第2章材料化学理论基础 2.1原子结构与化学键理论 2.2分子结构与分子性质 2.3配位化学与晶体场理论 2.4超分子化学 2.5缺陷化学 2
第2章 材料化学理论基础 2.1 原子结构与化学键理论 2.2 分子结构与分子性质 2.3 配位化学与晶体场理论 2.4 超分子化学 2.5 缺陷化学 2
2.1原子结构与化学键理 论 2.1.1不同历史时期的原子结构模型 2.1.2化学键、离子键与共价键 2.1.3价层电子对互斥理论 2.1.4杂化轨道理论-价健理论的改进 2.1.5分子轨道理论 2.1.6全属键理论
3 2.1 原子结构与化学键理 论 2.1.1 不同历史时期的原子结构模型 2.1.2 化学键、离子键与共价键 2.1.3 价层电子对互斥理论 2.1.4 杂化轨道理论-价键理论的改进 2.1.5 分子轨道理论 2.1.6 金属键理论
绪论：原子的起源和演化-宇宙之初 宇宙大爆炸
－宇宙之初 4
宇宙“大爆炸” 理论： 1932年勒梅特轧emaitre首次提出了现代宇宙大爆炸理 论： 现代宇宙学理论认为现今的宇宙起源于一次 “大爆炸 构成现今宇宙的所有物质在爆炸前聚集在一个密度极大、温 度极高的原始核中。由于某种未明原因，宇宙的原始核发 生 了大爆炸，碎片向四面八方散开，宇宙物质均 的分布到整 个宇宙空间。形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了 大量的H、少量的He及极少量的Li,然后经过或长或短的发 展过程，以上元素发生原子核的熔合反应（即，氢燃烧、 氨 燃烧、碳燃烧等过程→重元素的诞生)，分期分批的合成 了 其它元素。 5
宇宙“大爆炸”理论： 1932年勒梅特Lemaître首次提出了现代宇宙大爆炸理 论： 大爆炸” 。 构成现今宇宙的所有物质在爆炸前聚集在一个密度极大、温 度极高的原始核中。由于某种未明原因，宇宙的原始核发生 了大爆炸，碎片向四面八方散开，宇宙物质均匀的分布到整 个宇宙空间。形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了 大量的H、少量的He及极少量的Li，然后经过或长或短的发 展过程，以上元素发生原子核的熔合反应（即，氢燃烧、氦 燃烧、碳燃烧等过程→重元素的诞生），分期分批的合成了 其它元素。 5
开始，宇雷中只有中子中子的半衰期是678士305。一个中子发生表 变将同时得到一个质子、个电子和一个反中微子： N-p+e+Ve tv2=678s/60s=11.3min 这就是说，大爆炸后的第1lmin左右，整个宇充满着几乎等量的中子 (n)、质子(P)和电子(e-)，还有反中嫩Ve)。这时的温 度在500×106K左右。约经历了10个中子半衰期，即2h后，宇宙中的 绝大部分物质便是氢原子了，尽管其间也合成了相当数量的火氯原 子。其后，氢原子和氯原子凝集成星团，其它原子的产生从此开始。 哈勃→宇宙观察（光谱位移原理)-“蓝位移”，“红位移” 6
6 一开始，宇宙中只有中子。中子的半衰期是678±30s。一个中子发生衰 变将同时得到一个质子、一个电子和一个反中微子： N→p+e -+ νe t1/2=678s/60s=11.3min 这就是说，大爆炸后的第11min左右，整个宇宙充满着几乎等量的中子 （n）、质子（p）和电子（e-），还有反中微子（ νe ）。这时的温 度在500×106K左右。约经历了10个中子半衰期，即2h后，宇宙中的 绝大部分物质便是氢原子了，尽管其间也合成了相当数量的大氦原 子。其后，氢原子和氦原子凝集成星团，其它原子的产生从此开始。 哈勃→宇宙观察（光谱位移原理）-“蓝位移” ， “红位移
大爆炸理论 ◆20年代后期，爱德温·哈勃(Edwin Hubble 发现了”红移现象”， 说明宇宙正在膨胀。 ◆60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯Arn0 Penzias)和罗侑特·威尔逊(Robert Wilson) 发现了"宇宙微波背景辐射"。这两个发现给 大爆炸理论以有力的支持。现在，大爆炸 理论广泛地为人们所接受
7 大爆炸理论 u20年代后期，爱德温·哈勃(Edwin Hubble) 发现了”红移现象” ，说明宇宙正在膨胀。 u60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson) 发现了"宇宙微波背景辐射" 。这两个发现给 大爆炸理论以有力的支持。现在，大爆炸 理论广泛地为人们所接受
2.1.1不同历史时期的原子结 构模型 一元素论和原子论 8
－元素论和原子论 8
、 Democritus原子概念 通过对自然现象的观察，古希腊哲学家德漠克利特 (Democritus,约460-370BC)猜测，宇宙由空虚和 原子构成；每一种物质由一种原子构成，倒如，水由水原子 构成，铁由铁原子构成，…；原子是物质景小的、不可再分 的、永存不变的微粒。 模糊的原子假说 把构成物质的最小单位叫原子(atom)。 9
1、Democritus原子概念 通过对自然现象的观察，古希腊哲学家德谟克利特 （Democritus，约460－370 B C)猜测， 把构成物质的最小单位叫原子(atom)。 9 模糊的原子假说
2、Dalton原子论 Dalton于1801年引入原子的假说，于1805年明确地提 出他的原子论，其理论要点有： 1.元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，是既不能创造， 也不能毁灭和不可再分割的； 2同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同，不同种元素 的原子在形状、质量及各种性质上则各不相同； 3.不同元素原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。 化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质 量之总和。 10 为近代化学的发展奠定了重要的基础
2、 Dalton Dalton于1801年引入原子的假说，于1805年明确地提 出他的 ，其理论要点有： 1.元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，是既不能创造， 也不能毁灭和不可再分割的； 2.同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同，不同种元素 的原子在形状、质量及各种性质上则各不相同； 3.不同元素原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。 化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质 量之总和。 10 为近代化学的发展奠定了重要的基础
3、 原子结构的“葡萄干布丁”模型 1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，提出原子结构的 “葡萄干布丁”模型。结论：原子是一个平均分布着正电荷 的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而成了中 性原子。 英国物理学家 汤姆生 11
3、原子结构的“葡萄干布丁”模型 1897年，英国科学家 ，提出原子结构的 “葡萄干布丁”模型。结论：原子是一个平均分布着正电荷 的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而成了中 性原子。 11