第三章 凝聚态材料的形成PPT讲稿.ppt

第三章 凝聚态材料的形成第1页，共32页，编辑于2022年，星期二前 言凝聚态也称凝聚相，从力学角度看包括固态（相）、液态（相）和介于液气之间转折的临界态；从动力学角度看包括晶态（相）、非晶态（相）以及液晶中间态 金属、高分子、无机非金属等材料都离不开凝聚态的问题第2页，共32页，编辑于2022年，星期二第一节 形成凝聚态材料的必要条件凝聚态由许多原子或分子组成反应方向热力学角度材料的原子质量角度第3页，共32页，编辑于2022年，星期二1.从热力学角度H、C、O、N、S等最简单的一些元素：原子量较小，物质的化学位高化学位的表达：Z=H-T S根据热力学第二定律当Z 0时，反应才能进行 Z=Z终-Z始0，即Z终 1.7，发生电子转移，形成发生电子转移，形成离子键离子键；X r0，当，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能势能E 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。f第22页，共32页，编辑于2022年，星期二r =r0，f=0,E 有极小值，此时体系有极小值，此时体系最稳定，表明形成离子键最稳定，表明形成离子键r r0，当，当 r 减小时，减小时，E 急剧上急剧上升。因为正负离子自身周围还有很升。因为正负离子自身周围还有很多电子，多电子，正负离子彼此再接近时，正负离子彼此再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致电子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升势能骤然上升因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意味着形成了离子键。味着形成了离子键。r0 和键长有关，而和键长有关，而 E 和键能有关。和键能有关。E0Er0r0r第23页，共32页，编辑于2022年，星期二因离子键强度大，所以硬度高因离子键强度大，所以硬度高。但受到外力冲击时，易发生位错，。但受到外力冲击时，易发生位错，导致破碎导致破碎。硬度高、延展性差硬度高、延展性差F位错位错+受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性。如。如 CaCO3 可可 用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性性。5）以离子键结合的材料第24页，共32页，编辑于2022年，星期二金属键金属键原子核重量大原子核重量大以金属的原子与原子间的距离来维持凝聚态以金属的原子与原子间的距离来维持凝聚态原子原子之间距离也不可能靠得太近，因为核外电子排斥原子原子之间距离也不可能靠得太近，因为核外电子排斥力大力大以原子与原子间的自由电子来保持凝聚，以瞬时离子键方式维持凝以原子与原子间的自由电子来保持凝聚，以瞬时离子键方式维持凝聚，所以，通过金属原子的错位流动显示出高塑性聚，所以，通过金属原子的错位流动显示出高塑性导电性导热性好（思考为什么加热后导电性下降）导电性导热性好（思考为什么加热后导电性下降）第25页，共32页，编辑于2022年，星期二配位键配位键元素周期表中能形成配位键的大多是过渡元素离元素周期表中能形成配位键的大多是过渡元素离子，形成配位络合物子，形成配位络合物配位数最多为配位数最多为6，带，带f 轨道的基本都能形成轨道的基本都能形成分子之间也能形成，被配位的物质之间要么是离子，分子之间也能形成，被配位的物质之间要么是离子，要么是分子；含有要么是分子；含有d、f轨道以分子之间配位的较多，轨道以分子之间配位的较多，离子之间一般形成离子键，那些负离子强度弱的才形离子之间一般形成离子键，那些负离子强度弱的才形成配位键，分子上含有未共用电子对的配位体易形成成配位键，分子上含有未共用电子对的配位体易形成配位键配位键在所有化学键中，配位键强度最弱在所有化学键中，配位键强度最弱第26页，共32页，编辑于2022年，星期二2.分子间力分子间力多半是非极性的分子之间体现的作用力多半是非极性的分子之间体现的作用力电子转动到不同位置时，电子与原子核之间距离电子转动到不同位置时，电子与原子核之间距离变小，它们之间产生色散力，当电子离开该位置变小，它们之间产生色散力，当电子离开该位置时，该作用力消失，所以是瞬时的力时，该作用力消失，所以是瞬时的力色散力没有方向性，长时间观察测出的是平均的力色散力没有方向性，长时间观察测出的是平均的力值值色散力的值有高度的加和值，因此大大加强了凝聚色散力的值有高度的加和值，因此大大加强了凝聚体分子间的作用力，是凝聚体之间强度大大加强了体分子间的作用力，是凝聚体之间强度大大加强了 色散力色散力/团聚力团聚力第27页，共32页，编辑于2022年，星期二例子例子u卤化氢中，卤化氢中，HF的色散力最小，而的色散力最小，而HI 的最大，这是的最大，这是因为因为 HI 中中 I 外有很多电子，所以色散力的累积就外有很多电子，所以色散力的累积就多，力就大。所以多，力就大。所以HI 以固态存在，其熔点高；以固态存在，其熔点高；HF以气态存在，其熔点低以气态存在，其熔点低u但以沸点来看，但以沸点来看，HF的沸点却高于的沸点却高于HI的沸点，这是的沸点，这是因为，当因为，当I 熔融成液态后，由液态向气态转变是熔融成液态后，由液态向气态转变是分子与分子离开的作用，色散力就不起作用了。分子与分子离开的作用，色散力就不起作用了。第28页，共32页，编辑于2022年，星期二色散力是一团分子与另一团分子团聚的力量，与汽化的力量无关色散力是一团分子与另一团分子团聚的力量，与汽化的力量无关色散力是有固定作用距离的，力值对距离更敏感，色散力是有固定作用距离的，力值对距离更敏感，=67；相反的，；相反的，对温度不敏感，温度温度不敏感，温度对其印象不大，温度的作用只是使分子之其印象不大，温度的作用只是使分子之间运运动开开来，使分子和分子来，使分子和分子间作用距离改作用距离改变，影响，影响f f色散力是范德色散力是范德华力，是某一力，是某一电子与另一个原子核之子与另一个原子核之间的力，不是的力，不是分子分子间的力，所以温度的影响是的力，所以温度的影响是间接的，而不是直接的接的，而不是直接的色散力的作用地位很高色散力的作用地位很高生物中生物中DNADNA、RNARNA病毒作用的力病毒作用的力为色散力，色散力是不色散力，色散力是不规律的，因此，病毒会律的，因此，病毒会有很多的有很多的变化，用疫苗化，用疫苗杀死病毒的困死病毒的困难很大很大第29页，共32页，编辑于2022年，星期二极性力正电荷中心与负电荷中心之间的力，与正负离子的作用力有本质区别，他是因为正电荷中心与负电荷中心之间的力，与正负离子的作用力有本质区别，他是因为电子在核外排布不均匀才显示出正电性或负电性，而不是离子键电子在核外排布不均匀才显示出正电性或负电性，而不是离子键极性力是一对一的正负作用，有饱和性和方向性极性力是一对一的正负作用，有饱和性和方向性该作用力值是一个空间上的统计平均值该作用力值是一个空间上的统计平均值在空间上排列开来，会显示出极大的极性力在空间上排列开来，会显示出极大的极性力（水分子与水分子之间排列的极性力很大）（水分子与水分子之间排列的极性力很大）受温度影响很大，因为正负电荷中心之间的距离会变化，中心在分子团受温度影响很大，因为正负电荷中心之间的距离会变化，中心在分子团中的位置随温度改变，而且分子内部也会受温度影响中的位置随温度改变，而且分子内部也会受温度影响在生物中起较大作用，细胞核中不同区域里由于极性介质不同，对细胞核中在生物中起较大作用，细胞核中不同区域里由于极性介质不同，对细胞核中DNA、RNA有很大影响，有些能起促进的好的作用，有的其不好的作用有很大影响，有些能起促进的好的作用，有的其不好的作用第30页，共32页，编辑于2022年，星期二诱导力是极性分子与非极性分子之间的瞬时作用力是极性分子与非极性分子之间的瞬时作用力极性分子使它周围的非极性分子受影响而变形，极性分子使它周围的非极性分子受影响而变形，这种变形是瞬时的这种变形是瞬时的受温度的影响很大受温度的影响很大诱导力强度与极性分子的极性相关诱导力强度与极性分子的极性相关第31页，共32页，编辑于2022年，星期二氢键力是一切生物活动中最重要的作用力是一切生物活动中最重要的作用力人所有的人所有的DNA、RNA之所以高级是人类的之所以高级是人类的DNA、RNA比一般生物比一般生物更善于利用氢键更善于利用氢键需要两个条件：需要两个条件：1）必须有氢原子，）必须有氢原子，2）还要有带有孤对电子的）还要有带有孤对电子的原子原子原则上说，氢键随时形成，随时破坏，实际上，就是分子之间靠这个原则上说，氢键随时形成，随时破坏，实际上，就是分子之间靠这个力排列起来，其排列程度与物体的历史有关系力排列起来，其排列程度与物体的历史有关系氢键受历史效应影响非常大，水分子之间的排列就是通过历史效应氢键受历史效应影响非常大，水分子之间的排列就是通过历史效应的氢键来排列的的氢键来排列的这种作用是很多材料在熔体中为结晶进做好的准备，若在熔融这种作用是很多材料在熔体中为结晶进做好的准备，若在熔融的熔体中氢键被破坏，结晶的结果就不大相同的熔体中氢键被破坏，结晶的结果就不大相同第32页，共32页，编辑于2022年，星期二