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特種陶瓷材料的化學(xué)鍵

特種陶瓷材料離子鍵(亦稱電價(jià)鍵、異極鍵或極性鍵)是作用于帶異性電荷離子間的靜電吸引力。

  特種陶瓷材料的化學(xué)鍵原子間結(jié)合力有以下四種形式:

  1)特種陶瓷材料離子鍵(亦稱電價(jià)鍵、異極鍵或極性鍵)是作用于帶異性電荷離子間的靜電吸引力。當(dāng)兩種電負(fù)性相差大的原子靠近時(shí),電負(fù)性小的原子失去電子成為正離子,電負(fù)性大的原子獲得電子成負(fù)離子。正、負(fù)離子問(wèn)的的庫(kù)倉(cāng)引力和斥力平衡時(shí),就形成穩(wěn)定的離子鍵。由于正、負(fù)離子的電子云都具有球形對(duì)稱性,故離子鍵沒(méi)有方向性和飽和性。離子鍵化合物比較穩(wěn)定,反映在物理性質(zhì)上則硬度高、熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小。最典型的離子鍵化合物是NaCl。無(wú)機(jī)化合物中的很大一部分為這類化合物。特種陶瓷材料有相當(dāng)多的一部分離子化合物同時(shí)也含有共價(jià)鍵,甚至范德華鍵和氫鍵。

特種陶瓷材料

  2)特種陶瓷材料共價(jià)鍵(亦稱同極鍵)。原子之間以共用電子對(duì)的方式達(dá)到電子殼層的穩(wěn)定。當(dāng)化合前的原子含有自旋方向相反的未成對(duì)電子時(shí),就可以倆倆偶合構(gòu)成電子對(duì),形成一個(gè)共價(jià)鍵。如果A、B原子各有一個(gè)未成對(duì)電子時(shí),則形成共價(jià)單鍵化合物,最簡(jiǎn)單的例子是H2若A、B原子各有兩個(gè)或三個(gè)未成對(duì)電子時(shí),則形成共價(jià)雙鍵或三鍵化合物,N2即是共價(jià)三鍵化合物。若A原子有兩個(gè)未成對(duì)電子,而B(niǎo)原子只有一個(gè)時(shí),則形成AB型化合物如H20、H2S等。因?yàn)橐粋€(gè)電子和另一個(gè)電子配對(duì)后,就不能再和第三個(gè)電子配對(duì),故共價(jià)鍵有飽和性。典型的共價(jià)鍵晶體有金剛石、閃鋅礦(ZnS)和纖鋅礦(ZnS)、高溫方石英(β-Si02)。大部分金屬間化合物和Si3N4、siC、B2c等典型特種陶瓷都是共價(jià)㈩化合物。一般共價(jià)晶體都具有很高的熔點(diǎn)和硬度、良好的光學(xué)特性和絕緣性。

  3)特種陶瓷材料金屬鍵。在特種陶瓷中比較少見(jiàn)。

  4)特種陶瓷材料范德華鍵(亦稱剩余鍵和分子鍵),是一種較弱的原子間力,沒(méi)有方向性和飽和性,作用范圍約為O.3~0.5nm。范德華鍵在特種陶瓷中有時(shí)也能遇到,例如石墨,在原子層內(nèi)主要是共價(jià)鍵,也表現(xiàn)出部分金屬鍵特征。以上四種鍵的結(jié)構(gòu)特征和物理性。特種陶瓷材料常遇到的鍵是離子鍵和共價(jià)鍵,這就決定了特種陶瓷的一些基本物理、化學(xué)屬性。

  各種鍵的結(jié)構(gòu)特征和特性

鍵的類型 離子鍵 共價(jià)鍵 金屬鍵 范德華鍵
結(jié)構(gòu)特征 無(wú)方向性,正、負(fù)離子問(wèn)作緊密堆積,配位數(shù)高  有方向性和飽和性,為低配位、低密度結(jié)構(gòu) 無(wú)方向性、為很高配位和高密度結(jié)構(gòu) 無(wú)方向性,分子按其幾何形狀許可作緊密堆積
鍵的強(qiáng)度 中強(qiáng)至強(qiáng) 中強(qiáng)至強(qiáng) 各種強(qiáng)度
晶體的力學(xué)性質(zhì) 強(qiáng)度高,硬度大,無(wú)延展性 強(qiáng)度高,硬度大,無(wú)延展性 具有各種強(qiáng)度和硬度,延展性好 強(qiáng)度低,硬度小
晶體的熱學(xué)性質(zhì) 熔點(diǎn)高,膨脹系數(shù)小,熔體內(nèi)為離子 熔點(diǎn)高,膨脹系數(shù)小,熔體內(nèi)為原子 導(dǎo)熱性好,熔點(diǎn)變化大 熔點(diǎn)低,膨脹系數(shù)小,熔體內(nèi)為分子
晶體的電子性質(zhì) 絕緣體,在熔體中離子導(dǎo)電 絕緣體,半導(dǎo)體,熔體不導(dǎo)電  導(dǎo)電性能好,熔體導(dǎo)電  絕緣體,熔體不導(dǎo)電
晶體的光學(xué)性質(zhì) 折射率較高,完整晶體多為透明     高折射率 不透明,高反射率,和液態(tài)性質(zhì)相似 各性質(zhì)來(lái)源于獨(dú)立的分子,與溶液或氣態(tài)的性質(zhì)相似

  但在實(shí)際陶瓷材料中,純的離子鍵或純的共價(jià)鍵幾乎是沒(méi)有的,常常介乎兩者之間。為了判斷離子鍵(尸AB)的比例,可用如

  下公式計(jì)算:

  PAB==1一exp[一(XA—XB)z/4]

  式中,PAB表示該化合物離子鍵的比例,XA、XB分別代表元素A和元素B的電負(fù)性。XA、XB相差越小,共價(jià)鍵比例越大。當(dāng)XA=XB時(shí),共價(jià)鍵為1OO%。
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本文“特種陶瓷材料的化學(xué)鍵”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2022-12-16 16:35:15
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