、范德华力(Vanderwaalsbonding)包括:静电力(electrostatic)、诱导力(induction)和色散力(dispersiveforce)属物理键系次价键不如化学键强大但能很大程度改变材料性质五、氢键(Hydrogenbonding)极性分子键存在于HF、HO、NH中在高分子中占重要地位氢原子中唯一的电子被其它原子所共有(共价键结合)裸露原子核将与近邻分子的负端相互吸引氢桥介于化学键与物理键之间具有饱和性※高分子链(HighpolymerChain)近程结构(shortrangeStructure)一、结构单元的化学组成(theChemistryofmerunito)碳链高分子聚乙烯主链以C原子间共价键相联结加聚反应制得如聚乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚甲基丙稀酸甲酯聚丙烯杂链高分子涤纶主链除C原子外还有其它原子如O、N、S等并以共价键联接缩聚反应而得如聚对苯二甲酸乙二脂(涤纶)聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等元素有机高分子硅橡胶主链中不含C原子而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素与O组成其侧链则有机基团故兼有无机高分子和有机高分子的特性既有很高耐热和耐寒性又具有较高弹性和可塑性如硅橡胶无机高分子二硫化硅聚二氯氮化磷主链既不含C原子也不含有机基团而完全由其它元素所组成这类元素的成链能力较弱故聚合物分子量不高并易水解二、高分子链结构单元的键合方式(bondingtape)二、高分子链结构单元的键合方式(bondingtape)均聚物结构单元键接顺序单烯类单体中除乙烯分子是完全对称的其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外其它单体因有不对称取代故有三种不同的键接方式(以氯乙烯为例):头头尾尾头尾双烯类高聚物中则更复杂除有上述三种还依双键开启位置而不同共聚物的序列结构(Copolymers)按结构单元在分子链内排列方式的不同分为三、高分子链的结构(structure)不溶于任何溶剂也不能熔融一旦受热固化便不能改变形状热固性(thermosetting)四、高分子链的构型(Molecularconfigurations)四、高分子链的构型(Molecularconfigurations)链的构型系指分子中原子在空间的几何排列稳定的欲改变之须通过化学键断裂才行旋光异构体(stereoisomerism)由烯烴单体合成的高聚物在其结构单元中有一不对称C原子故存在两种旋光异构单元有三种排列方式几何异构(Geometricalisomerism)双烯类单体定向聚合时可得到有规立构聚合物。但由于含有双键且双键不能旋转从而每一双就可能有顺式反式两种异构体之分对于大分子链而言就有称为几何异构二甲基丁二烯二甲基丁二烯远程结构(LongrangeStructure)远程结构(LongrangeStructure)一、高分子的大小(MolecularSize)高分子的相对分子质量M不是均一的具有多分散性平均相对分子质量高分子链中重复单元数目称为聚合度不仅影响高分子溶液和熔体的流变性质对加工和使用也有很大影响。数均相对分子量每链节的质量对力学性能起决定作用二、高分子的形状(Molecularshape)主链以共价键联结有一定键长d和键角θ每个单键都能内旋转(Chaintwisting)故高分子在空间形态有mn(m为每个单键内旋转可取的位置数n为单键数目)统计学角度高分子链取伸直(straight)构象几率极小呈卷曲(zigzag)构象几率极大高分子链的总链长均方根三、影响高分子链柔性的主要因素(themaininfluencingfactorsonthemolecularflexibility)高分子链能改变其构象的性质称为柔性(Flexibility)

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