当前课程知识点:材料学概论 > 第2讲 材料就在元素周期表中(一) > 2.2 元素周期表反映元素的规律性 > 2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
我们这一节
讲核外电子排布的应用
就是现在
大家伙都很关注的
碳的sp3 sp2 sp杂化
杂化的情况
这里边讲
也是四个问题
一个是碳的sp3 sp2 sp杂化
第二个问题讲碳材料的键特性
和相应的晶体结构
第三个问题讲富勒烯
石墨烯和碳纳米管的结构
第四讲藉由3种不同的
碳-碳键合构成的有机化合物
及派生的各种碳材料
我们知道碳的原子系数是6
氢氦锂铍硼碳
六 它这六个电子是怎么排的
就是N等于1的时候
是1s2
N等于2的时候
是2s2 两个
2p2两个
它发生键合的时候
1s2它是不发生键合的
那么发生键合
可能发生键合的是谁
是2s2和2p2
如果这四个电子都出来
发生键合的时候
它组成的轨道是什么
它要形成sp3轨道
如果它要三个电子
出来键合
它是形成sp2轨道
它如果两个电子出来键合
是形成什么
形成是sp轨道
注意 那么我们说
看看下边这个图
下边这个图
是sp3
注意是sp3
sp3它出来个四条键合
这四个键
它组成了等距离的四个键
它组成一个四面体
空间四面体
它的夹角是109.28
如果都是碳-碳 碳-碳
都起这种状态碳-碳
它就组成金刚石结构
组成金刚石结构
我们知道金刚石结构是什么
是个(面心)立方的晶系
是立方晶系
是面心立方点阵
是金刚石结构
它就是说互成四面体
每一个碳它是完全对称的
跟四个碳原子相连接
如果它组成的是
sp2轨道是什么
它就是
sp2它有三个电子
那三个电子在同一个平面上
在同一个平面上
它是等距离的
等120度的距离
120度的距离
就形成石墨
石墨它是同一平面上
它是120度的轨道
那么这里边是共价键
上下两边是
是什么
是范氏键
它的结合比较弱
它如果是夹角是119度
比120度小点
就会形成碳纳米管
它形成碳纳米管
它就不是完全平面的了
它有一定的角度的
你看120度
就是石墨
119度就是碳纳米管
它形成碳纳米管
同样的道理
可以从金刚石
通过石墨这种结构
可以卷成碳纳米管
可以卷成单层的
可以卷成双层的
甚至卷曲
变成 富勒烯等等这些东西
这是不同的看法了
从结构上不同的看法
但是都可以从它的电子排布的情况下
找到它的答案和原因
那么这一张图
讲的是什么
藉由3种不同的碳-碳键合
构成有机化合物
一种 派生各种碳材料
实际上我们知道
碳材料它在元素周期表当中
处在王者之位
什么叫处在王者之位
它因为是在
如果是按照族看
它正好是在中间的
而且在这元素周期表
按照周期
它是在上方
按族 它是在中间位置
它的电子也不多也不少
正好是四个
由于有这种结构
它这种碳
由碳组成的各种化合物
是世界上是最多的
有无数种的
各种有机化合物
高分子材料
甚至合金里边的碳材料
组成了各种各类的化合物
无穷无尽的化合物
它为什么
就是因为碳它的原子结构
所决定的
我们看看从中心可以看
我们刚才讲了
要是sp3轨道
就是金刚石
sp2可以组成
苯或者是石墨
sp轨道
可以组成
加两个π
就是sp轨道
就是两个电子这样
就看这个图
是sp1这样伸出来
这样伸出来组成碳料 可以
那么上下两个
可以是其他的
这样组成碳料
高分子材料不就是这样的
主料为碳料的高分子材料
不就是这样
那么第二个图
就是sp2
sp2是什么意思
这三个碳原子在平面上
120度的夹角
这就是典型的石墨了
上下可以不一样
组成一个什么
碳-碳网络
最左边图就是石墨的
石墨的是四个碳原子
组成了共价键
空间的
它每个碳原子
碳原子之间的夹角
是109度28分
那么从这个意思的
我们可以看到
注意那么sp3
我们刚才讲了
它是可以组成金刚石的这种
金刚石可以派生出大量的
不同的材料来
那么底下sp2
组成一个常键
可以组成
高分子碳料
sp2
它是组成一个石墨的这种
(集体)组织
也可以是单层
也是多层的
我们说石墨烯不就是这种
碳纳米管是在金刚石的
基础之上
石墨烯
就是在这种sp2基础之上
高分子
是在sp的
是个以链状的
所以链状的 层状的 体状的
都是由碳
碳原子的键合
来派生出大量的
各种各样的材料 无数种
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业
-1.2 材料的作用
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料
-1.4 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道
--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业
-2.2 元素周期表反映元素的规律性
--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处
--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属
-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业
-本讲作业--作业
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业
-4.2 金属材料的组织结构
-4.2 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择
--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂
-5.2 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-6.1 粉体材料的性能
--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积
--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性
--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性
--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定
--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定
--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定
-6.1 粉体材料的性能--作业
-6.2 粉体的加工与处理
-6.2 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善
-6.3 粉体的应用--作业
-6.4 纳米材料
-6.4 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型
--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型
--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型
-7.2 坯体成型--作业
-7.3 陶瓷烧结
-7.3 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-7.4 陶瓷材料的结构--作业
-7.5 结构陶瓷
--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02
--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN
-7.5 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达
-7.6 功能陶瓷--作业
-本讲练习--作业
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑
--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型
--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造
-10.1 高分子材料性能与加工--作业
-10.2 胶粘剂和涂料
-10.2 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-11.1 复合材料的定义和分类--作业
-11.2 增强材料和基体材料
-11.2 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系
-12.1 磁性的来源--作业
-12.2 磁性材料的分类
-12.2 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业
-13.2 薄膜制备——PVD法
-13.2 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业