特种(zhong)陶瓷材料的化学键原(yuan)子间结合力有(you)以下四种(zhong)形式:
1)特种陶瓷材料离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)键(jian)(jian)(jian)(亦称电(dian)价键(jian)(jian)(jian)、异极键(jian)(jian)(jian)或(huo)极性键(jian)(jian)(jian))是(shi)作用(yong)于带(dai)异性电(dian)荷离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)间的(de)(de)静电(dian)吸(xi)引力(li)。当两种(zhong)电(dian)负(fu)(fu)(fu)(fu)性相(xiang)差大的(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)靠近时(shi),电(dian)负(fu)(fu)(fu)(fu)性小(xiao)的(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)失去(qu)电(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)成(cheng)为正(zheng)(zheng)(zheng)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),电(dian)负(fu)(fu)(fu)(fu)性大的(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)获得电(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)成(cheng)负(fu)(fu)(fu)(fu)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。正(zheng)(zheng)(zheng)、负(fu)(fu)(fu)(fu)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)问的(de)(de)的(de)(de)库仓引力(li)和(he)(he)(he)斥力(li)平衡时(shi),就形成(cheng)稳定的(de)(de)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)键(jian)(jian)(jian)。由于正(zheng)(zheng)(zheng)、负(fu)(fu)(fu)(fu)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)电(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)云都具有球形对(dui)称性,故离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)键(jian)(jian)(jian)没(mei)有方向性和(he)(he)(he)饱和(he)(he)(he)性。离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)键(jian)(jian)(jian)化(hua)合(he)物比较稳定,反(fan)映在物理性质上则(ze)硬度高、熔(rong)点(dian)高、热膨胀(zhang)系数小(xiao)。最典型的(de)(de)离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)键(jian)(jian)(jian)化(hua)合(he)物是(shi)NaCl。无(wu)机(ji)化(hua)合(he)物中的(de)(de)很(hen)大一(yi)部分为这类化(hua)合(he)物。特种(zhong)陶(tao)瓷材料有相(xiang)当多(duo)的(de)(de)一(yi)部分离(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)合(he)物同时(shi)也含有共价键(jian)(jian)(jian),甚至范(fan)德华键(jian)(jian)(jian)和(he)(he)(he)氢键(jian)(jian)(jian)。
2)特种陶瓷材料共(gong)(gong)价(jia)(jia)键(jian)(亦称同极键(jian))。原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)之间(jian)以共(gong)(gong)用(yong)电(dian)(dian)子(zi)(zi)对(dui)(dui)(dui)的(de)方式达到电(dian)(dian)子(zi)(zi)壳层的(de)稳定。当化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)前的(de)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)含有(you)(you)自旋方向相反的(de)未成(cheng)对(dui)(dui)(dui)电(dian)(dian)子(zi)(zi)时,就可以俩俩偶合(he)(he)构(gou)成(cheng)电(dian)(dian)子(zi)(zi)对(dui)(dui)(dui),形成(cheng)一个共(gong)(gong)价(jia)(jia)键(jian)。如果A、B原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)各(ge)有(you)(you)一个未成(cheng)对(dui)(dui)(dui)电(dian)(dian)子(zi)(zi)时,则(ze)(ze)形成(cheng)共(gong)(gong)价(jia)(jia)单键(jian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu),最简(jian)单的(de)例子(zi)(zi)是(shi)H2若A、B原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)各(ge)有(you)(you)两(liang)个或三(san)个未成(cheng)对(dui)(dui)(dui)电(dian)(dian)子(zi)(zi)时,则(ze)(ze)形成(cheng)共(gong)(gong)价(jia)(jia)双键(jian)或三(san)键(jian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu),N2即是(shi)共(gong)(gong)价(jia)(jia)三(san)键(jian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)。若A原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)有(you)(you)两(liang)个未成(cheng)对(dui)(dui)(dui)电(dian)(dian)子(zi)(zi),而B原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)只有(you)(you)一个时,则(ze)(ze)形成(cheng)AB型(xing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)如H20、H2S等。因(yin)为一个电(dian)(dian)子(zi)(zi)和(he)(he)另一个电(dian)(dian)子(zi)(zi)配(pei)对(dui)(dui)(dui)后,就不能再和(he)(he)第三(san)个电(dian)(dian)子(zi)(zi)配(pei)对(dui)(dui)(dui),故共(gong)(gong)价(jia)(jia)键(jian)有(you)(you)饱和(he)(he)性(xing)(xing)。典型(xing)的(de)共(gong)(gong)价(jia)(jia)键(jian)晶(jing)(jing)体有(you)(you)金(jin)刚石(shi)、闪锌矿(kuang)(ZnS)和(he)(he)纤锌矿(kuang)(ZnS)、高温方石(shi)英(ying)(β-Si02)。大部分(fen)金(jin)属间(jian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)和(he)(he)Si3N4、siC、B2c等典型(xing)特种陶瓷都(dou)是(shi)共(gong)(gong)价(jia)(jia)㈩化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)。一般共(gong)(gong)价(jia)(jia)晶(jing)(jing)体都(dou)具有(you)(you)很(hen)高的(de)熔点和(he)(he)硬度、良好(hao)的(de)光学特性(xing)(xing)和(he)(he)绝缘性(xing)(xing)。
3)特(te)种(zhong)陶瓷(ci)材(cai)料金(jin)属键。在特(te)种(zhong)陶瓷(ci)中比较少见。
4)特种陶瓷材料(liao)范(fan)德(de)华键(jian)(jian)(jian)(亦称剩余键(jian)(jian)(jian)和(he)(he)(he)分(fen)子键(jian)(jian)(jian)),是(shi)一(yi)种较弱(ruo)的(de)(de)(de)原子间力,没有方向性(xing)和(he)(he)(he)饱和(he)(he)(he)性(xing),作(zuo)用范(fan)围约为O.3~0.5nm。范(fan)德(de)华键(jian)(jian)(jian)在特种陶瓷中有时(shi)也能遇到,例如(ru)石墨,在原子层内(nei)主要是(shi)共价键(jian)(jian)(jian),也表(biao)现出部分(fen)金属(shu)键(jian)(jian)(jian)特征。以(yi)上四种键(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)结构特征和(he)(he)(he)物理性(xing)。特种陶瓷材料(liao)常遇到的(de)(de)(de)键(jian)(jian)(jian)是(shi)离子键(jian)(jian)(jian)和(he)(he)(he)共价键(jian)(jian)(jian),这就决定了(le)特种陶瓷的(de)(de)(de)一(yi)些基本物理、化(hua)学属(shu)性(xing)。
各种键的结(jie)构特(te)征和特(te)性
键的类型 | 离子键 | 共价键 | 金属键 | 范德华键 |
结构特征 | 无方向性,正、负离子问作紧密堆积,配位数高 | 有方向性和饱和性,为低配位、低密度结构 | 无方向性、为很高配位和高密度结构 | 无方向性,分子按其几何形状许可作紧密堆积 |
键的强度 | 中强至强 | 中强至强 | 各种强度 | 弱 |
晶体的力学性质 | 强度高,硬度大,无延展性 | 强度高,硬度大,无延展性 | 具有各种强度和硬度,延展性好 | 强度低,硬度小 |
晶体的热学性质 | 熔点高,膨胀系数小,熔体内为离子 | 熔点高,膨胀系数小,熔体内为原子 | 导热性好,熔点变化大 | 熔点低,膨胀系数小,熔体内为分子 |
晶体的电子性质 | 绝缘体,在熔体中离子导电 | 绝缘体,半导体,熔体不导电 | 导电性能好,熔体导电 | 绝缘体,熔体不导电 |
晶体的光学性质 | 折射率较高,完整晶体多为透明 | 高折射率 | 不透明,高反射率,和液态性质相似 | 各性质来源于独立的分子,与溶液或气态的性质相似 |
但在实际陶瓷材料中,纯的(de)(de)离子键或纯的(de)(de)共价(jia)键几乎是没有的(de)(de),常常介乎两(liang)者之间。为了(le)判(pan)断离子键(尸AB)的(de)(de)比例,可(ke)用如
下公式计算:
PAB==1一(yi)exp[一(yi)(XA—XB)z/4]
式中,PAB表示该化合物离子键的比例,XA、XB分别代表元素A和元素B的电负性。XA、XB相差越小,共价键比例越大。当XA=XB时,共价键为1OO%。
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本文“特种陶瓷材料的化学键”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2022-12-16 16:35:15
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