原子结构与键合

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 原子结构与键合,二、原子的结构,核外电子的排布规律,描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数,表示,三、元素周期表,元素：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据,同位素：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子,元素有两种存在状态：游离态和化合态,7个横行：周期按原子序数递增的顺序从左至右排列,18个纵行：16族-7个主族、7个副族、1个族、1个零族（Inert Gases）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。,原子序数核电荷数 周期序数电子壳层数,主族序数最 外 层 电 子 数 零族元素最外层电子数为8（氦为2）,价电子数,（Valence electron）,1.2 原子间的键合,一、金属键,典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子云。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,二、离子键,多数盐类、碱类和金属氧化物,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,三、共价键,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,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,实质,：金属原子 带正电的正离子,非金属原子 带负电的负离子,e,性质,：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体,四、范德华力,包括：静电力,、,诱导力和色散力,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,高分子材料中,范德华力,起重要作用，总的,范德华力超过化学键的作用，所以在除去范德华力作用前化学键早已断裂。,五、氢键,极性分子键：存在于HF、H,2,O、NH,3,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,无论何种结合键，固体原子间都存在两种力：吸引力和排斥力,原子间距离就是当引力等于斥力时原子之间的距离，此时原子间的相互作用势能最低,原子结合能,离子键、共价键的结合能最高,金属键次之,范德华力最低，（氢键稍高点）,1.3 高分子链,一、近程结构,（一）、结构单元的化学组成,1.,碳链高分子 聚乙烯,主链以,C,原子间共价键相联结 加聚反应制得,如 聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯,2.,杂链高分子 涤纶,主链除,C,原子外还有其它原子如,O,、,N,、,S,等，并以共价键联接，缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等,3.元素有机高分子 硅橡胶,主链中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素与O组成，其侧链则有机基团，故兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶,4.,无机高分子 二硫化硅,聚二氯,氮化磷,主链既不含,C,原子，也不含有机基团，而完全由其它元素所组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子量不高，并易水解,（二）、,高分子链结构单元的键合方式,1.均聚物结构单元键接顺序,单烯类单体中 除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称取代，故有三种不同的键接方式（以氯乙烯为例）,：,头头,尾尾,头尾,双烯类高聚物中，则更复杂，除有上述三种，还依双键开启位置而不同,2.共聚物的序列结构,按结构单元在分子链内排列方式的不同分为,（三）、高分子链的结构,不溶于任何溶剂，,也不能熔融，,一旦受热固化便,不能改变形状,热固性（thermosetting）,（四）、高分子链的构型,链的构型系指分子中原子在空间的几何排列，稳定的，欲改变之须通过化学键断裂才行,旋光异构体,由烯烴单体合成的高聚物 在其结构单元中有一不对称,C,原子，故存在两种旋光异构单元，有三种排列方式,几何异构：,双烯类单体定向聚合时，可得到有规立构聚合物。但由于含有双键，且双键不能旋转，从而每一双就可能有,顺式,反式,两种异构体之分，,对于大分子链而言就有,称为几何异构,二甲基丁二烯,二甲基丁二烯,二、远程结构,（一）、高分子的大小,高分子的相对分子质量M不是均一的，具有多分散性,平均相对分子质量,高分子链中重复单元数目称为聚合度,不仅影响高分子溶液和熔体的流变性质，,对加工和使用也有很大影响。,数均相对分子量,每链节的质量,对力学性能,起决定作用，,（二）、高分子的形状,主链以共价键联结，有一定键长 d和键角，每个单键都能内旋转（Chain twisting）故高分子在空间形态有m,n-1,(m为每个单键内旋转可取的位置数，n为单键数目),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,高分子链的总链长,均方根,（,三）、影响高分子链柔性的主要因素,高分子链能改变其构象的性质称为柔性,