1第一章原子结构和键合(2h)
吉林大学材料科学基础考研名词解释
第一章原子结构与键合1. 决定材料性能的根本因素：2.物质的组成：3.原子的结构：4.原子的电子结构：6.核外电子的排布原则：7.元素周期表的基本规律：8.原子的键合：（每种键合的概念+特点）9.高分子键：聚合度：10.分子链的几何形态：11.结构单元的键接方式：11.共聚物的连接方式：12.高分子的大小：13.影响高分子链柔性的主要因素：第二章固体结构1. 晶体：非晶体：2.晶体与非晶体物质的区别：3.各项异性各项同性：4.远程有序：近程有序5.阵点：点阵：6.晶胞：7.晶系：晶格常数：棱边夹角：8.晶胞的特点：9.七大晶系：10.14种布拉维点阵：11.空间点阵：晶体结构：12.晶向指数：晶面指数：13.晶向族：晶面族：14.六方晶系指数的求法：15.晶带：晶带轴：共带面：晶带定律：16.晶面间距：17.倒易点阵：18.金属的晶体结构：概念：典型的金属晶体结构：点阵常数致密度：配位数：堆垛方式：间隙的作用：19.多晶型性：20.合金：组元：相：固溶体：中间相：21.置换固溶体：影响置换固溶体溶解度的因素：22.间隙固溶体：23.固溶体的微观不均匀性：24.固溶体的特点及性质：25.典型的几种中间相：26.金属间化合物的特点及性质：27.离子晶体：28.离子晶体的结构规则：29.典型的离子晶体结构：30.共价晶体：31.聚合物晶态：概念+特点32.聚合物的晶体形态：33.聚合物晶体结构的模型：34.准晶态结构：35.液晶态结构：36.非晶态结构：37.晶体与非晶体的区别与联系：。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 原子结构与键合)【圣才出品】
第1章 原子结构与键合一、简答题1．固体材料中，内层电子状态通常用哪些量子数描述？外层电子状态通常使用的量子数有哪些？答：固体材料中内层电子状态通常用主量子数n、角（动量）量子数l、磁量子数m 和自旋量子数m s来描述。
固体材料中外层电子状态通常用电子波矢（k x，k y，k z）和自旋量子数m s来描述。
2．原子中一个电子的空间位置和能量可用哪4个量子数来决定？答：主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数s i。
3．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？答：能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund规则。
4．在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？它的性质如何递变？答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素最外层电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。
5．何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？答：在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然而它们的化学性质相同，这种物质称为同位素。
由于各同位素所含的中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同6．原子间的结合键共有几种？各自的特点如何？答：7．S的化学行为有时像2价的元素，而有时却像4价元素。
试解释S这种行为的原因。
答：S的最外层电子为3s23p4。
S与H结合成H2S时，接受2个电子，故为2价；S 与O结合成SO2时，此时S供给4个电子，故为4价。
8．尽管HF的相对分子质量较低，试解释：为什么HF的沸腾温度（19.4℃）要比HCI的沸腾温度（－85℃）高？答：由于HF分子间结合力是氢键，而HCI分子间结合力是范德瓦耳斯力，氢键的键能高于范德瓦耳斯力的键能，因此HF的沸点要比HCI的高。
上海工程技术大学806材料科学基础2020年考研专业课初试大纲
上海工程技术大学
硕士研究生入学考试《材料科学基础》考试大纲
报考专业：材料学
考试科目：材料科学基础
考试代码：806
考试参考书：胡赓祥、蔡珣主编．材料科学基础．上海交通大学出版社．2000考试总分：150分
考试时间：3小时
一、考试目的与要求
《材料科学基础》是材料科学与工程专业一级学科的专业基础课。
该课程从材料的成分、组织结构、制备工艺、性能及应用等角度出发，全面地介绍了材料科学的基础理论知识，为学生学习后续相关材料课程和今后从事材料专业的工作奠定基础。
要求考生：(1) 掌握材料科学的基础理论，包括材料微观结构随成分、温度转变的基本规律，以及成分、组织结构、性能之间关系；(2) 掌握材料的基本理论，包括晶体学基础、晶体缺陷、合金相结构和固态扩散理论；(3) 能根据材料科学基础理论，掌握理论分析实际问题的方法和思路；(4) 理解和熟悉材料的科学实验方法和有关的实验技术、材料研究的新技术和新成果，包括相变理论和强韧化理论新成果及新材料研究进展等。
二、考试内容
第一章原子结构与键合
1．原子结构
2．原子间的键合
3．高分子链
复习重点：原子结构；原子间的键合；化学键、物理键和氢键；高分子链。
1。
第一章原子的结构与键合ppt课件
（1）共价键的定义 ➢ 有些同类原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多数元
素或电负性相差不大的原子互相接近时，原子之间不产生 电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合。
（2）共价键的特点 ➢ 共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形
成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。
由于金属键即无饱和性又无方向 性，因而每个原子有可能同更多 的原子结合，并趋于形成低能量 的密堆结构，当金属受力变形而 改变原子之间的相互位置时不至 于破坏金属键，这就使金属具有 良好的延展性。
金属变形时，由金属键结 合的原子可变换相对位置
（3）金属键型晶体的特征 良好的导电、导热性：
自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作 用下）导热。
金属键模型
电子气 金属离子
图 金属键与金属晶体
© 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™
图 金属键与金属晶体
图 金属键、金属的导电性和金属的变形
问题1：金属具有良好导电、导热性能的原因？ （自由电子的存在）
问题2：金属具有良好延展性的原因？
Pauli不相容原理(Pauli principle) 在一个原子中，不可能存在四个量子数 完全相同的两个电子。
Hund规则(Hund ’s rule) 在同一亚层中的各个能级中， 电子的排布尽可能分占不同 的能级，而且自旋方向相同
IA
1 H IIA 2 Li Be
碱金属
碱土金属 过渡元素
主族金属
第一节 原子结构
1.1.1 物质的组成
一切物质都是由无数微粒按一定 的方式聚集而成的。这些微粒可能 是分子、原子或离子。
第1章 原子与结构键合教案2
1.1 原子的结构(量子数，电子排布，周期表1.3 原子的性质（半径，电负性） 1.4 化学键的力学模型（原子结构与性质对材 料宏观性质的影响）
弹性模量，熔点，热膨胀系数——原子间作用力 密度——原子量，原子半径，配位数 电导率——化学键
横行→周期，共七个周期。周期的开始对应着电子进入新的壳层， 周期的结束意味着该主量子数的S态和P态已充满。 纵行→族， 18个纵行，7个主族、7个副族、 1个Ⅷ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）
实际上只要ΔX≠0，都包含一定的离子键成分。计算离子键的所占比例的经验公式：
离子键%=1－exp[-1/4*（XA－XB）2] 式中XA、XB分别为A、B元素的电负性值。
实际材料以一种键合为主，辅以其它键合
四、元素周期表
元素（Element）：具有相同质子数的同一类原子总称，质子数 是划分元素的依据 同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元 素的原子如： C612 ，C613 元素有两种存在状态：游离态和化合态
1869年，俄国化学家门捷列夫发现元素性质是按原子相对质量的增加而呈周期 性变化的，这一重要规律称为原子周期律。 →内部原因是由于原子核外电子的排列随原子序数的增加呈现周期性的变化。 →元素周期表：把所有元素按照相对原子质量及电子分布方式排列成的表； 从根本上揭示了自然界物质的内在联系。
（原子半径和离子半径还与配位数和电负性等其他有关，需要校正。一般 说，配位数高,半径显得大。为便于比较，金属晶体统一折算成配位数为 12的半径，离子晶体统一折算成配位数为6的半径）
材料科学基础复习题及答案
单项选择题：（每一道题1分）第1章原子结构与键合1.高分子材料中的C-H化学键属于。
（A）氢键（B）离子键（C）共价键2.属于物理键的是。
（A）共价键（B）范德华力（C）氢键3.化学键中通过共用电子对形成的是。
（A）共价键（B）离子键（C）金属键第2章固体结构4.面心立方晶体的致密度为 C 。
（A）100% （B）68% （C）74%5.体心立方晶体的致密度为 B 。
（A）100% （B）68% （C）74%6.密排六方晶体的致密度为 C 。
（A）100% （B）68% （C）74%7.以下不具有多晶型性的金属是。
（A）铜（B）锰（C）铁8.面心立方晶体的孪晶面是。
（A）{112} （B）{110} （C）{111}9.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。
（A）fcc （B）bcc （C）hcp10.在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒不属于一下哪种强化方式？（A）复合强化（B）弥散强化（C）固溶强化11.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。
（A）氮（B）碳（C）硼12.以下属于正常价化合物的是。
（A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C第3章晶体缺陷13.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系？（A）垂直（B）平行（C）交叉14.能进行攀移的位错必然是。
（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错15.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为。
（A）肖特基缺陷（B）弗仑克尔缺陷（C）线缺陷16.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为（A）肖脱基缺陷（B）Frank缺陷（C）堆垛层错17.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（A）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金18.大角度晶界具有____________个自由度。
（A）3 （B）4 （C）5第4章固体中原子及分子的运动19.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。
（A）距离（B）时间（C）温度20.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。
材料科学基础课后习题答案1-4章
第一章原子结构与键合1. 主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数S i。
2. 能量最低原理、Pauli不相容原理，Hund规则。
3. 同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低；4. 在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。
由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。
5. 52.0576. 73% (Cu63); 27% (Cu65)8. a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体10．a) Al2O3的相对分子质量为M=26.98×2+16×3=101.961mm3中所含原子数为1.12*1020（个）b) 1g中所含原子数为2.95*1022（个）11. 由于HF分子间结合力是氢键，而HCl分子间结合力是范德化力，氢键的键能高于范德化力的键能，故此HF的沸点要比HCl的高。
第2章固体结构1．每单位晶胞内20个原子2．CsCl型结构系离子晶体结构中最简单一种，属立方晶系，简单立方点阵，Pm3m空间群，离子半径之比为0.167/0.181=0.92265，其晶体结构如图2-13所示。
从图中可知，在<111> 方向离子相接处，<100>方向不接触。
每个晶胞有一个Cs+和一个Cl-，的配位数均为8。
3．金刚石的晶体结构为复杂的面心立方结构，每个晶胞共含有8个碳原子。
金刚石的密度(g/cm3)对于1g碳，当它为金刚石结构时的体积(cm3)当它为石墨结构时的体积(cm3)故由金刚石转变为石墨结构时其体积膨胀4.]101[方向上的线密度为1.6. 晶面族{123}=(123)+(132)+(213)+(231)+(321)+(312)+)231(+)321(+)132(+)312(+)213(+)123(+)321(+)231(+)312(+)132(+)123(+)213(+)312(+)213(+)321(+)123(+)132(+)231(晶向族﹤221﹥=[221]+[212]+[122]+]212[+]122[+]221[+]122[+]212[+]221[+]122[+]221[+]212[7. 晶带轴[uvw]与该晶带的晶面(hkl)之间存在以下关系：hu+kv+lw=0；将晶带轴[001]代入，则h×0+k×0+l×1=0；当l=0时对任何h,k取值均能满足上式，故晶带轴[001]的所有晶带面的晶面指数一般形式为(hk0)。
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记材料科学基础笔记第⼀章原⼦结构与键合概述：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原⼦结构，原⼦间的相互作⽤、相互结合，原⼦或分⼦在空间的排列分布和运动规律以及原⼦集合体的形貌特征等。
为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的⽭盾性找出改善和发展材料的途径。
第⼀节原⼦结构1 物质的组成物质是由⽆数微粒按⼀定⽅式聚集⽽成的，这些微粒可能是原⼦、分⼦或离⼦；分⼦是能单独存在且保持物质化学特性的⼀种微粒；原⼦是化学变化中的最⼩微粒。
2 原⼦的结构（原⼦结构直接影响原⼦间的结合⽅式）3 原⼦的电⼦结构3.1电⼦既有粒⼦性⼜具有波动性，具有波粒⼆象性。
3.2电⼦的状态和在某处出现的机率可⽤薛定谔⽅程的解/波函数来描述，即原⼦中每个电⼦的空间位置和能量可⽤四个量⼦数来确定：a主量⼦数（n）：决定原⼦中电⼦的能量及与核的平均距离（⼀般能量低的趋向近轨道,r较⼩，反之则反），即表⽰电⼦所处的量⼦壳层。
如K、L、M…，n=1,2,3；b 轨道⾓动量量⼦数（l）：表⽰电⼦在同⼀壳层内所处的能级，与电⼦运动的⾓动量有关。
如s、p、d、f…（0，1，2，…n-1）；c 磁量⼦数（m）：给出每个轨道⾓动量量⼦数的能级数或轨道数，为2l+1,决定电⼦云的空间取向；d ⾃旋⾓动量量⼦数（s）：反映电⼦不同的⾃旋⽅向，其值可取*只有n,l决定能量和能级3.3能级和能级图把电⼦不同状态对应着相同能量的现象称为简并。
将所有元素的各种电⼦态（n，l）按能量⽔平排列成能级图。
3.4核外电⼦的排布规则a 能量最低原理：电⼦的排布总是尽可能使体系的能量最低；b Pauling不相容原理：在⼀个原⼦中，不可能有上述运动状态完全相同的两个电⼦，即不能有上述四个量⼦数都相同的两个电⼦；c 洪德Hund规则：在同⼀个亚层中的各个能级中，电⼦的排布尽可能分占不同的能级，⽽且⾃旋⽅向相同（尽可能保持⾃旋不成对）；3.5 元素周期表元素是具有相同核电荷数的同⼀类原⼦的总称；元素的外层电⼦结构随着原⼦序数的递增⽽呈周期性的变化规律称为元素周期律；元素周期表是元素周期律的表现形式；元素的性质、原⼦结构和该元素在周期表中的位置三者之间有着密切的关系。
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※1原子结构 （Atomic Structure ）
一、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。
18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ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）
M.Plank和A.Einstein量子论 Rutherford 原子有核模型
原子结构的量子理论
Bohr atomic model玻尔认为电子在核外是分层排布的，在一定轨道中运动 的电子既不吸收能量也不放出能量。
原子核（nucleus)：位于原子中心、带正电
质子（proton）：正电荷m＝1.6726×10-27kg 中子（neutron）：电中性m＝1.6748×10-27kg
2、包利不相容原理：1925年由奥地利物理学家泡利(19001958)而得名。原子中不能有2个电子处于同一量子态上。泡利 本人获得了1945年度的诺贝尔物理学奖。(泡利原理又可表述为原子内
不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的4个量子数即主量子数n、角量子数l、 磁量子数ml以及自旋磁量子数ms)(主电子壳层为n时，最多容纳电子数为2n2)
同周期元素：左 电离能↑，核失电电荷子↑，能原力↓子，半得径电↓子能力↑右，金属性↓，非金属性↑ 同主族元素：上 最外电层离电能子↓，数失相电同子，能电力子↑，层得数↑电，子原能子力半↓径↑下，金属性↑，非金属性↓
※2原子间的键合 ( Bonding type with other atom)
3、洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道) 上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后 来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则 可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充。
（全充满、半充满和全空状态，能量较低）
洪特规则特例：
三、元素周期表（periodic Table of the Eleent）的方向，取值为＋ 1 或- 1 22
主电子数n决定不同电子能级能量的大小和核外电子离核的远近（电子壳 层）。n值越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。角量子数li表示电子 在核外空间某个方向原子轨道的性状（原子轨道角度分布的基本图像）（同 一壳层的电子按能量高低又分为不同的电子亚层如0、1、2、3、4……对应s、 p、d、f、g……）。磁量子数 mi决定原子轨道在空间的取向（如当li =1即p轨
道时， mi为3，当li =2即d轨道时， mi为5）。自旋量子数 ms表示电子绕一个
通过自己中心的轴所作自旋运动的方向取值为 +1/2和-1/2 。
核外电子的排布（electron configuration)规律
1、原子核外电子的排布遵循能量最低原理：先占有能量最低的 轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较 高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低。K、L、M……即
i
electron shell
轨道动量量子数li：与sh电ap子e 运of动t的he角e动le量ct有ro关n ，su取bs值he为ll0，1，2，n 1, s，p，d，f
磁量子数mi：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向，取值为-li，-(li 1), 1, 0,1,li
spatial orientation of an electron cloud
金属键（Metallic bonding）
化学键（Chemical bonding）离子键（Ionic bonding） 主价键primary interatomic bonds
物理键（physical
共价键（covalent bonding),次价键(Secondary
bonding） bonding)，亦称Van
材料的微观结构（Microstructure of Materials）
决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构，原子间相互作用，相互结
合，原子或分子在空间的排列，运动规律，以及原子集合体的形貌特征 。
第一章原子结构和键合
Atomic Structure and Interatomic Bonding
元素（Element）：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（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子 C162，C163，C164
元素有两种存在状态：游离态和化合态（Free State& Combined Form)
7个横行（Horizontal rows)周期（period）按原子序数（Atomic Number)递增的 顺序从左至右排列
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）
m＝9.109510-31kg，约为质子的1/1836
描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数表示
主量子数n
：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Q
dH2O=0.2nm M(H2)为2 ， M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒
二、原子的结构
1 8 7 9 年 ， J.J Thomson 汤 姆 森 发 现 电 子 （ 阴 极 射 线 ） 。 1 9 11 年 ， E.Rutherford卢瑟福提出原子结构有核模型。1913年，N.Bohr玻尔将