第三章材料的原子結(jié)構(gòu)和原子

第三章材料的原子結(jié)構(gòu)和原子第一頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日原子的聚集態(tài)★自然界中，元素難得以原子態(tài)存在，基本上均以分子或液態(tài)及固態(tài)存在。液態(tài)及固態(tài)統(tǒng)稱(chēng)為凝聚態(tài)?！锔鶕?jù)結(jié)合鍵的不同狀態(tài)，可把凝聚態(tài)分成五大類(lèi)：液體、液晶、橡膠態(tài)、玻璃態(tài)、晶態(tài)。第二頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日原子的聚集態(tài)★液態(tài)：內(nèi)部結(jié)合鍵已經(jīng)融化；體積模量很大，切變模量為零?！镆壕В浩浣Y(jié)合鍵基本融化；切變模量和彈性模量均趨于零?！锵鹉z態(tài)：材料內(nèi)的二次鍵已經(jīng)融化；體積模量很大,彈性模量很小?！锊ＡB(tài)：結(jié)合鍵處于固化狀態(tài)；體積模量和彈性模量很大?！锞B(tài)：結(jié)合鍵處于固化狀態(tài)；體積模量和彈性模量很大。第三頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日原子的聚集態(tài)★在以上各類(lèi)聚集態(tài)物質(zhì)的性質(zhì)中，除了彈性模量以外，材料的許多性質(zhì)與行為均直接或間接地與材料內(nèi)部的結(jié)合建的性質(zhì)密切相關(guān)。第四頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日聚集態(tài)原子間的作用力和結(jié)合能作用力與原子間距間的關(guān)系：★當(dāng)原子間距r趨于無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，原子間的作用力幾乎趨近于0。★隨著原子間距r的逐漸減小，原子間的相互吸引力逐漸增大，當(dāng)r=r0時(shí),達(dá)到原子間吸引力與排斥力的相互平衡,即力的和等于零,此時(shí)原子處于最穩(wěn)定的狀態(tài)?！镉捎谠娱g距進(jìn)一步減小,排斥力急劇增大。第五頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日聚集態(tài)原子間的作用力和結(jié)合能勢(shì)能與原子間距的關(guān)系：★當(dāng)原子間距趨于無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí),原子的勢(shì)能趨于零?！锂?dāng)原子間距逐漸拉近時(shí)，原子勢(shì)能逐漸降低；當(dāng)原子間距r=r0時(shí)，原子間勢(shì)能最低，此時(shí)，原子處于最穩(wěn)定狀態(tài)?！锂?dāng)原子間距進(jìn)一步減小時(shí)，由于排斥力急劇增大，原子間勢(shì)能急劇增大。第六頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日聚集態(tài)原子間的作用力和結(jié)合能

★在以上分析中，可知：當(dāng)r=r0時(shí)，達(dá)到原子間吸引力與排斥力的平衡，力的和等于零，此時(shí)原子對(duì)的位能為最小值，該位置時(shí)的能量代表原子間的鍵能，該位置是原子的最穩(wěn)定構(gòu)型，該間距稱(chēng)為平衡間距。

第七頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日聚集態(tài)原子間的作用力和結(jié)合能

相鄰原子間相互總作用勢(shì)能的數(shù)學(xué)表示式：

rrVN=∫∞FAdr+∫∞FRdr=VA+VR其中，F(xiàn)A、FR為吸引力和排斥力，VN、VA、VR分別為總作用勢(shì)能，吸引能和排斥能。當(dāng)r=r0時(shí)，有FA+FB=0，此時(shí)對(duì)應(yīng)著勢(shì)能最小值，即勢(shì)能谷。勢(shì)能曲線最低點(diǎn)的能量數(shù)值就是這兩個(gè)原子間的結(jié)合能E0，它表示把這兩個(gè)原子分開(kāi)到無(wú)窮遠(yuǎn)處所需的能量，或要做的功。第八頁(yè)，共十頁(yè)，2022年，8月28日聚集態(tài)原子間的作用力和結(jié)合能★晶體的結(jié)合能定義式：

EB=EN-E0式中,EB為晶體的結(jié)合能；E0為晶體的總能量；EN為組成該晶體的N個(gè)原子在自由狀態(tài)時(shí)的總能量。★晶體的結(jié)合能一般粗略地表示為：

E(r)=-A/(r^m)+B/(r^n)式中，A、B、m、n為常數(shù)。-A/(r^m)為吸引能,B/(r^n)為排斥能；不同類(lèi)型的材料有不同的m、n這說(shuō)明不同晶體的結(jié)合性質(zhì)（結(jié)合鍵）