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1、价键理论 valence-bond theory，一种获得分子薛定谔方程近似解的处理方法。又称电子配对法。历史上最早发展起来的化学键理论。主要描述分子中的共价键和共价结合，其核心思想是电子配对形成定域化学键。共价键的形成A, B 两原子各有一个成单电子，当 A, B 相互接近时, 两电子以自旋相反的方式结成电子对, 即两个电子所在的原子轨道能相互重叠, 则体系能量降低, 形成化学键, 亦即一对电子则形成一个共价键。 形成的共价键越多, 则体系能量越低, 形成的分子越稳定. 因此, 各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键. 配位键形成条件:一种原子中有对电子, 而另一原子中有可与对电子所在轨道
2、相互重叠的空轨道. 在配位化合物中, 经常见到配位键. 在形成共价键时, 单电子也可以由对电子分开而得到。 共价键的方向性和饱和性共价键的数目由原子中单电子数决定(包括原有的和激发而生成的. 例如: O 有两个单电子, H 有一个单电子, 所以结合成水分子, 只能形成2个共价键; C 最多能与 H 形成 4 个共价键.原子中单电子数决定了共价键的数目. 即为共价键的饱和性。 各原子轨道在空间分布是固定的, 为了满足轨道的最大重叠, 原子间成共价键时, 当然要具有方向性。共价键的键型 共价键的键型分类成键的两个原子间的连线称为键轴. 按成键与键轴之间的关系, 共价键的键型主要为两种: a) 键
3、键特点: 将成键轨道, 沿着键轴旋转任意角度, 图形及符号均保持不变. 即键轨道对键轴呈圆柱型对称, 或键轴是 n 重轴。 b) 键 键特点: 成键轨道围绕键轴旋转180时, 图形重合, 但符号相反. 键参数:化学键的形成情况, 完全可由量子力学的计算得出, 进行定量描述. 但通常用几个物理量加以描述, 这些物理量称为键参数。 a) 键能 AB(g) A(g) + B(g) H = EAB = DAB 对于双原子分子， 解离能DAB等于键能EAB，但对于多原子分子， 则要注意解离能与键能的区别与联系。另外, 相同的键, 在不同化合物中, 键长和键能不相等. 例如, CH3OH中和C2H6 中均
4、有C-H键, 而它们的键长和键能不同。 c) 键角 是分子中键与键之间的夹角(在多原子分子中才涉及键角)。 第三章 晶体结构教学重点：晶体点阵，晶体结构的对称性 教学难点：晶体结构的对称性，晶体的缺陷 教学内容：3-1晶体的点阵理论晶体：内部结构有规则排列的固体。晶体是由原子或分子在空间按一定规律、周期重复地排列所构成的固体物质。晶体内部原子或分子按周期性规律排列的结构，是晶体结构最基本的特征，使晶体具有下列共同特性：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；有明显确定的熔点；有特定的对称性；使X射线产生衍射。分类：金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体。一、晶体的点阵理论1.点阵： 由无数个几
5、何点在空间有规律的排列构成的图形称为点阵（此定义不太严格，点阵严格的定义在下面给出）。在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。 用点阵的性质来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论. 平移：所有点阵点在同一方向移动同一距离且使图形复原的操作。 点阵的严格定义:按连接任意两点的向量进行平移后能复原的一组点叫点阵。 构成点阵的条件：点阵点数无穷大；每个点阵点周围具有相同的环境；平移后能复原。四、晶体缺
6、陷实际的晶体都是近似的空间点阵式的结构。实际晶体有一定的尺寸，晶体中多少都存在一定的缺陷。晶体的缺陷按几何形式划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等。点缺陷：包括空位、杂质原子、间隙原子、错位原子和变价原子等。原子在晶体内移动造成的正离子空位和间隙原子称为Frenkel缺陷；正负离子空位并存的缺陷称为Schottky缺陷。线缺陷：最重要的是位错，位错是使晶体出现镶嵌结构的根源。面缺陷：反映在晶面、堆积层错、晶粒和双晶的界面、晶畴的界面等。体缺陷：反映在晶体中出现空洞、气泡、包裹物、沉积物等。晶体的缺陷影响晶体的性质，可使晶体的某些优良性能降低，但是从缺陷可以改变晶体的性质角度看，在晶体中造成种
7、种缺陷，就可以使晶体的性质有着各种各样的变化，晶体的许多重要性能由缺陷产生。改变晶体缺陷的形式和数量，就可制得所需性能的晶体。第四章 结构化学在现代化学中的应用结构化学首先是一门直接应用多种近代实验手段测定分子静态、动态结构和静态、动态性能的实验科学。3.1结构化学 结构化学渊源于现代立体化学，它研究原子在空间互相结合成为分子或化学实体的方式（结构）、依据（化学键本质）和规律以及结构与性能间的联系。结构化学、量子化学与化学热力学、化学动力学并列构成物理化学的基础理论体系，并与物理化学诸分门学科有广泛的交叉。3.2量子化学 量子化学是用量子力学的原理和方法，以原子核和电子运动为出发点，在分子层次
8、上讨论物质结构、性质及其关系的物理化学分支学科。它既有量子力学提供的理论基础和方法，又有结构化学和合成化学提供的实验基础。原则上，体系的物理量实验观测值可以直接与量子化学的计算结果相比较而检验。实际上，还要利用作为联系微观量与宏观量的桥梁-统计力学，才能将量子化学计算出的单个分子体系的结果，与宏观大量分子集合体系的实验结果相比较。第五章 金属材料和半导体材料金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 （注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料）金属材料特质疲劳许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载
9、荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。 金属材料疲劳断裂的特点是： （1）载荷应力是交变的； （2）载荷的作用时间较长； （3）断裂是瞬时发生的； （4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。 金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲劳：（2）低周疲劳：（3）热疲劳：（4）腐蚀疲劳：指（5）接触疲劳： 塑性 塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破 坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（
10、延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 耐久性建筑金属腐蚀的主要形态 均匀腐蚀。金属表面的腐蚀使断面均匀变薄。孔蚀。金属腐蚀呈点状并形成深坑。孔蚀的产生与金属的本性及其所处介质有关。电偶腐蚀。不同金属的接触处，因所具不同电位而产生的腐蚀。缝隙腐蚀。金属表面在缝隙或其他隐蔽区域部常发生由于不同部位间介质的组分和浓度的差异所引起的局部腐蚀。应力腐蚀。在腐蚀介质和较高拉应力共同作用下，金属表面产生腐蚀并向内扩展成微裂纹，常导致突然破断。 硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1
11、.布氏硬度（HB） 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度（HR） 当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，可采用不同的压头和总试验压力组成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标尺是A,B,C
12、三种（HRA,HRB,HRC）。其中C标尺应用最为广泛。 3 维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。 性能金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。 机械性能（一）应力的概念,物体内部单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的残余应力等等）。 （二）机械性能,金属在一定温度条件下承受外力（
13、载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，因此衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项： 1.强度 这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限（b）、抗弯强度极限（bb）、抗压强度极限（bc）等。有： （1）强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以b表示，（2）屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，
14、但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。 （3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。（4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力与应变（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，2.塑性, 金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，因此，硬度与强度有着一定的关系。根据硬度的测定方法，主要可以分为： （1）布氏硬度（代号HB）,用一定直径D的淬硬钢球在规定负荷P的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为F的压痕，以试件的单位
15、表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：HB=P/F。（2）洛氏硬度（HR）用有一定顶角（例如120）的金刚石圆锥体压头或一定直径D的淬硬钢球，在一定负荷P作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕，。 3.应用范围： 里氏硬度计是一种便携袖珍装置，可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。 4.韧性 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性5.疲劳强度极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度s），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于s甚至大于b的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于b而产生断裂 化学性能金属与其他物质引起化学反应的
