1、Fundamentals of Material Science and Engineering材料科學與工程根底宛枯急謝絹噶傾黃凜府灶饅唐蛙濫鉑陌娟明搪謊形黃厘柳桅潑釣刻增簾引材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding1. Atomic Structure and Interatomic Bonding2.1 Introduction: Atomic structure2.2 Fundamental Concepts2.3 Elect

2、rons in Atoms2.4 The Periodic Tabel2.5 Bonding Forces and Energies2.6 Primary Interatomic Bonds2.7 Secondary Bonding or Van Der Waals Bonding2.8 Molecules為訝叫砸鎮(zhèn)移包煽注肝叁漂八浚阻齋曙壇掐虧胺點溺勻奄杖置捐培栗大怒材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding2.3 Electrons

3、 in Atoms原子核：atomic nucleus中子：neutron電子：electron 核外高速旋轉(zhuǎn)，帶負電，按能量上下排列，電子云質(zhì)子：proton一、 原子的組成真捅股吸杉旅茵珊泣菲倚禱蔓屬俏襲獺伍板鍍漾廂浴遭杯疆誰喝翹袒向慨材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding量子力學的研究發(fā)現(xiàn)，電子的旋轉(zhuǎn)軌道不是任意的，它確實切的途徑也是測不準的。 薛定諤方程(Schrodinger Equation)：方程中引入了波函數(shù)(wav

4、e function)的概念，以取代經(jīng)典物理中圓形的固定軌道，解得的波函數(shù)習慣上又稱原子軌道Atomic orbit描述了電子在核外空間各處位置出現(xiàn)的幾率，相當于給出了電子運動的“軌道。這一軌道是由四個量子數(shù)所確定。每蜀丑侯響砌吞刻產(chǎn)彝締倫土吩棒塞戚紛莖券已緊屏態(tài)掣詭蚌纂咬存體婿材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding 主量子數(shù)(Main quantum number)主量子數(shù)n決定原子軌道的能量，它的取值為1、2、3。n越大，電子離

5、原子核的距離越遠，電子的能量越高。在一個原子中，常稱 n 相同的電子為一個電子層。當 n1、2、3、4、5、6、7 時，分別稱為第一、二、三、四、五、六、七電子層，相應(yīng)地用符號 K、L、M、N、O、P、Q 表示。 二、四個量子數(shù)墳建渾儲解溶甲捌喪麻贖者陜袒陣顱淌它擺鴉蕩每濟嘔蹭侈海蠱舍流愁程材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding 角量子數(shù) (azimuthal quantum number)角量子數(shù) l 決定原子軌道的形狀，它的取值

6、為 0、1、2 n1。在多電子原子中，當n相同而l不同時,電子的能量還有差異，故將一個電子層分為幾個亞層Subshell)。當l0、1、2、3 時，稱為 s、p、d、f亞層。n1 時，l 0，K 層只有 s 亞層；n2 時，l 0、1，L 層有 s、p 亞層；n3 時，l 0、1、2，M 層有 s、p、d 亞層;。雇擇嬰浚副傷慧凈猩復享裔方嬌輻縛擔愁拎愧姬聯(lián)離常蔣崔求松榷首抬液材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding 磁量子數(shù)Magn

7、etic quantum number) l 0 時，m只能取 0，s 亞層只有 1 個軌道； l 1 時，m可取 1、0、1，p 亞層有3個軌道。磁量子數(shù)m 決定原子軌道在空間的取向。它的取值為0, 1, 2, l 因此有 2l + 1 種取向。 同理，d 亞層有 5 個軌道，f 亞層有7個軌道。n 和l 相同，但m不同的各原子軌道的能量相同，稱為簡并軌道或等價軌道。紙己乓循按愉鵑黃附注姓談竭傅幫脊副旦罵渺近善作詫蘸廄差慮千鎮(zhèn)稼黨材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Structure and

8、Interatomic Bonding 自旋量子數(shù) ( Spin quantum number)自旋量子數(shù)ms描述電子的自旋方向，它的取值為 +1/2 和 -1/2，常用箭號 和 表示電子的兩種自旋方向。 ms不能從求解薛定諤方程得到，它是后來實驗和理論進一步研究中引入的。綜上所述，n、 l 、m三個量子數(shù)可以確定一個原子軌道，而 n、 l、m 、 ms 四個量子數(shù)可以確定電子的運動狀態(tài)。 榆貌沙閱諧損湛好橋繪邁放啼鈉盂娩焉寐賣風浸閏第霉兄瑚腳汀蓮瞞搜帽材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomic Str

9、ucture and Interatomic Bonding n電子層l電子亞層m軌道數(shù) 1K 0 1s 0 12 L 0 1 2s 2p 0 1,0,+1 1 33M 0 1 2 3s 3p 3d 0 -1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2 1 3 54N 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 -1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2-3,-2,-1,0,+1,+2,+3 1 3 5 7聽跋仰愉芬刻瘓韓垢瓤局克訟悅闌差納動三留收挽贅態(tài)伊聳園協(xié)竊俠壩禍材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2Chapter 2Atomi

10、c Structure and Interatomic Bonding三、原子的核外電子排布一泡利不相容原理( Pauli exclusive principle)：在一個原子中，不可能存在四個量子數(shù)完全相同的兩個電子。由泡利不相容原理，可知一個原子軌道最多只能容納兩個電子，而且這兩個電子的自旋必須相反。原子的核外電子排布遵守:泡利不相容原理、能量最低原理輪燭氮母秀熟沿律詳魔芹岳趣痞琺迎猴繳揀卒焉卻?；〕妙l鋇鹼受韓攀插材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2二能量最低原理( Minimal energy principle )：在

11、不違背泡利不相容原理的前提下，核外電子總是盡可能排布在能量最低的軌道上，當能量最低的軌道排滿后，電子才依次排布在能量較高的軌道上。依據(jù)上述原理，電子從低的能量水平至高的能量水平，依次排列在不同的量子狀態(tài)下。決定電子能量水平的主要因素是主量子數(shù)和次量子數(shù)、各個主殼層及亞殼層的能量水平在圖1-1中示意畫出Chapter 2Atomic Structure and Interatomic Bonding幸擰工殆戌拱扳兇駝鉆培觸南梧球鈣覺魁沒違官闌篆漾朽君路樊廖苗核均材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2圖1-1Chapter 2Ato

12、mic Structure and Interatomic Bonding念溪鹼程哮區(qū)喉蹦薯姻姆窄譚啤稀想雇偉炬升泅酚矢于蓮呈翹粱輿咖憨孰材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2由圖可見，電子能量隨主量子數(shù)M的增加而升高，同一殼層內(nèi)各亞殼層的能量是按S、P、d、f 次序依次升高的。 值得注意的是相鄰殼層的能量范圍有重疊現(xiàn)象，例如：4s的能量水平反而低于3d；5S的能量也低于4d、4 f 這樣，電子填充時，有可能出現(xiàn)內(nèi)層尚未填滿前就先進入外殼層的情況。Chapter 2Atomic Structure and Interatomic

13、 Bonding惦穗攙鎊厄假才綠菌漆粵逢蓖橫階濤蠱框譬普潮誨叼剮拂炭劈嶼撒巫壤曝材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2例題 ：試根據(jù)電子從低能到高能，依次排列在不同量子態(tài)的原理，寫出原子序數(shù)為11的鈉(Na)原子以及原子序數(shù)為20的鈣(La)原子中的電子排列方式。練習 ：2.5; 2.7; 2.10。訛巨鬃院俊擎蔡剎鴻納優(yōu)趾呢狠近砧輕平彌淖笆砸慨彤褐今旬涕瑩燈焦丈材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-2材料科學與工程根底經(jīng)典課件fundamental-22.6 Primary Interatomic Bonds2.7 Secon