第五章金属键与金属及半导体、绝缘体的颜色
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第五章_物质结构基础
道尔顿原子理论（19世纪初） – 每一种化学元素有一种原子； – 同种原子质量相同，不同种原子 质量不同； – 原子不可再分； – 一种原子不会转变为另一种原子； – 化学反应只改变了原子的结合方式， 使反应前的物质变成反应后的物质。
德谟克利特 (460 ~ 370 B.C.)
道尔顿 (J. Dalton)
α粒子散射实验
10
第五章 物质结构基础
3）为何质子的总质量小于原子的质量？
— 原子核中还存在着质量与质子相当但是电中性的 微粒，即中子。 4）英国人莫斯莱用实验测定了各种原子的电荷数，证明 原子核内质子数和核外电子数都恰好等于原子序数。
5）电子像行星绕太阳运转一样绕
原子核运动，建立了原子结构 的“行星式模型”。这是人类认 识微观世界的重要里程碑，这 个模型已成为现代科学技术的 象征。
2
第五章 物质结构基础
目 录
5.1 氢原子结构 5.2 多电子原子的结构
5.3 元素周期律及元素某些性质的周期性
5.4 金属键与金属晶体
5.5 离子键与离子晶体
5.6 共价键与分子晶体
5.7 分子间作用力
3
第五章 物质结构基础
5.1 氢原子结构
5.1.1 原子轨道和四个量子数 5.1.2 氢原子的结构及其电子云分布 5.1.3 氢原子的电子角度分布
15
第五章 物质结构基础
普朗克的量子假说
1900 年普朗克 (M. P1anck) 首 次提出了微观粒子具有量子化特征 的假说。
所谓微观粒子的量子化特征是指：
马克思 ·普朗克
如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小 单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化的，其变化 的最小单位就叫做这一物理量的量子。
德谟克利特 (460 ~ 370 B.C.)
道尔顿 (J. Dalton)
α粒子散射实验
10
第五章 物质结构基础
3）为何质子的总质量小于原子的质量？
— 原子核中还存在着质量与质子相当但是电中性的 微粒，即中子。 4）英国人莫斯莱用实验测定了各种原子的电荷数，证明 原子核内质子数和核外电子数都恰好等于原子序数。
5）电子像行星绕太阳运转一样绕
原子核运动，建立了原子结构 的“行星式模型”。这是人类认 识微观世界的重要里程碑，这 个模型已成为现代科学技术的 象征。
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第五章 物质结构基础
目 录
5.1 氢原子结构 5.2 多电子原子的结构
5.3 元素周期律及元素某些性质的周期性
5.4 金属键与金属晶体
5.5 离子键与离子晶体
5.6 共价键与分子晶体
5.7 分子间作用力
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第五章 物质结构基础
5.1 氢原子结构
5.1.1 原子轨道和四个量子数 5.1.2 氢原子的结构及其电子云分布 5.1.3 氢原子的电子角度分布
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第五章 物质结构基础
普朗克的量子假说
1900 年普朗克 (M. P1anck) 首 次提出了微观粒子具有量子化特征 的假说。
所谓微观粒子的量子化特征是指：
马克思 ·普朗克
如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小 单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化的，其变化 的最小单位就叫做这一物理量的量子。
第五章 过渡金属氧(硫)化物2013
二、金属氧化物的缺陷和半导体性质
非本征半导体： （1） n型半导体 容易给出电子的物质掺入到绝缘体或本征半导体中； 禁带中产生施主能级（Electron donor level)； 施主能级中的电子容易激发到导带中； 导电性靠施主能级中的电子激发到导带中。 （2） p型半导体 容易接受电子的物质掺入到绝缘体或本征半导体中； 禁带中产生受主能级（Electron acceptor level)； 受主能级能从价带接受电子，使价带中产生正空穴； 导电性靠受主能级接受电子产生的正空穴。
第五章 过渡金属氧硫化物催化剂及其催化
三、半导体催化剂的化学吸附与半导体的电子催化理论 1 、氧化物表面上的化学吸附：比金属复杂，研究起 来更困难 原因： l 表面有两种离子，阴离子和阳离子，相对量和 空间排布随晶面变化，不一定两种离子都参加同一吸 附过程 l 氧化物的热稳定性彼此相差很大，吸附态难以 研究 l复合氧化物表面组成很难确定 氧化物分类：半导体和绝缘体
③M2O3: M2O3:如Fe2O3,V2O5,Cr2O3,Rh2O3 C-M2O3:γ-Bi2O3, ④MO2:萤石,金红石,硅石 ⑤M2O5 & MO3: M2O5：V2O5-层状结构 MO3：WO3，MoO3
二、金属氧化物中的缺陷和半导体性质
结晶、无定形物质、配位多面体
l 固体的结构：结晶的、无定形的 结晶：结构基元(内部质点)在空间呈有序的周期性排列 每个原子周围的原子排列有序，构成配位多面体 配位多面体有序的连接 特征:短程有序，并长程有序 无定形：结构基元空间无序的排列 每个原子周围的原子排列有序,构成配位多面体 配位多面体无序的连接 特征:短程有序，但长程无序 l 活性位：固体表面具有催化活性的原子团结构or纳米簇 固体的表面结构
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
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处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
energy band
金属晶体
1、金属键( Metallic bond )
(1) 自由电子气模型
在金属晶体中，金属元素的价电子为所 有原子（或离子）所共有，可以在整个金属 晶格的范围内自由运动，称为自由电子(free Electrons )。
金属借助这些自由电子与金属离子之间 的作用力而结合成晶体，此作用力则称为金 属键。
（2）能带理论（Energy band theory )
（1）由于晶体中原子之间的相互作用，而使 原子某个轨道的能级分裂成一组能量非 常相近的能级，称为能带。 一个能级中所含能级的数量与晶体中原 子的个数相同。
(2) 电子在能带中的排布仍然遵守能量最低原 理、泡利原理和洪特规则。
(3) 能级分为满带、导带和空带： 全部被电子充满的能带称为满带。 部分被电子充满的能带称为导带。在电 场的作用下，导带中的电子可以从较低能 级跃迁到较高能级，形成电流。 没有电子的能带称为空带。
米能级附近的电子能级由准连续能级（能带） 变为离散能级，能级间隙变宽的现象，称为 量子尺寸效应。
（2）表面效应 由于纳米材料具有巨大的表面积，因此
体系具有巨大的表面能和表面活性。
(4) 能带之间的区域称为禁带。 禁带宽度：金属：0～1eV 半导体：< 3eV 绝缘体：>5 eV
金属
空
带
半导体
绝缘体
3、纳米材料和纳米结构 尺度范围在1 – 100nm（10-7 – 10 -9 m）之
间的材料，称为纳米材料。
γ-Al2O3
TiO2
氮化硅纳米丝
Байду номын сангаас
纳米结构的特殊性质：
（1）量子尺寸效应： 当体系尺寸下降到某一数值时，金属费
1、金属键( Metallic bond )
(1) 自由电子气模型
在金属晶体中，金属元素的价电子为所 有原子（或离子）所共有，可以在整个金属 晶格的范围内自由运动，称为自由电子(free Electrons )。
金属借助这些自由电子与金属离子之间 的作用力而结合成晶体，此作用力则称为金 属键。
（2）能带理论（Energy band theory )
（1）由于晶体中原子之间的相互作用，而使 原子某个轨道的能级分裂成一组能量非 常相近的能级，称为能带。 一个能级中所含能级的数量与晶体中原 子的个数相同。
(2) 电子在能带中的排布仍然遵守能量最低原 理、泡利原理和洪特规则。
(3) 能级分为满带、导带和空带： 全部被电子充满的能带称为满带。 部分被电子充满的能带称为导带。在电 场的作用下，导带中的电子可以从较低能 级跃迁到较高能级，形成电流。 没有电子的能带称为空带。
米能级附近的电子能级由准连续能级（能带） 变为离散能级，能级间隙变宽的现象，称为 量子尺寸效应。
（2）表面效应 由于纳米材料具有巨大的表面积，因此
体系具有巨大的表面能和表面活性。
(4) 能带之间的区域称为禁带。 禁带宽度：金属：0～1eV 半导体：< 3eV 绝缘体：>5 eV
金属
空
带
半导体
绝缘体
3、纳米材料和纳米结构 尺度范围在1 – 100nm（10-7 – 10 -9 m）之
间的材料，称为纳米材料。
γ-Al2O3
TiO2
氮化硅纳米丝
Байду номын сангаас
纳米结构的特殊性质：
（1）量子尺寸效应： 当体系尺寸下降到某一数值时，金属费
第五章 金属金属多重键化学
实际上从 — δ 跃迁到 — δ* 除了δ与δ*的能级差以外，还需要考虑电
子成对能或电子相关能在。在Mo24-体系中，δ→δ*的跃迁能是 18000cm-1, 其中电子相关能12000cm-1，轨道能级差只有6000cm-1,约70 KJmol-1.
从电子吸收光谱可以判断δ键是否存在， 由于δ*激发态寿命属μs级较 长，能引发一些光化学反应过程，主要是多电子氧化还原光化学过程。 例如， Mo2[O2P(OC6H5)2]4 在ClCH2CH2Cl存在时，用光（500nm)照射， 二氯乙烷转变为乙烯，2个Cl原子加成到2个Mo原子上发生2电子氧化，这 类光化学反应称为“缓发生光化学反应”。
配体类型：
OCH3
H3CO
OCH3
H3CO
OCH3 H3CO
N
O
Cl
NO
合成方法：
LiBu
H3CO
OCH3
H
H3CO
H3C N NH
H3C
N
O
Cr2(O2CCH3)4
OCH3
H3CO
OCH3
Cr Cr
4
LiBu
Cr2(O2CCH3)4
H3C N NH2
H3C N NH
H3C N NH
Cr Cr 4
Cr-Cr 184.7 ppm ‘超短键’(supershort bonds) M-M距离小于190pm
L
L
L M
L ML L
Mo2(NMe2)6分子的结构
M-M 221.4 pm
4. 2 金属金属四重键
1. 自1964年首次证实[Re2Cl8]2-中存在M-M四重键，目前已制备出数百种化 合物。涉及金属：Cr， Mo， W， Tc， Re；
电子行业第五章固体电子论基础
电子行业第五章固体电子论基础引言在电子行业中，固体电子论是一门重要的学科。
它涉及到电子学中固态材料中电子行为的研究和应用。
本文将介绍固体电子论的基础知识，包括固体材料的能带结构、载流子行为和导电性等方面。
1. 固体材料的能带结构固体材料的能带结构是固体电子论中的基本概念。
能带结构描述了固体材料中电子的能量分布情况，决定了材料的导电性质。
1.1 带隙带隙是固体材料能带结构中的一个重要概念。
它指的是能带之间的能量差，代表了材料的导电性质。
根据带隙的大小，材料可以分为导体、绝缘体和半导体。
•导体：带隙非常小或者没有带隙，导电性能较好，如金属材料。
•绝缘体：带隙非常大，几乎没有自由电子，不导电，如陶瓷材料。
•半导体：带隙介于导体和绝缘体之间，导电性能可以通过控制添加杂质来改变，如硅、锗等材料。
1.2 能带能带是固体材料在能量-动量空间中的能级分布。
根据波函数周期性的性质，可以将能带分为价带和导带。
•价带：位于较低能量范围的带，包含了大量的价电子，与共价键形成，对材料的导电性有重要影响。
•导带：位于较高能量范围的带，包含了能够自由运动的载流子，可以贡献电流。
2. 载流子行为固体电子论中，载流子是指固体材料中自由运动的电子或正孔。
了解载流子行为有助于理解材料的导电性质和电子器件的工作原理。
2.1 电子电子是带负电的基本粒子，是固体材料中最常见的载流子。
在导体中，电子可以自由地在导带中移动，从而形成电流。
2.2 正孔正孔是电子带正电的现象。
当材料中存在缺电子的位置时，电子从相邻原子跳到这个位置上，同时会在原来位置上留下一个相当于正电荷的空位。
这个空位被称为正孔，它可以像自由电子一样在价带中移动，也可以贡献电流。
2.3 有效质量有效质量是指固体材料中载流子的运动性质类似于自由电子时的质量。
由于固体材料中载流子的运动受到晶体结构和电场等因素的影响，其运动性质可能会有所改变。
有效质量的概念可以用于描述载流子的运动性质和参与电子行为的程度。
金属工艺学下学期课件第五章
第五章 电子设备制造基础
5.2 集成电路制造工艺
二、集成电路的工艺技术 1．阱(well)工艺结构 ． 工艺结构 在硅衬底上所形成的不同掺杂类型的衬底称为阱。阱由 离子注入和扩散形成，掺杂为N型称为N型阱，掺杂为P型称 为P型阱。在同一硅片上形成N型阱和P型阱，称为双阱 (Twin—well)。 利用高能的离子注入，不经过扩散．直接在硅片中的某 一深度上形成杂质分布，称为倒装阱。倒装阱的特点是不同 阱之间横向扩散少，阱表面浓度较低，有利于器件特性的改 善。
5.2 集成电路制造工艺
四、集成电路的封装技术 值得注意的是芯片载体封装形式将是双列直插式封装的 发展必然趋势
第五章 电子设备制造基础
5.3 壳体及插接件的制造技术
一、板料冲压（wrench punch） 板料冲压（ ） 主要利用弯曲(bend)工艺，将型材、板材弯曲成一定角度 形成一定形状而成 二、铸造结构 利用铸造(casting)方法可以制成形状复杂且结构不对称的 机箱 三、焊接结构 壳体类焊接(welding)的基本要求必须做到：机箱的所有 焊缝应均匀、不得有烧穿或漏焊，焊渣应清除干净，外表面 的焊缝应整齐美观。 四、塑料机箱
第五章 电子设备制造基础
5.2 集成电路制造工艺
三、集成电路的制造工艺 2．双极集成电路制造工艺 ． 以NPN为例。其器件形成 过程如图 (1)衬底准备 (2)埋层形成 (3)外延层生长 (4)隔离区形成 (5)深集电极接触形成 (6)基区形成 (7)发射区形成 (8)金属接触和布线
第五章 电子设备制造基础
5.2 集成电路制造工艺
四、集成电路的封装技术 集成电路的封装(packaging)是指将电路的芯片封固在一 定的外壳之中，以提供电连接及机械和环境保护。 (1)双列直插式 (2)扁平封装 (3)金属圆形、菱形封装 (3)
第五章第1节 金属材料与金属矿物(共68张PPT)
知识点二
金属矿物的开发利用
1.金属在自然界中的存在形式 游离 金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以 态存在；化学性质较活泼的金属在自然界 化合 中以 态存在。 2．金属冶炼的一般步骤 (1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的 还原剂 含量。 还原 (2)冶炼：利用氧化还原反应，用 把金 属矿石中的金属离子 成金属单质。 (3)精炼：提纯金属。
低碳钢 → 根据含碳量高低 中碳钢 → 根据化学成分→碳素钢 钢 → 高碳钢 →合金钢
(2)有色金属材料——铜和铝 ①铜合金 青铜 ，常见的铜合金还有 我国使用最早的合金是 黄铜 和 白铜 。 ②铝合金
常见种类：硅铝合金、镁铝合金、硬铝 小 、强度 高 、塑性 好 、易于加工、成本低 密度 性质特抗腐蚀能力 建筑业 主要用途 容器和包装业 交通运输及电子行业
熟记5个化学方程式 2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3(铜锈)， 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O， Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O， △ Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O， △ Cu(OH)2=====CuO＋H2O。
[特别提醒] (1)金属活动性顺序中，金属的位 置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位 置越靠前，其阳离子越难被还原。一般来说在 金属活动顺序表中，排在Cu以后的用分解法或 直接提纯，排在Al以后和Cu以前用还原法，排 在Al以前的用电解法冶炼。 (2)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点 太高)。 (3)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价 化合物，熔融时不导电)。 (4)用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能 得到精铜。
金属键金属晶体完整版课件
2．金属特性
特性
解释
在外电场作用下，自由电子在金属内部发生 导电性
____定__向__移__动_____，形成电流 通过__自__由__电__子_____的运动把能量从温度高 导热性
的区域传到温度低的区域
由于金属键无__方__向__性___，在外力作用下，金
延展性 属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子
A．铁的熔点比生铁的熔点高 B．镁的熔、沸点低于钙 C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点高于钾
【解析】 一般来说，合金的熔点比成分金属的熔点 低，A正确。r(Mg)<r(Ca)且Mg和Ca的价电子数相同，故熔 沸点：Mg>Ca，B不正确。r(Mg)<r(K)且价电子数： Mg>K，故硬度Mg>K，C正确。r(Ca)<r(K)且价电子数： Ca>K，故熔、沸点：Ca>K，D正确。
【解析】 A：Hg在常温下为液态。C：r(Ca)<r(K)且 价电子数Ca>K，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K。 D：金属的导电性随温度升高而降低。
【答案】 B
晶胞中粒子数目的计算——均摊法
【问题导思】 ①如何分析金属晶体内部的原子在三维空间里呈周期 性有序排列？ ②如何确定一个晶胞中含有的粒子数？
自由电子 键 面心立方和六方 性，有金属光泽
1．金属晶体中有阳离子，无阴离子。 2．主族金属元素原子单位体积内自由电子数多少，可 通过价电子数多少进行比较。
金属中的金属键越强，其硬度越大，熔、沸点 越高，且据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价 电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是 ()
之间仍保持__金__属__键_____的作用
1．(1)金属中的自由电子来源于金属原子中的哪部分电 子？
九年级化学 5.1 金属与金属矿物课件3
（2）为何不宜用钢刷来擦洗铝制餐具？
第九页，共十二页。
金属(jīnshǔ)的化学性质
1金属与氧气反应：
A铁丝 在氧气中燃烧现象 (tiě sī)
火星四射、放出热量(rèliàng)，生成黑色物质
_________3_F_e_+ __2_O_2 点燃 Fe3O4
化学方程式：________铝_表_面_颜__色_变_暗_，_失__去_金_属_光__泽 B铝在空气中加4热Al现+ 象3O__2 _加__热___2A_l_2O_3_____
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
内容(nèiróng)总结
第五章 金属与矿物。第一节 金属与金属矿物。可用于制造炊具(chuī jù)，说明具有____性，。1、金属光 泽：大多数金属呈钢灰色或银白色，但铜是红色，金呈黄色。最易熔的是汞，常温下是液体。C纯铁在潮湿的 空气中容易生锈 D纯铁较软。A真空食品用铝箔长久包装 B用铝合金制作飞机的机壳。C用铝锅长时间盛放菜肴 D炸油条使用明矾。铁可以拉丝、压成铁片是利用了铁的_____性。铜、铁、铝都能与氧气反应。答：
第五章 金属 与矿物 (jīnshǔ)
第一节 金属 与金属 矿物 (jīnshǔ)
(jīnshǔ)
第一页，共十二页。
• 铜： 是一种__红__色有金属光泽的金属，质
__软__， 可用于制造(zhìzào)导线，说明具导有电_(d_ǎo_di_àn)性。 可用于制造炊具，说明具有_导_热__(d性ǎorè)， 可抽成铜丝，敲打成片，说明具有_延_展__
A C纯铁在潮湿的空气中容易生锈(shēnɡ xiù) D纯铁较软
2 家用的钢铁制成的锅铲上部，常加一木柄或塑料 柄，这说明铁具有的性质是（ ）
A铁是热的良导体 B铁是电的导体
第九页，共十二页。
金属(jīnshǔ)的化学性质
1金属与氧气反应：
A铁丝 在氧气中燃烧现象 (tiě sī)
火星四射、放出热量(rèliàng)，生成黑色物质
_________3_F_e_+ __2_O_2 点燃 Fe3O4
化学方程式：________铝_表_面_颜__色_变_暗_，_失__去_金_属_光__泽 B铝在空气中加4热Al现+ 象3O__2 _加__热___2A_l_2O_3_____
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
内容(nèiróng)总结
第五章 金属与矿物。第一节 金属与金属矿物。可用于制造炊具(chuī jù)，说明具有____性，。1、金属光 泽：大多数金属呈钢灰色或银白色，但铜是红色，金呈黄色。最易熔的是汞，常温下是液体。C纯铁在潮湿的 空气中容易生锈 D纯铁较软。A真空食品用铝箔长久包装 B用铝合金制作飞机的机壳。C用铝锅长时间盛放菜肴 D炸油条使用明矾。铁可以拉丝、压成铁片是利用了铁的_____性。铜、铁、铝都能与氧气反应。答：
第五章 金属 与矿物 (jīnshǔ)
第一节 金属 与金属 矿物 (jīnshǔ)
(jīnshǔ)
第一页，共十二页。
• 铜： 是一种__红__色有金属光泽的金属，质
__软__， 可用于制造(zhìzào)导线，说明具导有电_(d_ǎo_di_àn)性。 可用于制造炊具，说明具有_导_热__(d性ǎorè)， 可抽成铜丝，敲打成片，说明具有_延_展__
A C纯铁在潮湿的空气中容易生锈(shēnɡ xiù) D纯铁较软
2 家用的钢铁制成的锅铲上部，常加一木柄或塑料 柄，这说明铁具有的性质是（ ）
A铁是热的良导体 B铁是电的导体