结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
原子核外电子的排布
方式显著影响材料的
电、磁、光和热性能，
还影响到原子彼此结
合的方式，从而决定
材料的类型
第一章 金属和合金的晶体结构
晶态和非晶态。
晶体结构显著影
响材料的力学性
能。
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
晶粒的大小、合
金相的种类、数
量和分布等参数 。
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.2 金属晶体典型结构
§ 1.3 合金相结构
§ 1.4 金属晶体缺陷
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属的定义 金属是具有 正的电阻
温度系数 的物质,通常
具有良好的导电性、
导热性、延展性、高
的密度和高的光泽
§ 1.1 金属原子间的键合特点
原子结构理论
原子 原子核 质子 (10-8cm,1836倍 )
(10-8cm) (10-12cm) 中子 (10-8cm,1838倍 )
电子
(10-13cm)
(9.1х 10-28g)
Example1-1 Calculate the number of atoms in 100g of silver,
(The atomic mass of silver is 107.868g/mol,Avogadro’s
number is 6.02X1023/mol)
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属原子的结构特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属原子的结构特点
其最外层的电子数很
少，一般为 1～ 2个,
不超过 3个。 价电子
§ 1.1 金属原子间的键合特点
当原子靠近到一定程
度时，原子间会产生
较强的作用力。
结合力
外
层
电
子
作
用
形
式
稳定的八电子排布结构
接受或释放额外电子
共有电子
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键
共有价电子 → 电子
云 → 键无方向性和
饱和性
性能特点,
1)良好的导电性及导热性；
2)正的电阻温度系数；
3)良好的强度及塑性；
4)特有的金属光泽。
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键 离子键 共价键
得失价电子 → 正负离子
→
① 高熔点、高硬度、低
塑
② 良好的电绝缘体等
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键 离子键 共价键
共有电子对 → 键有
饱和性 →
① 高熔点、高硬
度、低塑性
② 电绝缘体等
范德瓦尔键
§ 1.1 金属原子间的键合特点
形成,一个分子的正
电荷部位与另一分子
的负电荷部位间以微
弱静电引力相引而结
合在一起称为分子键。
特性,分子晶体因
其结合键能很低，所
以其熔点很低，硬度
也低。但其绝缘性良
好。
离子键 共价键 金属键
结构特点 方向性不明显，配位数大 方向性明显，配位数小，密度小 无方向性，配位数大，密度大
力学性能 强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大 有各种强度，有塑性
热力性质 熔点高，膨胀系数小，熔体中有离子存在
熔点高，膨胀系
数小，熔体中有的
含有分子
有各种熔点，
导热性好，液态的
温度范围宽
电学性质 绝缘体，熔体为导体 绝缘体，熔体为非导体 导电体（自由电子）
光学性质
与各构成离子的性质相同，
对红外线的吸收强，多是无色
或浅色透明的
折射率大，同气
体的吸收光谱很不
同
不透明，有金属
光泽
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合键的特性
问题：金属原子为什么趋于规则排列？
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合力与结合能
以双原子模型为例（ NaCl）
吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力,
长程力
排斥力：正离子间，电子间的作用力,短程力
结合力 ＝吸引力＋排斥力 ;结合能 ＝吸引能＋排斥能
2
210 ))((
r
qZqZk
F C ?
§ 1.1 金属原子间的键合特点
Where Fc is the coulombic force of attraction
between two oppositely charged ions,r is the
separation distance between the centers of the
ions,Z is the valence of the charged ion,q is the
charge of a single electron(0.16x10-18C),and k0 is
a proportionality constant(9x109V.m/C)
§ 1.1 金属原子间的键合特点
?? /r
r eF
???
Where Fc is repulsive force,? and ? are
experimentally determined constants for a given
ion pair,
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结
合
力
与
结
合
能
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合力与结合能
原子间必须保
持一定的平衡
距离，这是固
态金属中的原
子趋于规则排
列的重要原因。
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
Example1-2
(1) Calculate coulombic force of attraction
between Na+ and Cl- in NaCl
(rNa+=0.098nm,rCl-=0.181nm,1V.C=1J)
(2) What is the repulsive force in this case?
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
原子核外电子的排布
方式显著影响材料的
电、磁、光和热性能，
还影响到原子彼此结
合的方式，从而决定
材料的类型
第一章 金属和合金的晶体结构
晶态和非晶态。
晶体结构显著影
响材料的力学性
能。
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
晶粒的大小、合
金相的种类、数
量和分布等参数 。
结
构
原子结构
原子的空
间排列
显微组织
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
第一章 金属和合金的晶体结构
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.2 金属晶体典型结构
§ 1.3 合金相结构
§ 1.4 金属晶体缺陷
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属的定义 金属是具有 正的电阻
温度系数 的物质,通常
具有良好的导电性、
导热性、延展性、高
的密度和高的光泽
§ 1.1 金属原子间的键合特点
原子结构理论
原子 原子核 质子 (10-8cm,1836倍 )
(10-8cm) (10-12cm) 中子 (10-8cm,1838倍 )
电子
(10-13cm)
(9.1х 10-28g)
Example1-1 Calculate the number of atoms in 100g of silver,
(The atomic mass of silver is 107.868g/mol,Avogadro’s
number is 6.02X1023/mol)
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属原子的结构特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属原子的结构特点
其最外层的电子数很
少，一般为 1～ 2个,
不超过 3个。 价电子
§ 1.1 金属原子间的键合特点
当原子靠近到一定程
度时，原子间会产生
较强的作用力。
结合力
外
层
电
子
作
用
形
式
稳定的八电子排布结构
接受或释放额外电子
共有电子
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键
共有价电子 → 电子
云 → 键无方向性和
饱和性
性能特点,
1)良好的导电性及导热性；
2)正的电阻温度系数；
3)良好的强度及塑性；
4)特有的金属光泽。
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键 离子键 共价键
得失价电子 → 正负离子
→
① 高熔点、高硬度、低
塑
② 良好的电绝缘体等
§ 1.1 金属原子间的键合特点
金属键 离子键 共价键
共有电子对 → 键有
饱和性 →
① 高熔点、高硬
度、低塑性
② 电绝缘体等
范德瓦尔键
§ 1.1 金属原子间的键合特点
形成,一个分子的正
电荷部位与另一分子
的负电荷部位间以微
弱静电引力相引而结
合在一起称为分子键。
特性,分子晶体因
其结合键能很低，所
以其熔点很低，硬度
也低。但其绝缘性良
好。
离子键 共价键 金属键
结构特点 方向性不明显，配位数大 方向性明显，配位数小，密度小 无方向性，配位数大，密度大
力学性能 强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大 有各种强度，有塑性
热力性质 熔点高，膨胀系数小，熔体中有离子存在
熔点高，膨胀系
数小，熔体中有的
含有分子
有各种熔点，
导热性好，液态的
温度范围宽
电学性质 绝缘体，熔体为导体 绝缘体，熔体为非导体 导电体（自由电子）
光学性质
与各构成离子的性质相同，
对红外线的吸收强，多是无色
或浅色透明的
折射率大，同气
体的吸收光谱很不
同
不透明，有金属
光泽
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合键的特性
问题：金属原子为什么趋于规则排列？
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合力与结合能
以双原子模型为例（ NaCl）
吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力,
长程力
排斥力：正离子间，电子间的作用力,短程力
结合力 ＝吸引力＋排斥力 ;结合能 ＝吸引能＋排斥能
2
210 ))((
r
qZqZk
F C ?
§ 1.1 金属原子间的键合特点
Where Fc is the coulombic force of attraction
between two oppositely charged ions,r is the
separation distance between the centers of the
ions,Z is the valence of the charged ion,q is the
charge of a single electron(0.16x10-18C),and k0 is
a proportionality constant(9x109V.m/C)
§ 1.1 金属原子间的键合特点
?? /r
r eF
???
Where Fc is repulsive force,? and ? are
experimentally determined constants for a given
ion pair,
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结
合
力
与
结
合
能
§ 1.1 金属原子间的键合特点
结合力与结合能
原子间必须保
持一定的平衡
距离，这是固
态金属中的原
子趋于规则排
列的重要原因。
§ 1.1 金属原子间的键合特点
§ 1.1 金属原子间的键合特点
Example1-2
(1) Calculate coulombic force of attraction
between Na+ and Cl- in NaCl
(rNa+=0.098nm,rCl-=0.181nm,1V.C=1J)
(2) What is the repulsive force in this case?
