材料科学基础教案 联系客服

发布时间 : 星期一 文章材料科学基础教案更新完毕开始阅读

特点:具有饱和性和方向性。

? 键( 成键轨道)头碰头 ? 键,肩并肩

(二)共价键的键型 (三)共价键形成实例

金刚石是共价键结合的典型,下图表示了它的结合情况,碳的四个价电子分别与其周围的四个碳原子组成四个公用电子对,达到八个电子的稳定结构。此时各个电子对之间静电排斥,因而它们在空间以最大的角度互相分开,互成109.5°,于是形成一个正四面体,碳原子分别处于四面体中心及四个顶角位置,正是依靠共价键将许多碳原子形成坚固的网络状大分子。共价结合时由于电子对之间的强烈排斥力,使共价键具有明显的方向性,这是其它键所不具备的,由于方向性、不允许改变原子间的相对位置,所以材料不具塑性且比较坚硬.像金刚石就是世界上最坚硬的物质之一。

三.金属键

21

图 金刚石的共价结合及其方向性

金属键没有方向性,正离子之间改变相对位置并不会破坏电子与正离子间的结合力.因而金属具有良好的塑性。 + + 同样,金属正离子被另一种金属的正离子取代

+ + + 时也不会破坏结合键,这种金属之间的溶解 + + + + + + (称固溶)能力也是金属的重要特性。 图 金属离子沉浸在自由电子的海洋中

此外,金属导电性、导热性以及金属晶体中原子的密集排列等都直接起因于金属键结合。

1.2.2二次键:原子间的偶极吸引 一.范德瓦耳斯键

范德瓦耳斯键只是原子间的偶极吸引力,键力远低于一次键。稳定性较差。然而它仍是材料结合键的重要组成部分,依靠它大部分气体才能聚合成液态,固态。

22

+

图1-6 范德瓦耳斯键力示意图

a)理论的电子云分布 b)原子偶极矩的产生 c) 原子(或分子)间的范德瓦耳斯键结合

二.氢键

氢键的本质与范德瓦耳斯键一样,也是靠原子(或分子、原子团)的偶极吸引力结合起来的.只是氢键中氢原子起了关键作用,氢原子很特殊,只有一个电子,当氢原子与一个电负性很强的原子(或原子团)X结合成分子时,氢原子的一个电子转移至该原子壳层上;分子的氢离子侧实质上是一个裸露的质子.对另一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力,这样,氢原子便在两个电负性很强的原子(或原子团)之间形成一个桥梁,把两者结合起来,成为氢键。所以氢键可以表达为: X-H—Y。氢与X原子(或原子团)为离子键结合,与Y之间为氢键结合,通过氢键将X、Y结合起来。X、Y可以相同或不同。氢键的结合力比范德瓦耳斯键强。在带—COOH、 —OH、 —NH2

23

原子团的高分子聚合物中常出现氢键。氢键在一些生物分子如DNA中也起重要作用。

图 冰的结构

1.2.3 混合键

初看起来,上述各种键的形成条件完全不同,故对具体材料而言,似乎只能满足其中的一种,只具有单一的结合键,如金属应为金属键,ⅦA族元素应为共价键,电负性不同的元素应结合成离子键……。然而,实际材料中单一结合键的情况并不很多,前面讲的只是一些典型的例子,大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混合。

化合物中离子键的比例取决于组成元素的电负件差.电负性相差越大则离子键比例越高,鲍林推荐以下公式来确定化合物AB中离子键结合的相对值:式中.XA、XB分别为化合物组成元素A、B的电负性数值。

24