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1、1.1 金属原子间的键合特点 金属原子的结构特点 1.1 金属原子间的键合特点 金属原子的结构特点 其最外层的电子数很 少，一般为12个， 不超过3个。 价电子 1.1 金属原子间的键合特点 当原子靠近到一定程 度时，原子间会产生 较强的作用力。 结合力 外 层 电 子 作 用 形 式 稳定的八电子排布结构稳定的八电子排布结构 接受或释放额外电子接受或释放额外电子 共有电子共有电子 1.1 金属原子间的键合特点 1.1 金属原子间的键合特点 金属键 共有价电子电子 云键无方向性和 饱和性 性能特点：性能特点： 1)良好的导电性及导热性；良好的导电性及导热性； 2)正的电阻温度系数；正的电阻温度
2、系数； 3)良好的强度及塑性；良好的强度及塑性； 4)特有的金属光泽。特有的金属光泽。 1.1 金属原子间的键合特点 金属键 离子键 共价键 得失价电子正负离子 高熔点、高硬度、低 塑 良好的电绝缘体等 1.1 金属原子间的键合特点 金属键 离子键 共价键 共有电子对键有 饱和性 高熔点、高硬 度、低塑性 电绝缘体等 范德瓦尔键 1.1 金属原子间的键合特点 形成：形成：一个分子的正一个分子的正 电荷部位与另一分子电荷部位与另一分子 的负电荷部位间以微的负电荷部位间以微 弱静电引力相引而结弱静电引力相引而结 合在一起称为分子键。合在一起称为分子键。 特性：特性：分子晶体因分子晶体因 其结合键能
3、很低，所其结合键能很低，所 以其熔点很低，硬度以其熔点很低，硬度 也低。但其绝缘性良也低。但其绝缘性良 好。好。 离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 结构特点结构特点 方向性不明显，配位数大方向性不明显，配位数大 方向性明显，方向性明显， 配位数小，密度小配位数小，密度小 无方向性，配位无方向性，配位 数大，密度大数大，密度大 力学性能力学性能 强度高，劈裂性良好，硬度大强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大强度高，硬度大 有各种强度，有有各种强度，有 塑性塑性 热力性质热力性质 熔点高，膨胀系数小，熔熔点高，膨胀系数小，熔 体中有离子存在体中有离子存在 熔点高，膨胀系熔点高，膨胀系
4、 数小，熔体中有的数小，熔体中有的 含有分子含有分子 有各种熔点，有各种熔点， 导热性好，液态的导热性好，液态的 温度范围宽温度范围宽 电学性质电学性质 绝缘体，熔体为导体绝缘体，熔体为导体 绝缘体，熔体为绝缘体，熔体为 非导体非导体 导电体（自由电子）导电体（自由电子） 光学性质光学性质 与各构成离子的性质相同，与各构成离子的性质相同， 对红外线的吸收强，多是无色对红外线的吸收强，多是无色 或浅色透明的或浅色透明的 折射率大，同气折射率大，同气 体的吸收光谱很不体的吸收光谱很不 同同 不透明，有金属不透明，有金属 光泽光泽 1.1 金属原子间的键合特点 结合键的特性结合键的特性 问题：金属原
5、子为什么趋于规则排列？ 1.1 金属原子间的键合特点 结合力与结合能 以双原子模型为例（NaCl） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力， 长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力， 短程力 结合力吸引力排斥力;结合能吸引能排斥能 2210)( rqZqZkFC1.1 金属原子间的键合特点 Where Fc is the coulombic force of attraction between two oppositely charged ions, r is the separation distance between the centers of the ions, Z is t
6、he valence of the charged ion, q is the charge of a single electron(0.16x10-18C),and k0 is a proportionality constant(9x109V.m/C) 1.1 金属原子间的键合特点 /r reFWhere Fc is repulsive force, and are experimentally determined constants for a given ion pair. 1.1 金属原子间的键合特点 结 合 力 与 结 合 能 1.1 金属原子间的键合特点 结合力与结合能 原子
7、间必须保 持一定的平衡 距离，这是固 态金属中的原 子趋于规则排 列的重要原因。 1.1 金属原子间的键合特点 1.1 金属原子间的键合特点 Example1-2 (1) Calculate coulombic force of attraction between Na+ and Cl- in NaCl (rNa+=0.098nm, rCl-=0.181nm, 1V.C=1J) (2) What is the repulsive force in this case? 材料的原子排列 非晶态 原子排列短程有序或无序 1.2 金属晶体典型结构 非晶体的特点是：结非晶体的特点是：结 构无序；物理
8、性质表构无序；物理性质表 现为各向同性；没有现为各向同性；没有 固定的熔点；热导率固定的熔点；热导率 （导热系数）和膨胀性（导热系数）和膨胀性 小；小； 1.2 金属晶体典型结构 晶体 基元在三维空间呈规律性排列 长程有序 单个的原子、离子、分子或彼此 等同的原子群或分子群等。 晶体的主要特点是：结构有序；物理晶体的主要特点是：结构有序；物理 性质表现为各向异性；有固定的熔点；性质表现为各向异性；有固定的熔点； 在一定条件下有规则的几何外形。在一定条件下有规则的几何外形。 1.2 金属晶体典型结构 空间点阵 是一个几何概念，它由一 维、二维或三维规则排列 的阵点组成。 1.2 金属晶体典型结构
9、 刚球模型用刚球代表空间排列的原子 晶格晶格刚球抽象为质点质点，构成空间格架空间格架 晶胞晶胞保持点阵几何特征的基本单元 1.2 金属晶体典型结构 布拉菲在1948年根据“每个阵点 环境相同”的要求，用数学分析 法证明晶体的空间点阵只有14种， 称为布拉菲点阵，分属7个晶系。 1.2 金属晶体典型结构 晶系 轴(棱边)之间的夹角 三斜晶系 单斜晶系 斜方晶系 正方晶系 菱方晶系 六方晶系 立方晶系 1.2 金属晶体典型结构 晶体结构 构成晶体的基元在三 维空间的具体的排列 方式 = 空间点阵 + 基元 1.2 金属晶体典型结构 晶胞中所含原子数晶胞中所含原子数 晶胞中所含原子数是指一个晶胞内真
10、正包含的原子数目。晶胞中所含原子数是指一个晶胞内真正包含的原子数目。 配位数配位数 是指在晶体结构中是指在晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数与任一原子最近邻且等距离的原子数。 致密度致密度 是指晶胞中原子所占体积分数，即是指晶胞中原子所占体积分数，即K = n v/ V K = n v/ V 。式中，。式中，n n为为 晶胞所含原子数、晶胞所含原子数、vv为单个原子体积、为单个原子体积、V V为晶胞体积。为晶胞体积。 原子半径原子半径 原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的 一半。一半。 1.2 金属晶体典型结构
11、三种 典型 晶体 结构 体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方 体心立方晶格参数 Cr、V、 Mo、W和 -Fe等30 多种 1.2 金属晶体典型结构 体心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 体心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 1.2 金属晶体典型结构 体心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 1.2 金属晶体典型结构 aaar432 43 21八面体面心立方晶格参数 Al、Cu、 Ni和-Fe 等约20种 1.2 金属晶体典型结构 面心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 面心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 面心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 面
12、心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 面心立方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 密排六方晶格参数 Mg、Zn、 Cd、Be等 20多种 1.2 金属晶体典型结构 密排六方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 密排六方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 密排六方晶格参数 1.2 金属晶体典型结构 1.2 金属晶体典型结构 晶面及晶向的原子密度晶面及晶向的原子密度 不同晶体结构中不同晶面、不不同晶体结构中不同晶面、不 同晶向上的原子排列方式和排列同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。的原子排列方式和紧密程度。 1.2 金属晶体典型结构 堆垛方式
