l 晶体具有点阵结构，晶体的结构基元均位于阵点上，而结构基l元可以是原子、离子、分子和络合离子，因此，一切晶体都可看作为l由原子、离子、分子和络合离子所组成，l 晶体的物理、化学性质，受其点阵结构的制约晶体结构是结l构基元在三维空间作有规律的分布，而且在结构基元之间存在着l相互作用力键力这种作用力对结构基元的组合方式及其对l晶体的物理、化学性质都有重要的影响l 为了揭示晶体结构基元间的作用力，首先须对原子结构，尤其l重要地是对原子核外电子排布规律必须加以讨论这样才能近一l步地阐明晶体键合类型及其对晶体性质的影响等第三章 晶体键合1l 3.1. 原子结构l 近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。而原子核是由带正电的质子和不带电的中子所组成。原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子的质量大致为1.67X10-24g，而电子的质量约为9.11X10-28g，仅为质子的1/1836。l 在原子序数为z的原子中，原子核正电荷相当于核外z个电子的负电荷，核外电子围绕着原子核作圆周运动晶体结构基元健合时，原子的核外电子起着重要的作用2l原子的电子结构l多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund规则。l镁(原子序数12)原子结构中K,L和M量子壳层的电子分布状况.l 3l按照波动力学观点，电子和一切微观粒子都具有二象性，即既具有粒子性，又具有波动性。也就是说对于以一定速度u (动量为p）运动的粒子，可与一个波长为的物质波建立联系，联系二象性的基本方程是：l = h/ p= h/mvl其中，v是粒子运动的速度，p是粒子的动量，h是普朗克常量。 4 由于电子具有波动性，谈论电子在某一瞬时的准确位置就没有意义。我们只能问电子出现在某一位置的几率(即可能性)，因为电子有可能出现在各个位置，只是出现在不同位置的几率不同。l 对于定态的原子来说，电子也不是位于确定半径的平面轨道上，而是有可能位于核外空间的任何地方，只是在不同的位置出现电子的几率不同。这样，经典的轨道概念就必须摒弃。人们往往用连续分布的 “电 子 云 ”代 替 轨 道 来 表 示 单 个 电 子 出 现 在 各 处 的 几 率 。电子云密度最大的地方就是电子出现几率最大的地方。 5l 为了定量地描述电子的状态和出现在某处的几率，需要引入一个几何波的波函数(r,t)，而|(r,t)|2=(r,t)(r,t)*就是在t时刻，在位矢为r处单位体积内找到电子的几率（也就是在r处的电子云密度）。满足波动力学基本方程，即薛定谔方程：l式中，H是哈密顿算符（能量算符）：l其中，V是势能；是拉普拉斯算符 6l在外场不变，因而总能量E恒定（电子处于定态）的情况下，波函数可以写成l式中，u u是波函数随空间变化的部分。上述方程就是波动力学的基本方程。 l原则上，只要给定了势函数V，就可以解出波函数，进而求出能量E、角动量L等物理量。关于在各种情况下薛定谔方程的解法可参看量子力学教程。 7l对于孤立原子，每个电子都是在核和其他电子的势场中运动。如果将势场看成是有心力场，求解薛定谔方程，就可得到波函数和相关的物理量（如E，L等）。所得公式中包含4个只能取定值的参数：n，li，mi和si。l (1)主量子数nn是决定能量的主要参数，可以证明，电子总能量的负值和n2成反比，即E-1/n2，对氢原子，n则是惟一的参数，n=1，2，（正整数）。(2)轨道角量子数lili决定了轨道角动量的大小，可取0到(n-1)的任一整数值，li=0，1，2，3分别与字母s，p，d，f表示的次壳层联系。如，对于一个处于n=2，li=0的电子，我们就说它处于2s态；处于n=2，li=1的电子就是2p态电子，等等。有时也把状态说成“轨道”，例如，3d轨道上的电子就是指3d态电子（即n=3，li=2状态的电子）。当然，这里“轨道”的含义是电子云，而不是经典的轨道。l (3)轨道磁量子数mimi决定了轨道角动量在外磁场方向的投影值，mi= 0，1，2，li，根据mi的取值，限制了s，p，d，f次壳层的轨道数分别为1，3，5，7。(4)自旋磁量子数sisi决定了自旋角动量在外磁场方向的投影值，si = 1/2，只能取两个值。l 如上所述，电子的状态是用波函数来描述的，因此，每一组n，li，mi和si值就决定了一个状态，相应地也决定了一定的能量。 8l 3.2.原子结合能与结合力l 晶体中结构基元间的相互作用力, 通常称为键力。键力是原子的核外电子相互作用而引起的人们根据半经验性的规律将晶体的不同键合方式划分为不同的键型, 其中主要有离子键、共价键、金属健、范德瓦耳斯键和氢键等具有不同键型的晶体，在物理、化学性质上会存在很大差异l 当元素的原子相互距离为无限时，彼此间是不存在相互作用的。使他们相互靠近时，便会发生相互作用。这种相互作用既有吸引，也有排斥。无论采取什么方式结合，吸引都是来自于异号电荷的库仑相互作用；排斥则一方面来自同号电荷的库仑相互作用，另一方面来自于泡利不相容原理决定的电子间相互作用。9l原子能够结合为晶体的根本原因，是原子或分子结合起来后，体系的能量可以降低，即在分散的原子结合成晶体过程中，会有一定的能量释放出来。这个能量叫做结合能结合能。显然晶体的结合能等于它的升华热。 l晶体中的原子之间可以相互吸引，也可以相互排斥。设fa代表引力，fr代表斥力，r代表原子间距离，则 l式中a，b，m，n均为常数，其中m n。吸引力的起因是异性电荷间的库仑引力；排斥作用的起因则是同性电荷间的库仑斥力和原子核周围电子气相互重叠而产生的排斥。 10l原子间净作用力f为：l下图是根据上式所作的两原子间相互作用力以及它们的势能曲线。由图可以看出，吸引作用在远距离时是主要的，而排斥力在近距离时是主要的。当r = r0时，f = 0，即fr = | fa | ，原子间作用力达到平衡，势能最小。显然，把原子从晶体中拿走需要做功，其大小等于将f-r曲线由r=r0积分至r=。这时所做的功便是原子在平衡位置时的势能，它在数值上等于晶体中原子间的结合能。r0就是原子间的平衡距离。l 原子的结合方式不同，结合能也不同：(1)离子晶体、共价晶体的结合能最大，约为几千kJ/mol。(2)金属晶体的结合能以过渡元素为最大，约为400-800kJ/mol；Cu, Ag, Au约为300-350kJ/mol，而碱金属约为80-160kJ/mol。(3)范德瓦尔斯键的结合能最小，只有几十kJ/mol。 l11l 12l 从热力学观点，能量最低的状态是稳定存在状态。表明当单个原子彼此靠近变成凝聚态时，在适当的原子间距的情况下体系可处于能量最低的稳定状态，这个能量即原子的结合能。这是宇宙间存在凝聚态物质的理论基础。由原子间相互作用势能v，可以求出原子间作用力f，l 可见在势能最小值所对应的原子间距r0处，原子间结合力f=0，表明在这个距离时， 原子间的吸引力与排斥力大小相等，方向相反，互相抵消，原子处于平衡位置。ll 13l 由于不同元素的原子得失电子的能力不同，所以不同原子组成凝聚态固体时，原子间相互作用使电子重新分布，在原子间形成了化学键，正是这些化学键使原子结合成固体。根据电子的分布、键形成的物理起源和所涉及的键力的性质，可将化学键分成五种类型：离子键、共价键、分子键、氢键和金属键。由前四种键形成的固体一般为绝缘体，而后一种键形成的固体是金属。14l3.2.1. 离子键l正负离子之间，由于库仑力而相互吸引，但当它们充分接近时，离子的电子云间将产生排斥力，当吸引力和排斥力相等，即达到平衡态时，就形成了离子键离子键不具有方向性与饱和性的特点。离子力要求周围有较多的带相反电荷的离子与之配位l由离子键形成的晶体称为离子晶体15l 最典型的离子键结合的材料是通式为MX的二元离子晶体，M代表金属元素，X代表非金属元素。如NaCl,其中碱金属Na易于失去外层电子形成钠离子，Na+ ，而卤族元素氯却易接受钠原子所失去的电子形成氯离子，Cl- ，在这种正负离子之间的静电库仑吸引作用下便形成了离子晶体（图）。正负离子间的静电库仑吸引作用为离子键。由于这种离子具有球对称性，所以这样的离子键束缚力是没有方向性的。这种离子键是相当强的，正负离子间的吸引能的数量级约几个电子伏特，因此靠离子键结合而成的离子晶体有相当高的强度、硬度及很高的熔点。离子键材料导电性很差，因为电荷的迁移是以整个离子运动方式进行的（图），而离子的运动不象电子那么容易。16l NaCl离子晶体形成17l 离子键材料导电性18l 离子键的形成主要是由于离子间静电力的作用所致l （1）晶体的离子半径或原子半径是晶体学中最基本的数据晶体中离子半径的大小主要取决于离子配性数、键的极性和原子中d电子或f电子的自旋状态等。对了解晶体结构的稳定性、固溶体的溶解度、多型性相变、离子扩散等都有很大的帮助，同时可了解晶体的组成和结构之间的关系以及有关性质的变化。并对研究合成具有某种欲求性质的晶体、不断改进晶休的性能、探索新的晶体材料等都具有重要作用19l 迄今为止，已有了多种推引离子半径方法，而所推引出的同一晶体的离子半径值是有不少差别的，因此在使用离子半径时，务必使用同一种方法所推引出的离子半径必要时可用离子的配位数或电子的自旋状态来校准离子半径通常最常用的是由泡令离子半径20l（2）离子半径与配位数的关系 l离子的配位数是指某一离子周围最邻近的异号离子的数目 例如：在NaCl晶体结构中，每个Na被6个Cl所包围。而每个Cl又被6个Na所包围因此在NaCl晶体结构中，Na与Cl的配位数均为6。 如果将包围正离子的等同负离子的中心联结起来，就形成一个多面体，这样一个想像的多面体，称为配位多面体在正离子周围形成一个负l离子配位多面体，正、负离子的间距取决于半径之和，而其配位数l取决于半径之比在NaCl晶体结构中, Na周围形成的一个Cl的配位多面体的形状为八面体21l 正离子半径与负离子半径之比与其配位数之间的关系，以及配位体的形状见下表r+/r-配位数 负离子配位多面体的形状0.00-0.150.15-0.2250.225-0.4140.414-0.7320.732-112346812哑铃状平面三角形四面体八面体立方体立方或六方最紧密堆积22l 在离子晶体中，绝大多数离子的配位数均为偶数，尤其是以l6为最多，其次为4，8，12等这是由于配位数为偶数时，结构较稳定的缘故，但在偶然的情况下，也有5，7，9，11等配位数出现。l决定一个离子的配位因素，除了主要决定于正、负离子的半经l比外，尚有其他一些因素。如离子的极化、温度、压力、离子类型等，其中，离子极化对晶体结构的影响，尤其重要23l 关于离子半径大小的问题，对人工合成单晶来说有着重要的意义，微量的杂质或掺杂对晶体生长有时是十分敏感的，并会强烈地影响到晶体的物理效应和晶体的生长机制这些微量杂质原子如何进入晶体的，在晶体中取代什么位置，哪些杂质原子易于被晶体生长界面吸附，哪些杂质原子不易进入晶体等问题，这些都与离子半径及其所在周期系的周期、族、原子序数的变化等有关24l （3）离子的极化l 一般地常把离子看作是一个具有确定半径的球体，而晶体结构就是这些球体按照一定方式堆积而成的同时，还常把离子看成是一个点电荷实际上，当离子在外电场的作用下，正、负电荷的中心将离开原子核而不再重合，正电荷将向外电场的阴极方向偏移，而负电荷将向外电场阳极方向偏移，使核外电子云变形，而产生偶极矩，此时，整个离子将不再是个球体，大小也有所变化，结果就产生了极化现象。这种变化称为离子的极化25l在离子晶体中每个离子均存在着双重作用。一方面是离子受到周围离子所产生的外电场的作用，导致其极化。称为可极化性；另一方面离子本身极化周围的离子，即主极化，称为极化力l离子的极化，一般可从键力的加强，键长的减小，键的极性减低，离子配位反常以及有关的其他现象中觉察到离子间的键合性质一般地会随极化而改变离子晶体的极化程度，一般取决于结构中离子的配位情况和有关离子的可极化性与极化力等26l离子的可极化性，即被极化的大小，可由极化率的大小表示l =/El它表示在单位强度的电场中产生的偶极矩对于一定的离子， 为一个常数 le， 称为诱导偶极矩， l为离子极化后正负电荷间距离。e为电荷E为离子所在位置的有效电场强度27l对于离子的极化能力的大小，既主极化，则可用极化力来衡量l r2l式中为离子的电价，r为离子的半径28l 不同的离子，由于其电子组态、离子半径和电价等因素不同，因而离子的极化也就有所不同。实验结果证明，存在着如下的规律性： (1)离子半径越大，极化率也越大，极化力则越小；l(2)正离子的电价越高，极化率就越小，极化力则越大；l(3)负离子电价越高，极化率和极化力都趋于增大；l(4)原子的最外层具有dx(即d轨道中具有x个电子)的正离子，极化率和极化力都较大，且随电子数x的增加而增大；原子核最外层具有18，或18十2个电子的正离子，极化力更大；而最外层只有8个电子的正离子，极化力最弱。29l基于以上规律，总的来看。负离子主要因为半径大，因而易于变形，即容易被极化，且电荷越多，变形性就越大；但另一方面主极化作用则较低正离子般由于半径较小，电荷集中等原因，它对周围负离子的主极化作用较强，而正离子本身的被极化的程度较弱l 30l当具有强极化力的离子和强极化率的离子结合在一起时，在l它们之间，便发生了强烈的极化作用，而得到结合得极其牢固的络合离子，以致在溶液中或是在熔体中都不易破坏这一络合基团，因此，在晶体结构中，络合离子的排布宛如单个离子l 31l离子极化的结果，致使离子间的距离缩短。使晶体结构基元间的键合发生改变，使离子键向共价键过渡，从而导致晶体的一些性质发生变化在离子晶体中，离子极化还受到晶体对称性的制约。在极性晶体中，由于晶体中存在着极轴(对称分布的极轴除外)，离子极化是不对称的，致使晶体中存在着自发极化，在晶体的宏观物理性质表现出极性，晶体的压电效应、热释电效应等部与晶体的自发极化有关32l 3.2.2. 共价键l 当不是离子而是原子作为结合成分子的基元时，同种原子或电负性相差很小的原子，结合成分子或晶体，显然，这种原子间的组合是不能用离子键的静电作用力来解释，而是形成了另一种键，即共价键把原子结合形成分子的键称为共价键（或原子键）,由共价键结合结构基元所组成的晶体，称为共价键晶体l 33l以共价键结合的最简单的物质是氢分子H2。两个氢原子各有一个电子在1S轨道上，当它们相距很远时没有相互作用，当它们相互接近，由于泡利不相容原理的限制，这二个电子取自璇相反的二种状态时在二个核之间的区域有较大的电子密度，与二个核同时有较强的吸引作用，形成了氢分子（图），确切地说，这样一对为二个不同原子核所共有的自璇相反配对的电子结构称为共价键，此时，电子为二个原子所“共有”。l34分子氢（H2)的能量与原子间距关系图35l 共价键有二个特点：一个是饱和性，即一个原子只能形成一定数目的共价键，因此只能与一定数目的原子相键合。另一个是方向性，这是由于从电子的运动空间来看，S态电子的运动是绕原子核成球形对称的，但三对P电子的运动则是分别成“棒槌状”，互相垂直的，因此共键价若含有P电子，就具有方向性。36l有两种共价键理论，即电子配对法和分子轨道法l电子配对法：l(1)自旋相反的成对电子相互接近时，可形成稳定的化学键l(2)一个电子与另一个电子配对后，就不能再与第三个电子配对l (3)电子云最大重叠原理：电子云重叠愈多，键能就愈大，共价键愈牢固37l分子轨道法：l认为原子形成分子后，电子不再属于原子轨道，而是在一定的分子轨道中运动，其情况宛如原子中的电子在原子轨道中运动。价电子不再认为是定域在个别原子之内，而是在整个分子中运动可以按照原子中电子分布的原则来处理分子中电子的分布分子轨道法的要点如下：l(1)分子中每一个电子的状态，可用分子轨道，即用一个波函数来描述而电子在微体积内出现的几率，也可用函数表达l (2)每一分子轨道上只能容纳2个自旋方向相反的电子，服从泡利原理l(3)在不违反泡利原理的前提下，分子中的电子将尽先占有能量最低的轨道，而服从能量最低原理38l键参数：l（1）键长： 在共价键晶体中，共价键内部作用力是主要的，而键与键间的相互作用力是次要的因此同类原子的共价键在不同的化合物中，几乎保持一定的键长，l（2）键能： 在共价键晶体中，共价键内部的相互作用力是主要的，而键与键间的相互作用力是次要的。因此，键能和键长一样也是具有加和性l（3）键角： 在具有共价键的晶体结构中，键与键之间的夹角称为键角键角是反映晶体空间结构的重要因素之一，有了键长与键角，便可了解原子之间的联系和堆积方式还可了解到原子的配位数以及配位多面体的联结方式等，从原则上讲，键角也可以由量子力学的近似方法求得，但对复杂的晶体结构而言目前仍然通过光谱和晶体的衍射实验等来测定其键角39l共价键晶体的特点l (1)在共价键晶体中，既无自由电子，又无离子，故典型的共价键晶体应呈现为一种绝缘体l (2)共价键晶体对光具有较大的折射指数及大的吸收系数l (3)共价键晶体由于键力强度很大，因而很坚固，熔点和硬度也比较高l (4)当共价键晶体中仅含有成双的电子时，这些晶体即不具有磁力矩，而是逆磁性的，它们不被磁场所吸引，而却为磁场所排斥。与此相反那些被磁场所吸引的物质，被称为顺磁性物质40l3.2.3 金属键l元素周期表中，金属占了大约。由于金属原子的价电子的第一电离能较非金属元素小得多，价电子脱离原子核的束缚不需很多能量，所以金属元素一般都倾向于丢失电子，从而形成正离子，而释放出来的电子，可以游移于正离子之间，而且其流动性与活动范围是很大的，这些电子称为自由电子气。当金属原子聚集起来形成金属晶体时，外层的价电子脱离原来的原子，失去了价电子的原子形成离子占据了晶体的阵点，并不停地振动，而脱离了原子的价电子为整个晶体所公有，在离子之间运动，形成了近似均匀分布的电子气。这种不属于哪一个原子的公有化电子与离子之间的库仑相互作用称为金属键l因此金属一般可看作是自由电子气和沉浸在其中的正离子所构成的，所以金属键是没有饱和性和方向性的l 41l l 金属键42l金属晶体与离子晶体不同之处在于：l 离子晶体中有正负两种离子，而在金属晶体中却只有正离子，而负离子的作用被自由电子所代替而金属键也不同于共价键，金属中的自由电子，并不象共价键那样仅属于某些固定原子所占有，而是属于整个晶体中所有原子的，只不过在一瞬间围绕某一原子运动而已l 43l 由于金属中存在着松散的自由电子，这种公有化的电子运动自由，能够导电，所以金属是良导体，又由于电子的公有，结合键便没有方向性，这样正离子之间改变相对位置并不会破坏电子与正离子间的结合力，可以经受较大的塑性变形。因而就导致了金属晶体具有很高的电导率与热导率，较强的金属光泽，良好的延展性，不透明性以及金属在酸性溶液中能够被H+离子所置换等性质l 由于金属键没有方向性和饱和性，因此金属晶体具有配位数大和密度高等特征，其晶体点阵结构可看成是由等径圆球紧密堆砌而成的44l 4546l3.2.4 范德瓦耳斯键（分子键）l 元素周期表中最右边的第VIII族元素，每个原子的外层电子形成稳定的封闭壳层结构，它们通常不参加化学反应，一般形成单原子气体。此时，要想将属于某个原子的电子以某种方式转移给其他原子将需要相当大的能量。但它们也能结合成固体，这是由于电子在核外不停地绕核运动，但在某一瞬间，电子必定处在某一固定位置上，电荷在空间的分布是不均匀的，会出现瞬间的正、负电中心不重合，产生瞬间的电偶极矩，两个产生吸引作用的电偶极矩就形成了分子键或范德瓦尔斯键（图）。4748l范德瓦耳斯键主要来源于三种力：l（1）取向力：发生在极性分子与极性分子之间极性分子的偶极之间必然存在着互相吸引，而同时使分子有定向排列的趋势l（2） 诱导力：在极性分子和非极性分子之间也存在吸引作用，因为非极性分子在极性分子偶极矩电场的影响下，会发生极化作用，即电子云会发生变形，产生诱导偶极矩，这两种偶极矩又必然发生吸引，此种作用力称为诱导作用力(也称为德拜力)l（3）色散力： 可以看作是分子的瞬时偶极矩相互作用的结果。即使原先各分子中的电子云分布是对称的，不显示永久偶极矩，但这种对称分布只是某段时间的统计平均值对于某瞬时来说。电子的分布并不见得是均匀的。因而分子便可以有瞬间偶极矩，它使邻近的分子极化；邻近分子的极化，反过来又使瞬时偶极矩的变化幅度增加，分子间的色散力就是在这样的反复作用下产生的49l范德瓦耳斯键分子晶体的物理化学性质l 由于范德瓦耳斯键极弱，键能大约只有几个千卡摩尔，比化学键能约小l一2个数量级。因此，靠范德瓦耳斯键形成的分子晶体一般只有如下基本性质：低熔点、低硬度、大的热膨胀系数和大的压缩率、高的折射率和透明度、低的导电率以及可以溶解在非极性溶剂中等性质分子晶体的光学和电学性质是和晶格内分子的性质相适应的这些特点都与范德瓦耳斯键有联系50l3.2.5 氢键l由于H+核外没有电子，它很容易受到另一个电负性较大的原子或离子所吸引氢原子可同时和两个电负性较大，而原子半径较小的原子x与y相结合，而形成x一Hy形式的键，其中x，y代表电负性较大而半径较小的原子，在xHy键中，H与x的结合基本上是共价键，而H与y之间生成一种有方向性的弱键，这种因氢原子而引起的键x一Hy称之为氢键51l 氢键的类型l氢键可分为分子间氢键和分子内氢键l (1) 分子间氢键 分子间氢链的结构有链状、层状和骨架状l （2）分子内氢键 在分子内形成的的氢键例子也很多，并在大多数情况下是不对称氢键52l 氢键对晶体性质的影响l 氢键的键能虽然不大但在决定物质的性质方面却起着重要作用因为氢键的键能小，它的形成和破坏所需要的激活能也小，特别容易在常温下引起反应与变化l 氢键对物质的各种物理化学性质，诸如： 熔点、沸点、熔化热、汽化热、蒸汽压、溶解度、粘度、表面张力、密度、偶极矩、介电常数、居里温度、光谱振动频率等都有较大影响53l 3.2.6 中间型(混合型)键l 除了氢键不可能在晶体中单独存在以外，其他四种键型均可在晶体结构中单独存在，只有一种键型结合而成的化合物，称为单键型化合物。l 除具有单键型的晶体外，尚有许多晶体中包含着多键型或处于中间过渡状态，特别明显地表现于离子键与共价键之间金属键与共价键之间还有许多晶体的化学键很难区分是属于何种键型要想在键型间划分出鲜明的界限是比较困难的。属于这类键型的键型称为中间型键或称为混合键。对于中间型键的晶格类型的划分。主要依据该晶体中究竟以何种键型占主导地位来定，占主导地位的键型所表现出的物化性质，就足以说明该晶体属于何种键型54l例如：石墨的键合情况就要复杂的多（图）。 石墨是一种层状晶体，在层面内的三个结合键是共价键，与层面垂直方向还应有一个电子,形成金属键 ，层面之间又是靠很弱的范德瓦尔斯力结合在一起 。由于键合情况的区别使得石墨与金刚石有完全不同的性能 ，石墨层片l之间非常容易运动 ，沿层片方向，石墨是一种良导体。55l各种结合键的主要特点进行比较 类类 型型作用力来源作用力来源键合强弱键合强弱形成晶体的特点形成晶体的特点离子键离子键原子得、失电子后形原子得、失电子后形成负、正离子，正负成负、正离子，正负离子间的库仑引力离子间的库仑引力最强最强无方向性键、高配位无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导塑性较差、固态不导电、熔态离子导电电、熔态离子导电共价键共价键相邻原子价电子各处相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力原子核间的库仑引力强强有方向性键、低配位有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔塑性较差、即使在熔态也不导电态也不导电金属键金属键自由电子气与正离子自由电子气与正离子之间的库仑引力之间的库仑引力较强较强无方向性键、结构密无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好较好、有光泽、良好的导热、导电性的导热、导电性分子键分子键原子间瞬时电偶极矩原子间瞬时电偶极矩的感应作用的感应作用最弱最弱无方向性键、结构密无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘堆、高熔点、绝缘氢键氢键氢原子核与极性分子氢原子核与极性分子间的库仑引力间的库仑引力弱弱56l3.4.材料的分类l 对于材料的分类可以从几个不同的角度考虑。l 1。从原子结合键类型分类l金属材料的结合键主要是金属键；无机非金属材料的结合键主要是共价键或离子键；而高分子材料，其结合键主要是共价键、分子键和氢键。从结合键类型通常可将材料分成金属材料、无机非金属材料金属材料、无机非金属材料与高分子材料与高分子材料三大类。随着科学技术的发展，人类已从合成材料的时代步入了复合材料时代。因为要想合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的，但如果把现有的金属材料、无机非金属材料和高分子材料通过复合工艺组成复合材料，则可以利用它们所特有的复合效应使之产生原组成材料不具备的性能，而且还可以通过材料设计达到预期的性能指标，并起到节约材料的作用。57l2。从材料的性能特点分类l根据材料的使用目的对性能的主要要求特点，可以将材料分为结结构材料与功能材料构材料与功能材料二大类。当把材料的“强度”作为主要功能时，即要求某种材料制成的成品能保持其形状，不发生变形或断裂，这种材料称之为结构材料。注意，并非考虑力学性能的材料为结构材料。有些材料使用的是其特殊的力学特性，这样的材料称为力学功能材料，如减震合金、形状记忆合金、超塑性合金、弹性合金等。显然，若主要要求的材料性能为其化学性能和物理性能时，这些材料被称之为功能材料。如考虑其化学性能的功能材料有：储氢材料、生物材料、环境材料等，考虑其物理性能的功能材料有：导电材料、磁性材料、光学材料等。l58l3。按原子的排列方式分类l同样的元素组成，同样的结合键，只由于原子排列方式的不同，也可以形成具有不同性质的材料。为以示区分，将不同原子排列的材料称之为晶体、非晶体或准晶体晶体、非晶体或准晶体。59