2.6原子间的主要键结.ppt

2.1 緒論 2.2 基本概念　 2.3 原子中的電子　 2.4 週期表　 2.1 緒論 了解原子間的結構，可讓我們進一步明瞭材料的特性： 同素異性體：石墨（具導電性）、碳（絕緣體）與鑽石（已知材料中硬度最大者） 固態材料的某些重要性質，經常取決於其原子之幾何排列方式及原子或分子間之交互作用。 複習原子結構、電子組態、週期表以及將原子聚集在一起形成固體的各式主要鍵結與次要鍵結等。 2.2 基本概念 原子由 及環繞在外的 所組成。 質子和電子都帶有 1.60 × 10－19 庫侖的電荷量，其中電子帶負電，質子帶正電；中子則呈電中性，亦即不帶電。 每一個化學元素都可以用其原子核中的質子數目，亦即原子序（atomic number，Z）來描述。 任何一個特定原子的原子質量（atomic mass，A）可由其原子核內質子和中子的質量總和來表示。 2.4 週期表 在週期表（periodic table）（圖 2.6）中所有的元素是依其電子組態來分類。在表中，依原子序增加而橫向排列的七列元素，我們稱之為週期。 圖 2.7 顯示週期表中各元素陰電性的值，通常週期表內元素的陰電性值是由左至右遞增，由上至下漸減。 2.5 鍵結力與鍵結能 存在兩原子間之吸引力 FA 取決於兩原子間的特定鍵結形式，其大小會隨著兩原子間之距離而變化，當兩原子愈靠近時，此吸引力也跟著增加，如圖 2.8a 所示。 圖2.8b則為表示兩原子間之吸引能、排斥能和淨位能三者隨兩原子間之距離變化的函數圖。 淨位能 E0，相當於該兩個原子的鍵結能（bonding energy），其也代表若欲將此兩原子分開到無窮遠時所需的能量。 材料的機械勁度（或彈性模數）會由作用力-原子間距離曲線圖 之曲線決定。 勁度相對較大的材料，其在曲線圖上 r = r0 處會呈現比可撓性材料更陡峭的斜率。 2.6 原子間的主要鍵結 離子鍵 Ionic Bonding 離子鍵出現在由金屬與非金屬元素組成的化合物中，而這些元素均位於週期表的兩端。 陽離子和陰離子互相吸引的力屬於庫侖力（coulombic force） 表 2.3 列出數種離子材料的鍵結能及其熔點溫度。 共價鍵 Covalent Bonding 共價鍵（covalent bonding）的形成是由兩個原子共用彼此的價電子，以達到安定的電子組態。 圖 2.10 為甲烷分子（CH4）的共價鍵模型。 金屬鍵 Metallic Bonding 金屬鍵（metallic bonding）存在於金屬材料及其合金中，已有一個相對簡單、非常貼近鍵結輪廓的模型被提出。 在所提出的模型中，這些原子的價電子不會被某一特定的原子束縛住，而是可以自由地在整個金屬中漂移。 這些可自由移動的價電子群可視為屬於整個金屬且在整個金屬內部形成一片「電子海」或「電子雲」。 不同型態材料（如金屬、陶瓷、高分子）的某些行為特性，可以用其鍵結型態來解釋。 因離子鍵和共價鍵的材料缺乏大量的自由電子，所以它們都是電及熱的不良導體。 2.7 次要鍵結或凡得瓦爾鍵結 次要（secondary）、凡得瓦爾（van der Waals）或物理鍵（bond）與主要或化學鍵比較起來是軟弱的。 次要鍵結的鍵結力主要源自原子或分子間的偶極（dipoles）。 結論與習題 是否學會原子的電子組態？ 原子的主要三種鍵結型式為離子鍵、共價鍵及金屬鍵，你記起來了嗎？ 本章習題請作2.1、2.4、2.5、2.6以及2.15一共五題。 南台科技大學 工程材料 南台科技大學 機械工程系 吳忠春 副教授 研究室：K210D 第 2 章 原子結構與固體中的鍵結 P.01 2.5 鍵結力與鍵結能 2.6 原子間的主要鍵結　 2.7 次要鍵結或凡得瓦爾鍵結　 2.8 分子　 P.03 P.04 P.18 P.23 P.24 P.27 P.31 P.33 P.34 P.35 P.42