材料的微观结构（MicrostructureofMaterials）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一→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 StructureandInteratomicBonding※1原子结构JAtomic Structure一、物质的组成（SubstanceConstruction）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dh20=0.2nm M(H2)为2 Mprotein为百万原子（Atom）：化学变化中最小微粒
第一章原子结构和键合 Atomic Structure and Interatomic Bonding 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 ※1原子结构 （Atomic Structure ） 一、物质的组成（SubstanceConstruction） 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 dH2O=0.2nm M(H2 )为2 Mprotein为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒
尺寸大小的示意图Billions ofAmillionnanometersThepinhead sizedpatchnanometersof thisthumb(circled inAtwometertall maleThousands of nanometersistwobillionblack)isamillionBiologicalcells,likethesnanometerstall.nanometersacross.redbloodcells,havediame-Nanometerters in therangeof thou-Ten shoulder-to-shoul-sands ofnanometers.derhydrogenatomsLess thana nanometer(blueballs)span1Individual atomsareupnanometer.DNAmole-toafewangstroms,orculesareabout2.5uptoafewtenths ofananometerswide.nanometer,in diameter
尺寸大小的示意图
生物学的本质是化学结构、工程化学的本质是物理物理的本质是数学数学的本质是材料科学固体物理核物理10-1610-1210-410010410-8cm尺寸范围
尺寸范围 10-16 10-12 10-8 10-4 100 104 cm 固体物理 材料科学 结构、工程 核物理 生物学的本质是化学 化学的本质是物理 物理的本质是数学 数学的本质是
二、 原子的结构1879年J.JThomson发现电子（electron）揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型M.Plank和A.Einstein量子论1913年N.Bohr将原子结构的量子理论Rutherford原子有核模型Bohr atomic modelK壳层（n=1)L光层（#=2）原子（atom)不12个串子=3.7×10nmM亮层（n=3）rai=1.43×10-nm图1.1钠（原子序数为11)原子结构中K，L和M量子壳层的电子分布状况质子（proton）：正电荷m=1.6726×10-27kg原子核（nucleus）：位于原子中心、带正电中子（neutron）：电中性m=1.6748×10-27kg电子（electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electroncloud）m=9.1095×10-31kg，约为质子的1/1836
二、原子的结构 1879年 J.J Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年 E.Rutherford提出原子结构有核模型 1913年 N.Bohr将 Bohr atomic model M.Plank和A.Einstein量子论 原子结构的量子理论 Rutherford 原子有核模型 -2 H -1 Al 原子（atom) r = 3.7 10 nm r = 1.43 10 nm -27 -27 -31 （proton） （neutron） 质子 ：正电荷m＝1.6726×10 kg 原子核（nucleus)：位于原子中心、带正电 中子 ：电中性m＝1.6748×10 kg 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＝9.1095 10 kg，约为质子的1/183 6
描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（quantumnumbers）表示名称定义取值及对应符号决定电子能量以及其与核的平2314主量子数n均距离，表示电子所在的量子壳KMNL.层（见图1-1-1）确定电子在同一量子壳层内所012n-1轨道角动量量子数处的能级《电子亚层）fdp..S确定每个轨道角动量量子数的对于每个4，m可取24+1个值磁量子数mi能级数或轨道数，决定电子云的例：当4=2时，m可取0，±1，±2空间取向+1/21/2自旋角动量量子数S表示电子的自旋方向.1核外电子的排布（electronconfiguration）规律能量最低原理（MinimumEnergyprinciple）电子总是占据能量最低的壳层1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5pPauli不相容原理（PauliExclusionprinciple)：2n?全充满Hund原则（HundRule）自旋方向相同半充满全空
核外电子的排布（electron configuration）规律 ⚫ 描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数(quantum numbers)表示 2 全充满 半充满 全空 自旋方向相同 能量最低原理（Minimum Energy principle)电子总是占据能量最低的壳层 1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - Pauli不相容原理（Pauli Exclusion principle): 2n Hund原则（Hund' Rule)