发布时间 : 星期一 文章上海交大考研材料科学基础总结 - 图文更新完毕开始阅读23c98e22bcd126fff7050b43
第1章原子结构和键合
1.1原子结构
1.1.1物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在 保存物质化学特性
dH2O=0.2nm M(H2)为2 M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒 1.1.2原子的结构 ??质子（proton）：正电荷m＝1.6726×10-27kg? ?原子核（nucleus)：位于原子中心、带正电?-27中子（neutron）：电中性m＝1.6748×10kg???
? ?电子（electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electron cloud）?-31 ? m＝9.1095?10kg，约为质子的1/1836 ??1.1.3原子的电子结构
（?主量子数nithe principal quantum number)：? 决定原子中电子能量和核间距离(the energy of the electron)，? ? 即量子壳层，取正整数1、2、3、4、5 ? ? 用K、L、M、N……表示?轨道动量量子数l(the orbital quantum number)：i ?? 给出电子在同一量子壳层内所处的能级, ? 与电子运动的角动量有关(shape of the electron subshell)，? ?? 取值为0，1，2，??????n?1, 用s，p，d，f……表示? ?磁量子数mi(the inner quantum number)：? ? 决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向(spatial orientation of an electron cloud)，? 取值为-li，-(li?1),???????1,0,1,??????li ?自旋角动量量子数si(the spin quantum number)：? ? 表示电子自旋（spin moment）的方向，? ?11 取值为＋或-?22 ?核外电子排布遵循以下3个原则：
?能量最低原理（Minimum Energy principle)电子总是占据能量最低的壳层 ? 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-? ?Pauli不相容原理（Pauli Exclusion principle): 不可能有运动状态完全相同的电子， ? 2? 2n ? Rule)同一亚层中电子尽量分占不同能级，自旋方向相同?Hund原则（Hund' ??全充满 ??? ?半充满 ??全空??
1.1.4元素周期表
核电荷↑，原子半径↓ 同周期元素：左????????????右，金属性↓，非金属性↑电离能↑，失电子能力↓，得电子能力↑
最外层电子数相同，电子层数↑，原子半径↑同主族元素：上?????????????下，金属性↑，非金属性↓电离能↓，失电子能力↑，得电子能力↓ Page 1 of 69
1.2原子间的键合
1.2.1金属键（Metallic bonding）
典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易 挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），形成电子云（electron cloud）金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键
特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能，延展性好 1.2.2离子键（Ionic bonding)
实质： 金属原子 带正电的正离子（Cation） 非金属原子 带负电的负离子（anion）
特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列， 且无方向性，无饱和性
性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体 1.2.3共价键（covalent bonding） 亚金属（C、Si、Sn、 Ge），聚合物和无机非金属材料
实质：由二个或多个电负性差不大的原子间通过共用电子对而成 ? 极性 键 (Polar bonding) :共用电子对偏于某成键原子 ?
?非极性键（Nonpolar bonding): 位于两成键原子中间特点：饱和性 配位数较小 ，方向性（s电子除外） 性质：熔点高、质硬脆、导电能力差 1.2.4范德华力（Van der waals bonding)
包括：静电力(electrostatic)、诱导力(induction)和色散力(dispersive force) 属物理键 ，系次价键，不如化学键强大，但能很大程度改变材料性质 1.2.5氢键（Hydrogen bonding）
极性分子键 存在于HF、H2O、NH3中 ，在高分子中占重要地位， 氢 原子中唯一的电子被其它原子所共有（共价键结合），裸露原子核 将与近邻分子的负端相互吸引——氢桥 介于化学键与物理键之间，具有饱和性
1.3高分子链（High polymer Chain)
?链结构（Chain Structure) 高分子结构? ?聚集态结构（Structure of aggregation state) Page 2 of 69
：化学结构，分子链中的原子排列，结构单元 近程结构（一次结构） 高分子链结构 的键接顺序，支化，交联等 相对分子质量及其分布，链的柔顺性及构象
1.3.1高分子链的近程结构
1.结构单元的化学组成（the Chemistry of mer units) 2.高分子链的几何形态（structure）
?线性高分子（linear polymers）: 加热后变软，甚至流动，可反复加工－ ? 热塑性（thermoplastic）? ??支链高分子（branched polymers）：
?交联高分子（crosslinked polymer）：线性天然橡胶用S交联后变强韧耐磨 ? ??体型（立体网状）高分子（network on three-dimensional polymer)热塑性：具有线性和支化高分子链结构，加热后会变软，可反复加工再成型
热固性：具有体型（立体网状）高分子链结构，不溶于任何溶剂，也不能熔融，一旦受热固化后不能再改变形状，无法再生
3.高分子链的键接方式
4.高分子链的构型（Molecular configurations）
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?间同立构（syndisotactic configurations): R取代基交替地处在主链平面两侧， ? 即两旋光异构单元交替 ??全同立构（isotactic configurations):R取代基全处在主链平面一边， ?? 即全部由一种旋光异构体 ??无规立构（atactic configurations):R取代基在主链平面两侧不规则排列 ?1.3.2高分子链的远程结构 1.高分子的大小
2.高分子链的内旋转构象
主链以共价键联结，有一定键长 d和键角θ，每个单键都能内旋转（Chain twisting）故高分子在空间形态有mn-1( m为每个单键内旋转可取的位置数，n为单键数目) ※ 键的内旋转使得高分子存在多种构象
统计学角度高分子链取 伸直（straight）构象几率极小，呈卷曲（zigzag）构象几率极大 3.影响高分子链柔性的主要因素
（the main influencing factors on the molecular flexibility） 高分子链能改变其构象的性质称为柔性（Flexibility）
?主链结构的影响：起决定性作用,C-O,C-N,Si-O内旋的势垒比C-C低，从而使聚酯， ? ? 聚酰胺、聚胺酯，聚二甲基硅氧烷等柔性好? ?取代基的影响：取代基的极性，沿分子链排布距离，在主链上对称性，体积均有影响 ? ?交联的影响：因交联附近的单键内旋转受阻碍，交联度大时，柔性↓↓
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