《元素周期律》課件

元素周期律周期表的結(jié)構(gòu)及其周期性

1價(jià)層電子及價(jià)軌道的周期性2化學(xué)成鍵的規(guī)律性3酸堿性的規(guī)律性4氧化還原穩(wěn)定性的規(guī)律性5熱穩(wěn)定性的規(guī)律性6鹽的水溶性規(guī)律7配合物的穩(wěn)定性的規(guī)律性元素周期律周期表的結(jié)構(gòu)及其周期性1價(jià)層電子及價(jià)軌道的周期1元素周期表元素周期表2核外電子運(yùn)動(dòng)用波函數(shù)表示n,l,m,ms波函數(shù)由四個(gè)參數(shù)（四個(gè)量子數(shù)）來(lái)確定參數(shù)n決定電子層，即活動(dòng)空間離原子核的遠(yuǎn)近，成鍵能力（半徑）參數(shù)l決定軌道的形狀和種類(lèi)：s,p,d,f,(g)；決定成鍵方式和成鍵能力（共價(jià)鍵）參數(shù)m決定軌道的空間取向（方向）參數(shù)ms決定電子的自旋方向核外電子運(yùn)動(dòng)用波函數(shù)表示n,l,m,ms波函數(shù)由四個(gè)3原子軌道角度部分的形狀原子軌道角度部分的形狀4電子云角度部分的形狀電子云角度部分的形狀5能級(jí)組軌道的數(shù)量：ns=1,np=3,nd=5,nf=7,ng=9,nh=11原子核外的軌道無(wú)窮多，且離核遠(yuǎn)近不同、種類(lèi)不同，能量也不同。只有能量最低的軌道才能被采用填充電子；在填充電子的軌道中，只有能量最高的軌道上的電子才能參與化學(xué)反應(yīng)。能量相近的軌道構(gòu)成一個(gè)能級(jí)組，相當(dāng)于周期表中的一個(gè)周期。電子填充順序：ns(n-3)g(n-2)f(n-1)dnp，即能級(jí)組n2時(shí)有p軌道

n4時(shí)有d軌道

n6時(shí)有f軌道能級(jí)組軌道的數(shù)量：ns=1,np=3,nd=5,nf=6周期表中每周期元素的數(shù)量按能級(jí)組ns(n-3)g(n-2)f(n-1)dnp周期軌道元素11s222s2p833s3p843d4s4p1854d5s5p1864f5d6s6p3275f6d7s7p3285g6f7d8s8p50周期表中每周期元素的數(shù)量按能級(jí)組ns(n-3)g(n-2)7元素各層的電子數(shù)由能級(jí)組ns(n-2)f(n-1)dnp可知：最外層能填充電子的軌道只有nsnp，故最多可填充8個(gè)電子，其中第一周期最多2個(gè)電子；次外層能填充電子的軌道只有(n-1)s(n-1)p(n-1)d，故最多可填充18個(gè)電子次次外層能填充電子的軌道為(n-2)s(n-2)p(n-2)d(n-2)f，故最多可填充32個(gè)電子元素各層的電子數(shù)由能級(jí)組ns(n-2)f(n-1)dn8價(jià)電子、價(jià)軌道參與化學(xué)反應(yīng)的電子是能量最高占有軌道上的電子，這些電子是價(jià)電子。處于最高能級(jí)組上的電子都是價(jià)電子，即ns(n-2)f(n-1)dnp上的電子參與成鍵的軌道包括價(jià)電子所在的軌道以及能量最低的空軌道，通常包括nd軌道。價(jià)軌道的數(shù)目決定了該元素的最大成共價(jià)鍵數(shù)目。第一周期元素：1個(gè)價(jià)軌道ns第二周期元素：4個(gè)價(jià)軌道ns+np第三周期及以下元素：9個(gè)價(jià)軌道ns+np+nd或(n-1)d+ns+np(內(nèi)外層d軌道不能同時(shí)使用)。價(jià)電子、價(jià)軌道參與化學(xué)反應(yīng)的電子是能量最高占有軌道上的電子，9基態(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)(GroundState,GS)：原子或分子處于最低能量的狀態(tài)，其電子分布滿足三原則，即能量最低原理，保里不相容原理和洪特規(guī)則。激發(fā)態(tài)(ExcitedState,ES)：比基態(tài)能量高的所有狀態(tài)。在激發(fā)態(tài)時(shí)只滿足保里原理，能量最低原理和洪特規(guī)則不再適用?；瘜W(xué)反應(yīng)中的電子激發(fā)只發(fā)生在價(jià)軌道之間?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)(GroundState,GS)：原子或10原子軌道間形成的共價(jià)鍵s軌道只形成鍵（不論與什么軌道）p軌道可形成和兩種共價(jià)鍵原子軌道間形成的共價(jià)鍵s軌道只形成鍵（不論與什么軌道）p軌11d軌道可以形成三種鍵d軌道可以形成三種鍵12成鍵分子軌道與反鍵分子軌道成鍵分子軌道與反鍵分子軌道13軌道種類(lèi)與成鍵類(lèi)型只要是s軌道參與，則形成的鍵肯定是，包括s-s、s-p和s-d；p軌道參與則可以形成兩種鍵，即和，包括p-p和p-d(通常只有dx2-y2和dz2軌道與p能形成，而dxy、dxz和dyz軌道與p之間形成）；d軌道之間三種鍵均可形成，但通常情況下多以為主，極少數(shù)情況下還可以形成鍵。軌道種類(lèi)與成鍵類(lèi)型只要是s軌道參與，則形成的鍵肯定是，包括14成鍵方式選擇主族元素形成和。只有d過(guò)渡元素才有可能形成鍵。鍵的穩(wěn)定性：>>>；只與原子半徑足夠小時(shí)才會(huì)形成鍵，故鍵只有第二周期元素參與才穩(wěn)定；而鍵極不穩(wěn)定，故極少見(jiàn)。兩原子之間形成的第一個(gè)鍵肯定是，第二和第三個(gè)鍵則是，第四個(gè)鍵則肯定是成鍵方式選擇主族元素形成和。只有d過(guò)渡元素才有可能形成15多中心鍵發(fā)生在缺電子原子為中心原子的共價(jià)化合物中，該類(lèi)原子的最外層電子的數(shù)目少于或等于3（主族中IA-IIIA和過(guò)渡金屬中）；形成的共價(jià)化合物都是缺電子化合物，都有是路易斯酸。例:(Al(CH3)3)2,B2H6,BeH2HHHBeBeBeHHH多中心鍵發(fā)生在缺電子原子為中心原子的共價(jià)化合物中，該類(lèi)原子16大鍵（多中心鍵）化學(xué)鍵中電子離域程度越高，越穩(wěn)定。形成大鍵的條件：雜化方式：sp、sp2、dsp2之一或組合，以確保成鍵原子在同一個(gè)平面上！有第二周期元素參與，以確保鍵具有足夠的穩(wěn)定性。例：CO2,NO2-,Ni(CN)42-具有d8結(jié)構(gòu)的[Ni(CN)4]2-

，中央離子接受配位體的孤對(duì)電子，形成4個(gè)共價(jià)配鍵。另外中央離子Ni2+

還剩余一個(gè)垂直于平面的空的4p軌道，可以和各配體CN-的一個(gè)π鍵形成π98

大鍵（多中心鍵）化學(xué)鍵中電子離域程度越高，越穩(wěn)定。具有d817大鍵大鍵18反饋鍵反饋鍵19反饋鍵主族非金屬供電子類(lèi)：pp反饋鍵：孤電子對(duì)（p電子）向p空軌道軌道；pd

反饋鍵：孤電子對(duì)向d空軌道（第三周期及以上元素的含氧化合物中）上提供p*

反饋鍵：孤電子對(duì)向*軌道（烯醇、酚和芳香胺）上提供電子。例：CO，SiO2Si有3d空軌道,氧上2s22p4的孤對(duì)電子可以反饋到Si的3d軌道上生成反饋的p—dπ鍵反饋鍵主族非金屬供電子類(lèi)：Si有3d空軌道,氧上2s220dd

反饋鍵d*

反饋鍵dd反饋鍵d*反饋鍵21pp反饋鍵pd反饋鍵p*

反饋鍵pp反饋鍵pd反饋鍵p*反饋鍵22反饋鍵金屬供電子類(lèi)：dd

反饋鍵：金屬的d軌道上的電子向非金屬原子（第三周期及以下元素作配位原子時(shí)）提供；d*

反饋鍵：d軌道上的電子向*軌道（烯、炔、苯環(huán)及CO）上提供；dp反饋鍵：d軌道上的電子向p軌道（金屬卡賓中）提供。例：Ni(CO)4反饋鍵金屬供電子類(lèi)：23在Ni(CO)4配合物中，形成4個(gè)σ鍵，同時(shí)還形成d-π*反饋π鍵反饋π鍵：羰基化合物中的成鍵情況與一般無(wú)機(jī)配合物中有些不同。反饋鍵理論認(rèn)為，配體中C上的孤對(duì)電子與金屬原子的空軌道形成σ配鍵；同時(shí)金屬原子的d軌道和CO分子中的空的反鍵軌道π2p*重疊形成π鍵。因?yàn)槭墙饘僭犹峁┕聦?duì)電子，配體提供空軌道成鍵，所以這樣形成的鍵被稱為“反饋鍵”。σ配鍵造成中心原子上負(fù)電荷富集，反饋鍵則能使這些富電荷得到有效的分散，從而使得配合物更為穩(wěn)定。在Ni(CO)4配合物中，形成4個(gè)σ鍵，同時(shí)還形成d-π*24共價(jià)鍵的穩(wěn)定性成鍵半徑：半徑越小，共價(jià)鍵越穩(wěn)定成鍵數(shù)目：成鍵數(shù)目越多，越穩(wěn)定孤電子對(duì)間的排斥：若原子半徑很?。▋H第二周期元素）且成鍵雙方均有離得太近的孤電子對(duì)，則化學(xué)鍵因孤電子對(duì)間的斥力而被削弱。主族元素：周期表中右上的元素形成鍵時(shí)因半徑小而更穩(wěn)定，而左下的元素形成的鍵因半徑大而穩(wěn)定性相對(duì)較差。d過(guò)渡元素從上到下因半徑增幅小，而核電荷增幅大，因而其成鍵能力是增強(qiáng)的。共價(jià)鍵的穩(wěn)定性成鍵半徑：半徑越小，共價(jià)鍵越穩(wěn)定25共價(jià)鍵的穩(wěn)定性與性質(zhì)關(guān)系原子晶體中的硬度原子晶體中的熔沸點(diǎn)物質(zhì)的熱穩(wěn)定性化學(xué)反應(yīng)活性，包括動(dòng)力學(xué)活性和熱力學(xué)活性。//共價(jià)鍵的穩(wěn)定性與性質(zhì)關(guān)系原子晶體中的硬度26離子鍵及其穩(wěn)定性活潑金屬與活潑非金屬間才可能形成離子鍵。離子鍵沒(méi)有方向性，也沒(méi)有飽和性。每個(gè)離子總是盡可能與更多的異號(hào)離子接觸而相互吸引。離子鍵的強(qiáng)弱正比于陰陽(yáng)離子電荷的乘積，反比于陰陽(yáng)離子的半徑之和。因此電荷越高離子鍵越強(qiáng)，半徑越小離子鍵越強(qiáng)。離子鍵及其穩(wěn)定性活潑金屬與活潑非金屬間才可能形成離子鍵。離子27周期表中規(guī)律性周期表中，靠右上位置的金屬離子化合物的離子鍵越強(qiáng)。陰離子則是O2-最強(qiáng)（負(fù)電荷高且半徑?。?。注意：沒(méi)有100%離子鍵，一般化學(xué)鍵中都含有不同程度的共價(jià)，這類(lèi)化合物用離子鍵來(lái)處理會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。例：BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔點(diǎn)/℃405714782876962周期表中規(guī)律性周期表中，靠右上位置的金屬離子化合物的離子鍵越28離子鍵的強(qiáng)弱與性質(zhì)關(guān)系離子化合物的熔沸點(diǎn)離子化合物的硬度離子化合物的溶解性離子化合物的穩(wěn)定性離子化合物的反應(yīng)活性（非水溶液中）離子鍵的強(qiáng)弱與性質(zhì)關(guān)系離子化合物的熔沸點(diǎn)29金屬鍵的強(qiáng)弱及其穩(wěn)定性金屬鍵可以看成特殊的共價(jià)鍵（超離域），但金屬鍵無(wú)飽和性，也無(wú)方向性。成鍵半徑：半徑越小越強(qiáng)；成鍵電子數(shù)：電子數(shù)越多越強(qiáng)；成鍵軌道:(n-1)d軌道的成鍵能力強(qiáng)于ns和np軌道，且5d>4d>3d。金屬密堆積方式：六方密堆積(74.05%)面心立方密堆積>體心立方密堆積(68.02%)金屬鍵的強(qiáng)弱及其穩(wěn)定性金屬鍵可以看成特殊的共價(jià)鍵（超離域），30周期表中金屬鍵的強(qiáng)弱規(guī)律主族金屬的金屬鍵一般弱于副族金屬的；s區(qū)弱于p區(qū)，p區(qū)弱于f區(qū)，f區(qū)弱于d區(qū)主族金屬：左下的金屬鍵弱，右上的金屬鍵強(qiáng)。d區(qū)金屬：從左到右金屬鍵先增強(qiáng)再減弱；從上到下增強(qiáng)。金屬鍵強(qiáng)弱反常處：IIIB族和IIB族，規(guī)律性與主族一致。周期表中金屬鍵的強(qiáng)弱規(guī)律主族金屬的金屬鍵一般弱于副族金屬的；31金屬鍵的強(qiáng)弱與性質(zhì)金屬熔沸點(diǎn)金屬的硬度金屬的化學(xué)性質(zhì)金屬的導(dǎo)電性金屬鍵的強(qiáng)弱與性質(zhì)金屬熔沸點(diǎn)32金屬的密堆積方式及合金的形成金屬的密堆積方式及合金的形成33金屬的密堆積方式及合金的形成面心立方密堆積：配位數(shù)為12，按ABCABC….順序密堆積。金屬的密堆積方式及合金的形成面心立方密堆積：配位數(shù)為12，按34六方密堆積：配位數(shù)為12，按ABAB…方式密堆積。金屬的密堆積方式及合金的形成六方密堆積：配位數(shù)為12，按ABAB…方式密堆積。金屬的密堆35金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)36配位數(shù)為12金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)配位數(shù)為12金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)37晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體心立方密堆積：配位數(shù)為8。晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體心立方密堆積：配位數(shù)為8。38八面體空穴和四面體空穴正八面體空穴：由六個(gè)原子形成。在六方密堆積和面心立方密堆積中由上下兩層的原子構(gòu)成；在體心立方密堆積中由上中下三層原子構(gòu)成。正四面體空穴：由四個(gè)相鄰原子形成。在六方密堆積和面心立方密堆積中由上下兩層的原子構(gòu)成。體心立方密堆積只形成正八面體空穴。六方密堆積和面心立方密堆積中八面體空穴與四面體空穴數(shù)量之比為1：2八面體空穴和四面體空穴正八面體空穴：由六個(gè)原子形成。在六方密39合金的生成合金的生成有兩種方式取代型合金：當(dāng)兩種原子的原子半徑比較接近時(shí)，取代原來(lái)原子位置而形成。進(jìn)入原子往往也是金屬原子，故形成的合金原子間仍以金屬鍵作用，可以保有延展性。填充型合金：當(dāng)進(jìn)入原子的原子半徑很小時(shí)，進(jìn)入原子進(jìn)入到金屬密堆積形成的四面體空穴和八面體空穴中而形成。進(jìn)入原子往往是半徑小的非金屬原子。金屬與非金屬間一般形成共價(jià)鍵，故這類(lèi)合金的形成往往導(dǎo)致合金變脆，填充比例越高，脆性越大。合金的生成合金的生成有兩種方式40分子間作用力取向力：極性分子間的偶極定向排列，僅在強(qiáng)極性分子中為主要的分子間力。誘導(dǎo)力：電荷對(duì)分子核外電子云的誘導(dǎo)形變，很次要的作用力。色散力：分子中電子高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的瞬間偶極相互作用，與分子的變形性有關(guān)。是一般分子間最主要的作用力。分子間作用力取向力：極性分子間的偶極定向排列，僅在強(qiáng)極性分子41+_+__+取向力誘導(dǎo)力色散力+_+__+取向力誘導(dǎo)力色散力42分子間作用力大小規(guī)律分子極性是由共價(jià)鍵的極性引起的，成鍵兩原子的電負(fù)性差值越大，鍵的極性越強(qiáng)，分子中心不對(duì)稱時(shí)的極性也就越大；分子極性越大，取向力越大，誘導(dǎo)力也越大；分子量越大，色散力越大。分子間作用力大小規(guī)律分子極性是由共價(jià)鍵的極性引起的，成鍵兩原43氫鍵發(fā)生在H與電負(fù)性大且半徑小的原子（通常為N、O、F）成鍵的分子中。氫的缺電子與另一富電子（孤電子對(duì)）相互作用而形成。氫鍵的形成使分子的極性減小、變形能力也減小。分子間氫鍵：使分子量大幅度增大，使熔沸點(diǎn)大幅上升分子內(nèi)氫鍵：分子量不變，但使其它分子間力下降，使熔沸點(diǎn)下降。氫鍵發(fā)生在H與電負(fù)性大且半徑小的原子（通常為N、O、F）成鍵44分子間作用力及氫鍵與性質(zhì)關(guān)系物質(zhì)的熔沸點(diǎn)物質(zhì)的溶解性物質(zhì)的硬度。分子間作用力及氫鍵與性質(zhì)關(guān)系物質(zhì)的熔沸點(diǎn)45酸堿性的規(guī)律性酸堿質(zhì)子理論：凡是給出質(zhì)子的是酸凡是接受質(zhì)子的是堿酸特征：肯定有H與電負(fù)性更大的原子相連；堿特征：肯定有原子（尤其是第二周期元素）上有孤電子對(duì)例：HPO42-，NH3酸堿性的規(guī)律性酸堿質(zhì)子理論：46酸堿電子理論(Lewis酸堿理論）：凡是給出電子(對(duì))的是堿凡是接受電子(對(duì))的是酸酸特征：肯定有空價(jià)軌道，金屬及其陽(yáng)離子更易表現(xiàn)堿特征：肯定有孤電子對(duì)（包括s，p及d軌道上的電子或軌道上的電子例：Zn2+,Si(IV),NH3,S2-酸堿電子理論(Lewis酸堿理論）：47酸堿的電離與表達(dá)方式酸堿的電離與表達(dá)方式48氫化物的酸堿性氫化物的酸堿性49干態(tài)酸性

即對(duì)不同氫化物的酸性比較只要比較HX的離解能和X的電子親合能兩項(xiàng)之和就可以了！

干態(tài)酸性

即對(duì)不同氫化物的酸性比較只要比較HX的離解能和X50周期表中氫化物的酸堿性規(guī)律同族元素從上到下，電子親合能差異很小，成鍵半徑（能力）差異很大，故酸性增強(qiáng)；同周期元素從左到右，成鍵半徑差異很小，電子親合能差異很大，故酸性增強(qiáng)。周期表中氫化物的酸堿性規(guī)律同族元素從上到下，電子親合能差異很51含氧酸結(jié)構(gòu)：第二周期均以sp2雜化形成平面結(jié)構(gòu)（有大鍵存在）；第三、四兩周期均以sp3雜化，結(jié)構(gòu)視氧的配位數(shù)而定；第五、六兩周期大都以sp3d2雜化（也可以sp3雜化），結(jié)構(gòu)視氧的配位數(shù)而定。性質(zhì)主要表現(xiàn)在：H-O鍵，酸性、失水性（聚合成多酸）、H的氧化性；O上，配位能力、還原性（失氧分解）；成酸元素A上，氧化還原性（包括歧化）、孤電子對(duì)（配位能力）、穩(wěn)定性（A-O鍵）、失水性（半徑大?。┖跛峤Y(jié)構(gòu)：第二周期均以sp2雜化形成平面結(jié)構(gòu)（有大鍵存在52含氧酸（氫氧化物）的酸堿性強(qiáng)弱經(jīng)驗(yàn)規(guī)則一：離子勢(shì)大小其中z為成酸元素氧化態(tài)，r為成酸元素離子半徑>10時(shí)，酸性7<<10時(shí)，兩性<7時(shí)，堿性經(jīng)驗(yàn)規(guī)則二：含氧酸中平均每個(gè)成酸元素連接的雙鍵氧數(shù)目n(注意，多酸中連接兩個(gè)成酸元素的O不能計(jì)入雙鍵氧！）

含氧酸（氫氧化物）的酸堿性強(qiáng)弱經(jīng)驗(yàn)規(guī)則一：離子勢(shì)大小53含氧酸強(qiáng)弱在周期表中的規(guī)律同族元素從上到下含氧酸的酸依次減弱；同周期元素從左到右依次增強(qiáng)；同一元素不同氧化態(tài)，氧化態(tài)越高酸性越強(qiáng)；同一元素同一氧化態(tài)的含氧酸，酸的聚合度越大，酸性越強(qiáng)（電荷分散程度）。酸性越強(qiáng)，則堿性越弱。含氧酸強(qiáng)弱在周期表中的規(guī)律同族元素從上到下含氧酸的酸依次減弱54Lewis酸堿性原理硬酸：難變形，難失去電子的陽(yáng)離子。特點(diǎn)：正電荷高或8e構(gòu)型。硬堿：難變形，難失去電子的陰離子或分子。特點(diǎn)：半徑小，負(fù)電荷少。軟酸：易變形的陽(yáng)離子。特點(diǎn)：正電荷低，d電子多。軟堿：易變形的陰離子，往往易失去電子。特點(diǎn)：負(fù)電荷高，半徑大，且具有價(jià)層空軌道。軟親軟，硬親硬，軟硬結(jié)合不穩(wěn)定。Lewis酸堿性原理硬酸：難變形，難失去電子的陽(yáng)離子。特點(diǎn)：55軟硬酸堿相親規(guī)律的解釋硬親硬：只形成一個(gè)配位鍵，鍵短而穩(wěn)定。軟親軟：除形成普通的配位鍵外，還形成反饋鍵。成鍵數(shù)目多而穩(wěn)定。軟硬酸堿相親規(guī)律的解釋硬親硬：只形成一個(gè)配位鍵，鍵短而穩(wěn)定。56常見(jiàn)的硬酸與硬堿硬酸H+,RE3+,（IA,IIA)陽(yáng)離子，B3+Al3+,Ti4+,Si4+,V5+,Zr4+,Nb5+,Cr3+,Fe3+硬堿F-,含O，N作配位原子的分子或離子常見(jiàn)的硬酸與硬堿硬酸H+,RE3+,（IA,IIA)陽(yáng)57常見(jiàn)的軟酸和軟堿軟酸Cu+,Ag+,Au+,Cd2+,Hg2+,Tl+,Pb2+,Bi3+,Sn2+軟堿I-,含C,P，As,S,Se,Te作配位原子的分子或離子常見(jiàn)的軟酸和軟堿軟酸Cu+,Ag+,Au+,Cd2+,58周期表中的軟硬規(guī)律主族元素：從上到下依次變軟（包括陽(yáng)離子和陰離子）；從左到右依次變硬。副族元素：從上到下依次變軟；d區(qū)前過(guò)渡元素從左到右隨氧化態(tài)的升高而變硬，超過(guò)半充滿后同一氧化態(tài)從左到右變軟。f區(qū)元素從左到右變硬。電子構(gòu)型的硬度規(guī)律：8e>9-17e>18,18+2e改變硬軟法：提高正電荷變硬，降低電荷變軟。如Fe2+

Fe3+，NH3NH2-。周期表中的軟硬規(guī)律主族元素：從上到下依次變軟（包括陽(yáng)離子和陰59軟硬酸堿理論的具體應(yīng)用元素的存在方式：主要是氧化物礦和硫化物礦。含氧礦存在形式：氧化物和含氧酸鹽；陽(yáng)離子越硬越易形成含氧礦；強(qiáng)酸性氧化物或強(qiáng)堿性氧化物都形成含氧酸鹽礦；弱酸性、弱堿性或兩性氧化物也可以以氧化物形式成礦。如Li+,Al3+,Si(IV),Ti(IV)含硫礦存在形式：全部是硫化物；陽(yáng)離子越弱越易形成含硫礦；軟酸形成含硫礦，中間酸既可形成含氧礦，又可形成含硫礦。如Hg2+HgS，Cu2+CuFeS2,Cu2(OH)2CO3軟硬酸堿理論的具體應(yīng)用元素的存在方式：主要是氧化物礦和硫化物60軟硬酸堿理論的具體應(yīng)用化合物的穩(wěn)定性和溶解度軟親軟，硬親硬都反映的是化合物的穩(wěn)定性。如HgO<HgS,FeF3>FeCl3穩(wěn)定性高的在水溶液中的溶解度往往越?。∨浜衔锏纳杉胺€(wěn)定性F-，含氧配體與硬酸結(jié)合穩(wěn)定；S2-，I-與軟酸結(jié)合穩(wěn)定。如：Al3+AlF63-,HgI42->HgBr42->HgCl42-軟硬酸堿理論的具體應(yīng)用化合物的穩(wěn)定性和溶解度61氧化還原能力的規(guī)律性從上到下同族：高氧化態(tài)氧化性依次減弱，低氧化態(tài)還原性依次增強(qiáng)（包括主族和副族）。另外：IIB族、第四周期元素和第六周期元素反常地高氧化性。從左到右同周期：氧化性依次增強(qiáng)，還原性依次減弱。同一元素不同氧化態(tài)：高氧化態(tài)的氧化性強(qiáng)，低氧化態(tài)的還原性強(qiáng)。另外：Cl的正氧化態(tài)反常（孤電子對(duì)間的斥力）。同一元素同一氧化態(tài)：酸性環(huán)境越強(qiáng)，氧化性越強(qiáng)；堿性環(huán)境越強(qiáng)，還原性越強(qiáng)。氧化還原能力的規(guī)律性從上到下同族：高氧化態(tài)氧化性依次減弱，低62熱穩(wěn)定性規(guī)律與化學(xué)鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，分子中最弱的化學(xué)鍵決定其穩(wěn)定性。共價(jià)型化合物的熱穩(wěn)定性：參看共價(jià)鍵的穩(wěn)定性規(guī)律。離子型化合物的熱穩(wěn)定性：參看離子鍵的強(qiáng)弱規(guī)律。熱穩(wěn)定性規(guī)律與化學(xué)鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，分子中最弱的化學(xué)鍵決定其穩(wěn)定63含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性金屬與成酸元素爭(zhēng)奪O2-，若MO晶格能越大則越易分解；Mn+的極化能力越強(qiáng)越易分解；金屬與氧爭(zhēng)奪電子，金屬離子的電荷越高，極化能力越強(qiáng)，越易分解；成酸元素與O爭(zhēng)奪電子，成酸元素的氧化態(tài)越高，電負(fù)性越大越易分解；金屬和成酸元素均與O爭(zhēng)奪電子，容易分解；中間氧化態(tài)的成酸元素之間通過(guò)O傳遞電子，歧化反應(yīng)。含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性金屬與成酸元素爭(zhēng)奪O2-，若MO晶格能越大64含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性（周期表中和規(guī)律性）主族陽(yáng)離子從上到下其含氧酸鹽越穩(wěn)定，從左到右越不穩(wěn)定（極化）；副族陽(yáng)離子從上到下其含氧酸鹽越穩(wěn)定，從左到右越不穩(wěn)定（極化）。含氧酸酸根的穩(wěn)定性：鋁酸鹽，硅酸鹽>硼酸鹽、磷酸鹽、>鎵酸鹽、砷酸鹽>碳酸鹽>硫酸鹽>硝酸鹽、鹵酸鹽>亞酸鹽及次酸鹽。過(guò)渡金屬(成酸元素）含氧酸鹽的穩(wěn)定性：從左到右穩(wěn)定性下降，從上到下穩(wěn)定性增強(qiáng)。含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性（周期表中和規(guī)律性）主族陽(yáng)離子從上到下其含65鹽的水溶性含氧酸鹽的水溶性一般不如含氧酸，特殊的如H2CO3，而生成的部分全部溶解，溶液中一般是CO2!,H2SiO3實(shí)際上是因?yàn)樾纬闪舜蠓肿?，Si(OH)4的水溶性是很大的！B(OH)3是因?yàn)闅滏I。兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：大陽(yáng)小陰或小陽(yáng)大陰的鹽易溶，大陽(yáng)大陰或小陽(yáng)小陰的鹽難溶強(qiáng)酸鹽一般易溶，弱酸鹽一般難溶（但例外不少）鹽的水溶性含氧酸鹽的水溶性一般不如含氧酸，特殊的如H2CO366規(guī)則一的熱力學(xué)解釋規(guī)則一的熱力學(xué)解釋67《元素周期律》課件68《元素周期律》課件69《元素周期律》課件70物質(zhì)的電性質(zhì)物質(zhì)的電性質(zhì)包括兩個(gè)方面：一是產(chǎn)生傳導(dǎo)電流，即電荷的定向移動(dòng)；二是產(chǎn)生電子云或陰陽(yáng)離子的定向偏移，即形變，產(chǎn)生靜電或電荷儲(chǔ)存。物質(zhì)的導(dǎo)電性與電荷的定向移動(dòng)有關(guān)，電荷的形式可以是電子(空穴)和陰陽(yáng)離子。物質(zhì)的電性質(zhì)物質(zhì)的電性質(zhì)包括兩個(gè)方面：71材料的電性質(zhì)電子質(zhì)量相對(duì)離子來(lái)說(shuō)極小，體積也極小，運(yùn)動(dòng)速度也極快；陰陽(yáng)離子則相對(duì)來(lái)說(shuō)都有較大的體積和質(zhì)量，移動(dòng)速度受其它離子的存在影響，尤其是陰離子的移動(dòng)，因體積大受其它離子阻擋和牽制，影響最大。電子導(dǎo)電能力遠(yuǎn)勝陰陽(yáng)離子的導(dǎo)電能力。電子或離子的定向偏移則產(chǎn)生靜電積累，對(duì)于電子和離子被束縛，則在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生定向偏移。材料的電性質(zhì)電子質(zhì)量相對(duì)離子來(lái)說(shuō)極小，體積也極小，運(yùn)動(dòng)速度也72材料的導(dǎo)電性分類(lèi)對(duì)于電荷定向移動(dòng)的導(dǎo)電性，有：=ne其中是導(dǎo)電率，n是帶電粒子數(shù)，是定向移動(dòng)速度導(dǎo)體的導(dǎo)電率>105S/m；半導(dǎo)體的導(dǎo)電率為10-7~104S/m；絕緣體的導(dǎo)電率小于10-7S/m。材料的導(dǎo)電性分類(lèi)對(duì)于電荷定向移動(dòng)的導(dǎo)電性，有：73導(dǎo)電性比較金屬的導(dǎo)電率一般在107~108S/m；合金的導(dǎo)電性比純金屬差，一般在105~107S/m之間。因此合金一般用于電阻材料或熱電偶。無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電材料一般在105~108S/m，一般用于耐腐蝕導(dǎo)體或?qū)щ娞盍?。如石墨層?nèi)2.5106S/m，ReO3為108S/m。導(dǎo)電性比較金屬的導(dǎo)電率一般在107~108S/m；74材料的導(dǎo)電性與溫度關(guān)系對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，其電子數(shù)量不受溫度和光照的影響，而定向運(yùn)動(dòng)速度卻因溫度的升高而下降（碰撞），因此金屬的導(dǎo)電性具有負(fù)溫度系數(shù)，即溫度升高，導(dǎo)電性越差。對(duì)于半導(dǎo)體和絕緣體來(lái)說(shuō)，其電子數(shù)量在光照和升溫下急劇增加，故導(dǎo)電性顯著增強(qiáng)，因此半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性具有正溫度系數(shù)。對(duì)于離子導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，影響其導(dǎo)電性的僅是離子移動(dòng)的速度，因此溫度升高可以大大提高離子的擴(kuò)散速度，故導(dǎo)電性也是增加的。材料的導(dǎo)電性與溫度關(guān)系對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，其電子數(shù)量不受溫度和光照75絕緣體的擊穿電場(chǎng)在低電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)表現(xiàn)為絕緣和儲(chǔ)存電荷。但在高電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)會(huì)被擊穿而變?yōu)閷?dǎo)體。擊穿往往產(chǎn)生局部高溫、火花，造成材料本身不可逆的破壞。在擊穿處有小孔、裂縫或擊穿時(shí)整個(gè)瓷體炸裂的現(xiàn)象。擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度Ej、擊穿電壓U和電介質(zhì)厚度之間滿足：Ej=U/h陶瓷材料的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度一般在4~60KV/mm。注：絕緣體肯定是電介質(zhì)，但電介質(zhì)并不一定是絕緣體。絕緣體的擊穿電場(chǎng)在低電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)表現(xiàn)為絕緣和儲(chǔ)存電荷。76絕緣材料按分子軌道理論，這類(lèi)材料要求有大禁帶寬度（>3eV)，最好5eV以上。參與成鍵的元素的原子半徑越小，其禁帶寬度越大；電負(fù)性差值越小，則禁帶寬度越小。另外，禁帶寬度還與分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。絕緣材料按分子軌道理論，這類(lèi)材料要求有大禁帶寬度（>3eV)77組成結(jié)構(gòu)禁帶寬度(eV)AlN纖維鋅礦6.2AlP閃鋅礦2.45AlAs閃鋅礦2.16AlSb閃鋅礦1.5BN閃鋅礦7.2BP閃鋅礦2.0BAs閃鋅礦1.6SiC纖維鋅礦2.390SiC閃鋅礦3.023組成結(jié)構(gòu)禁帶寬度(eV)AlN纖維鋅礦6.2AlP閃鋅礦2.78絕緣材料要達(dá)到寬禁帶：IA和IIB族元素的氧化物和氟化物（離子化合物類(lèi)）p區(qū)第二、三周期元素的氧化物和氟化物（共價(jià)化合物類(lèi)）離子型氧化物和氟化物與共價(jià)型氧化物和氟化物的復(fù)合物（鹽類(lèi)）飽和烴類(lèi)及其氟代、氯代物；飽和環(huán)氧類(lèi)化合物、聚胺類(lèi)、聚脂類(lèi)絕緣材料要達(dá)到寬禁帶：79離子型化合物的禁帶寬度大（成鍵元素間電負(fù)性差值越大，禁帶寬度一般越大）。第二、三周期元素的原子半徑小、形成共價(jià)鍵時(shí)成鍵軌道能量降低和反鍵軌道能量升高都很大，禁帶寬度大。復(fù)合氧化物和復(fù)合氟化物穩(wěn)定性更高，禁帶寬度往往更大。離子型化合物的禁帶寬度大（成鍵元素間電負(fù)性差值越大，禁帶寬度80飽和的碳?xì)浠衔锛捌銸、N、F、Cl的取代物是理想的絕緣材料。其原子半徑都很小，穩(wěn)定性高，禁帶寬度大；難變形，介電常數(shù)?。ㄒ话阍?以下，若形成泡沫型結(jié)構(gòu)甚至可以接近空氣的介電常數(shù)1）。常用的有低分子量的油類(lèi)、聚合物類(lèi)如塑料、橡膠。飽和的碳?xì)浠衔锛捌銸、N、F、Cl的取代物是理想的絕緣材料81絕緣材料另外：硼化物、碳化物、硅化物、氮化物、磷化物和硫化物形成的共價(jià)化合物禁帶寬度相對(duì)較小，大都是半導(dǎo)體。共軛體系、自由基體系都有不同程度的導(dǎo)電性，不適合作絕緣材料?？勺冄趸瘧B(tài)的元素及其化合物不適合作絕緣材料；重元素的原子價(jià)軌道能量較高，成鍵時(shí)禁帶寬度小，不適合作絕緣材料；在絕緣材料中不允許有上述雜質(zhì)進(jìn)入，否則絕緣性能大幅度下降。絕緣材料另外：硼化物、碳化物、硅化物、氮化物、磷化物和硫化物82瓷絕緣材料早期的普通瓷絕緣材料主成份是石英、長(zhǎng)石、粘土等，組成比例大致是：10~20%石英，10~20%莫來(lái)石，60~80%的氣孔和玻璃相。特點(diǎn)：成本低、易成型；機(jī)械強(qiáng)度低，只適合于普通絕緣子。提高石英的含量，可改善其機(jī)械強(qiáng)度。瓷絕緣材料早期的普通瓷絕緣材料主成份是石英、長(zhǎng)石、粘土等，組83電絕緣材料氧化鋁陶瓷質(zhì)絕緣材料，用于超高壓絕緣子。特點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度高，耐電弧性能高。但價(jià)格相對(duì)較高。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)高壓、超高壓和特高壓電瓷材料的研究集中中高鋁陶瓷。通過(guò)提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度、耐污性、耐電弧性等方面。原料中的雜質(zhì)對(duì)材料的絕緣性能起至關(guān)重要的作用。原料一般向超純、超細(xì)、超勻方向發(fā)展。電絕緣材料氧化鋁陶瓷質(zhì)絕緣材料，用于超高壓絕緣子。84絕緣材料各類(lèi)塑料：用于各種開(kāi)關(guān)，如聚脂和聚胺脂類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)和尼龍等各類(lèi)橡膠：用于各種包裹型絕緣，如電線電纜等，包括氯丁橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠、丁苯橡膠等各類(lèi)纖維：如棉、石棉、人造纖維等，主要是用于絕緣材料的增強(qiáng)。耐高溫類(lèi)：有機(jī)硅橡膠、聚四氟乙烯、無(wú)機(jī)氧化物類(lèi)，如氧化鋁、云母等。絕緣材料各類(lèi)塑料：用于各種開(kāi)關(guān)，如聚脂和聚胺脂類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)和尼85復(fù)合型絕緣材料常將有機(jī)類(lèi)絕緣材料，通常是樹(shù)脂，如環(huán)氧材料，與無(wú)機(jī)物類(lèi)絕緣材料，如云母、玻璃纖維、石英或氧化鋁粉等進(jìn)行復(fù)合，得到復(fù)合絕緣材料。特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐老化、耐高溫。無(wú)機(jī)陶瓷材料的化學(xué)鍵強(qiáng)，易吸水或表面易吸附其它雜質(zhì)，防污性能差，且脆性大；而有機(jī)類(lèi)材料表面防水效果好，柔性好，但強(qiáng)度低。兩者可以相互彌補(bǔ)不足。復(fù)合型絕緣材料常將有機(jī)類(lèi)絕緣材料，通常是樹(shù)脂，如環(huán)氧材料，與86復(fù)合型絕緣材料引入空心無(wú)機(jī)絕緣材料，可使介電常數(shù)大幅度下降，提高絕緣性。引入納米材料，利用納米材料的量子阻塞效應(yīng)，提高絕緣性能。如微米TiO2的引入會(huì)大幅增大導(dǎo)電性，而引入納米TiO2則導(dǎo)電性有一程度降低，且抗電暈老化性能大幅度提高。復(fù)合型絕緣材料引入空心無(wú)機(jī)絕緣材料，可使介電常數(shù)大幅度下降，87半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料的禁帶寬度在0-3eV，一般在1eV左右。對(duì)于寬禁帶材料，可以通過(guò)摻雜而形成半導(dǎo)體。摻雜方式有兩類(lèi)，一類(lèi)是引入缺電子物質(zhì)，從而在禁帶內(nèi)形成空穴能帶，其導(dǎo)電方式相當(dāng)于正電荷移動(dòng)，故稱為P型半導(dǎo)體（Positive)；另一類(lèi)是引入授電子物質(zhì)，從而在禁帶內(nèi)形成新的價(jià)帶能級(jí)，其導(dǎo)電方式是電子移動(dòng)，故稱為N型半導(dǎo)體(Negative)。不摻雜的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料的禁帶寬度在0-3eV，一般在1eV左右88本征半導(dǎo)體材料導(dǎo)電機(jī)理：價(jià)帶上的電子借助于熱、電、磁等能量激發(fā)到導(dǎo)帶（本征激發(fā)）。本征半導(dǎo)體都是高純物質(zhì)，其雜質(zhì)量應(yīng)少于10-9?？梢允菃钨|(zhì)，也可以是化合物。本征半導(dǎo)體的應(yīng)用不多。因單位體積內(nèi)的載流子數(shù)量少，需要在高溫下才能工作。本征半導(dǎo)體材料導(dǎo)電機(jī)理：價(jià)帶上的電子借助于熱、電、磁等能量激89化合物類(lèi)半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體包括兩大類(lèi)，一類(lèi)是定組成的化合物半導(dǎo)體，其特點(diǎn)是氧化態(tài)確定，只是其禁帶寬度落在半導(dǎo)體區(qū)，可以形成二元或多元半導(dǎo)體，包括II-VI族化合物，如CdS,ZnS,HgS,CdSe等，III-V族化合物，如GaN,GaAs,GaP,InP等，多元的如Ga1-xAlxN等，IV-IV族化合物如SiC,GeSi等；另一類(lèi)是混價(jià)化合物半導(dǎo)體，如Fe1-xO等，多出現(xiàn)在過(guò)渡金屬化合物中。這類(lèi)半導(dǎo)體的特點(diǎn)是禁帶寬，遷移率范圍也寬。化合物類(lèi)半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體包括兩大類(lèi)，90定組成的化合物半導(dǎo)體，因控制摻雜濃度容易，能帶寬度調(diào)節(jié)方便，而廣泛被研究。從元素周期表上來(lái)看，p區(qū)元素單質(zhì)或之間（包括IIB族）形成的半導(dǎo)體容易純化和控制摻雜。過(guò)渡元素的氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物將是豐富的半導(dǎo)體材料，有等于進(jìn)一步研究和挖掘的寶庫(kù)。多元的復(fù)合氧化物（含氧酸鹽類(lèi)）更是種類(lèi)繁多，它們也是半導(dǎo)體材料的重要寶庫(kù)，有待研究和利用，如BaTiO3。定組成的化合物半導(dǎo)體，因控制摻雜濃度容易，能帶寬度調(diào)節(jié)方便，91半導(dǎo)體VIIA、IA和IIA族元素很少用于半導(dǎo)體，只有在摻雜或有限調(diào)整組成時(shí)偶爾用到。過(guò)渡元素也可以作用p區(qū)半導(dǎo)體的摻雜成份。作為摻雜元素，通常要求其能量比本體相元素的軌道能量要高，故理想的摻雜元素都應(yīng)是第三周期及其以下的元素半導(dǎo)體VIIA、IA和IIA族元素很少用于半導(dǎo)體，只有在摻雜92熱敏半導(dǎo)體陶瓷據(jù)電阻與溫度特性分為三類(lèi)：電阻隨溫度升高而增大，正溫度系數(shù)熱敏電阻（Positivetemperaturecoefficient,PTC)；電阻隨溫度升高而減小，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（Negativetemperaturecoefficient,NTC)；電阻在某一小溫度范圍內(nèi)急劇變化的熱敏電阻，臨界溫度熱敏電阻（Criticaltemperatureresistor,CTR)。熱敏半導(dǎo)體陶瓷據(jù)電阻與溫度特性分為三類(lèi)：93正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）是一類(lèi)鐵電半導(dǎo)體，電阻劇變溫度發(fā)生在居里溫度點(diǎn)（即相變點(diǎn)），此時(shí)材料由鐵電性變?yōu)轫橂娦?，電阻暴?03-107倍。相變溫度可以通過(guò)組成調(diào)節(jié)來(lái)改變。以BaTiO3為代表的PTC陶瓷。BaTiO3具有較寬的禁帶寬度，一般情況下是絕緣體，其電阻率在1012.cm，不能用于PTC熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）是一類(lèi)鐵電半導(dǎo)體，電阻劇變溫度發(fā)94PTC半導(dǎo)體材料通過(guò)摻雜，引入新能級(jí)，使該陶瓷具有半導(dǎo)體性質(zhì)，其導(dǎo)電率變?yōu)?~103.cm。摻雜的方法是引入+3氧化態(tài)的陽(yáng)離子如RE3+取代Ba2+，引入+5氧化態(tài)的陽(yáng)離子取代Ti4+。雜質(zhì)的引入對(duì)性質(zhì)非常敏感。典型的PTC熱敏陶瓷配方：主成分Ba0.93Pb0.03Ca0.04TiO3+0.0011Nb2O5+0.01TiO2輔助成分摩爾分?jǐn)?shù)：Sb2O30.06%,MnO20.04%

SiO20.5%Al2O30.167%Li2CO30.1%PTC半導(dǎo)體材料通過(guò)摻雜，引入新能級(jí)，使該陶瓷具有半導(dǎo)體性質(zhì)95NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻隨溫度變化其電阻下降，與普通陶瓷的區(qū)別在于其電阻變化的幅度更大。CTR熱敏電阻目前主要是VO2為主要成份的半導(dǎo)體陶瓷，其電阻在68C附近突變103~4倍，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻隨溫度變化其電阻下降，與普通陶瓷96導(dǎo)電材料電子導(dǎo)體：金屬、合金、導(dǎo)電高分子離子導(dǎo)體：陽(yáng)離子導(dǎo)體、陰離子導(dǎo)體超導(dǎo)體混合導(dǎo)體導(dǎo)電材料電子導(dǎo)體：金屬、合金、導(dǎo)電高分子97金屬及其合金金屬單質(zhì)的導(dǎo)電性很高，摻雜后的導(dǎo)電性會(huì)急劇下降。因此金屬的純度對(duì)導(dǎo)電性致關(guān)重要。導(dǎo)電性最好的金屬：Ag,Cu,Au,Al。合金的形成相當(dāng)于對(duì)純金屬摻雜，其導(dǎo)電性下降，一般用于制作電阻和熱電偶。金屬及其合金金屬單質(zhì)的導(dǎo)電性很高，摻雜后的導(dǎo)電性會(huì)急劇下降。98離子導(dǎo)體鋰電池Li1-xCoO2(x<1)離子導(dǎo)體鋰電池99Li1-xCoO2-LiyC6充放電示意圖Li1-xCoO2-LiyC6充放電示意圖100物質(zhì)的光性質(zhì)物質(zhì)的光性質(zhì)包括兩個(gè)方面，一是物質(zhì)與光相互作用而產(chǎn)生的效應(yīng)，二是物質(zhì)吸收能量以后的發(fā)光。光是一種電磁波，其運(yùn)動(dòng)速率在真空中為3108m/s，運(yùn)動(dòng)中有兩個(gè)分量，即電分量和磁分量，且電分量和磁分量相互垂直。因此盡管光子不帶電，仍可以理解光與電場(chǎng)和磁場(chǎng)均會(huì)發(fā)生相互作用，從而改變光的行為。其中是光速，為波長(zhǎng)，t為時(shí)間，x為距離光子是能量的最小單位，其能量與光子的波長(zhǎng)（或頻率）有關(guān)，波長(zhǎng)越短，能量越高，涉及從射頻、紅外、可見(jiàn)、紫外、X射線、射線等寬廣的波長(zhǎng)范圍。E=h=hc/物質(zhì)的光性質(zhì)物質(zhì)的光性質(zhì)包括兩個(gè)方面，一是物質(zhì)與光相互作用而101光通常按波長(zhǎng)分類(lèi)對(duì)人眼有光刺激的波長(zhǎng)范圍是380-830nm段，其中對(duì)人眼有明顯光刺激的則是400-780nm段，即通常所說(shuō)的可見(jiàn)光。比該段波長(zhǎng)長(zhǎng)的為紅外線、微波和無(wú)線電波等；比該波長(zhǎng)短的為紫外線、X射線和射線等。對(duì)可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)，每一種波長(zhǎng)代表一種顏色，而每一種顏色卻并不一定對(duì)應(yīng)一種特定波長(zhǎng)！由于波長(zhǎng)是連續(xù)的，因此理論上，顏色就有無(wú)窮多種，不過(guò)人眼能識(shí)別的顏色并不多，對(duì)一位經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的人來(lái)說(shuō)，最多可識(shí)別300余種（按深淺、色調(diào)）。光通常按波長(zhǎng)分類(lèi)對(duì)人眼有光刺激的波長(zhǎng)范圍是380-830nm102《元素周期律》課件103對(duì)于黑體輻射，溫度高于絕對(duì)零度輻射電磁波，發(fā)出連續(xù)波長(zhǎng)的光，其量分布按Plank黑體輻射公式計(jì)算。其中為波長(zhǎng)，T為絕對(duì)溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，c為光速，h為普朗克常數(shù)。溫度越高，短波長(zhǎng)的光越多，顏色偏藍(lán)偏冷；反之溫度越低，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光越多，顏色偏黃偏暖。對(duì)于黑體輻射，溫度高于絕對(duì)零度輻射電磁波，發(fā)出連續(xù)波長(zhǎng)的光，104因此，不同溫度下，黑體輻射產(chǎn)生的光譜能量分布是不同的，光的顏色也就不同，對(duì)應(yīng)不同的色溫。色溫越高的光越偏藍(lán)偏冷；色溫越低的光越偏黃偏暖。太陽(yáng)的表面溫度是6500C，因此，日光的色溫是6500C，常用D65(Daylight6500)來(lái)表示。太陽(yáng)光也是一個(gè)典型的黑體輻射，其光譜也是連續(xù)的；人眼是適應(yīng)太陽(yáng)光進(jìn)化而來(lái)，因此對(duì)陽(yáng)光和光譜連續(xù)的光最適應(yīng)，人造光源中通過(guò)高溫而得到的光源波長(zhǎng)也是連續(xù)的，如白熾燈；而不通過(guò)高溫而得到的光波長(zhǎng)通常是不連續(xù)的，如熒光燈、節(jié)能燈、鈉燈、高壓汞燈等。因此，不同溫度下，黑體輻射產(chǎn)生的光譜能量分布是不同的，光的顏105太陽(yáng)光是混合波長(zhǎng)的光通過(guò)棱鏡將太陽(yáng)光分光，則由于不同波長(zhǎng)的光在棱鏡中的折射指數(shù)不同，傳播速度和方向的不同而分開(kāi)，可以觀察到紅橙黃綠青藍(lán)紫連續(xù)的色帶。也即太陽(yáng)光的白光其實(shí)由無(wú)數(shù)波長(zhǎng)（顏色）的光組成，若去掉部分顏色的光，則所得到的光不再是白色了，此時(shí)所看到的光的顏色和被去掉的光的顏色之間構(gòu)成互補(bǔ)色。任何兩互補(bǔ)色都可以通過(guò)調(diào)整其比例混合后得到白光。aa太陽(yáng)光是混合波長(zhǎng)的光通過(guò)棱鏡將太陽(yáng)光分光，則由于不同波長(zhǎng)的光106互補(bǔ)色一種非白色的光可以由一種波長(zhǎng)的光構(gòu)成，也可以由多種波長(zhǎng)的光混合得到；而白光則肯定是混合波長(zhǎng)的光。若兩種波長(zhǎng)的光按一定比例混合能得到白光，則稱該兩種光為互補(bǔ)色。如普通熒光燈由藍(lán)光和黃光兩種光混合得到，故藍(lán)光和黃光是互補(bǔ)色?；パa(bǔ)色一種非白色的光可以由一種波長(zhǎng)的光構(gòu)成，也可以由多種波長(zhǎng)107色坐標(biāo)與光的混合色根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的不同波長(zhǎng)的光對(duì)人眼的光譜三刺激值，對(duì)不同波長(zhǎng)的光可以建立一個(gè)色坐標(biāo)，其形狀似馬蹄形，通常用平面圖就可以表示，x+y+z=1，只要知道x、y，便自然知道z值。x值越高，則紅光成份越高，而y值越小，藍(lán)光成份越高，y值越高，綠光成份越高。色坐標(biāo)與光的混合色根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的不同波長(zhǎng)的光對(duì)人眼的光譜三刺108色坐標(biāo)色坐標(biāo)109色坐標(biāo)色坐標(biāo)馬蹄形區(qū)代表了自然界中所有的顏色，任意一點(diǎn)代表一種顏色，每一種顏色都對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的色坐標(biāo)。每一種顏色如果是處在馬蹄形軌跡上，則該顏色是純色，由單一波長(zhǎng)的光組成；若處在馬蹄形圖的中間的任意一點(diǎn)，則肯定是混合色，即由不同波長(zhǎng)的光配伍得到。除純色外的其它顏色，可以有無(wú)窮多種方法得到，只要通過(guò)該點(diǎn)往任意方向作直線，則通過(guò)該點(diǎn)線兩端的任意兩種顏色都可以配出該點(diǎn)的顏色，配伍比例由杠桿原理確定（二色配伍法）；也可以通過(guò)該點(diǎn)往不同方向引出多條直線，若這些線的終點(diǎn)所圍成的多面體包含該點(diǎn)，則這些顏色也能配伍出該點(diǎn)顏色（多色配伍法）。色坐標(biāo)色坐標(biāo)馬蹄形區(qū)代表了自然界中所有的顏色，任意一點(diǎn)代表一110色坐標(biāo)的中心點(diǎn)為白光點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)是x=y=z=0.3333，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)的白光。顯而易見(jiàn)，太陽(yáng)光的白光所包含的是馬蹄形軌跡上的各波長(zhǎng)的光混合而得到的。而要得到色坐標(biāo)是x=y=z=0.3333并不需要所有波長(zhǎng)的光，配光方式與上述方式相似。顯而易見(jiàn)，配出白光的方式有無(wú)窮多種。在人造光源中并不要求嚴(yán)格滿足x=y=z=0.3333。若在馬蹄形區(qū)中任意選兩點(diǎn)，則該兩點(diǎn)的顏色可以配出兩點(diǎn)連線上所有的顏色；若任選三點(diǎn)，則由該三點(diǎn)顏色可以配出該三點(diǎn)所圍成的三角形面積有所有的顏色。色坐標(biāo)的中心點(diǎn)為白光點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)是x=y=z=0.3333111三基色最理想的，由紅綠藍(lán)三種顏色可以圍成一個(gè)很大面積的三角形，即可以復(fù)現(xiàn)其面積中的所有顏色，基本上可以覆蓋自然界中絕大多數(shù)的顏色，因此紅綠藍(lán)三色又稱為三原色或三基色。彩電、顯示器、節(jié)能燈等都利用了三原色原理。若使用四種顏色、五種顏色，則可以圍成四邊形、五邊形，其形成的面積有可能更大，可配出的色彩也就更豐富。電視使用多色配伍可使圖像質(zhì)量更高但難度更大；節(jié)能燈使用多色配伍可使光更接近自然光（太陽(yáng)光）。三基色最理想的，由紅綠藍(lán)三種顏色可以圍成一個(gè)很大面積的三角形112顯色指數(shù)人眼是長(zhǎng)期適應(yīng)陽(yáng)光進(jìn)化而來(lái)，所以對(duì)陽(yáng)光最適應(yīng)。當(dāng)陽(yáng)光和一種人造光源分別照在同一物體上時(shí)會(huì)產(chǎn)生色差，這種色差用顯色指數(shù)來(lái)度量。將日光D65定為顯色指數(shù)100，其它光源的還原顏色的能力對(duì)比相對(duì)值肯定要小，即為該光源的顯色指數(shù)。如白熾燈的顯色指數(shù)達(dá)到95以上，與日光很接近，而熒光燈一般在80左右，節(jié)能燈可達(dá)到85-90，而鈉燈和高壓汞燈只有20-50。高品質(zhì)的生活需要高顯色指數(shù)的光源。對(duì)普通人來(lái)說(shuō)，稍低的顯色指數(shù)對(duì)生活影響不大，而對(duì)藝術(shù)家來(lái)說(shuō)，低顯色指數(shù)可能是災(zāi)難性的。顯色指數(shù)人眼是長(zhǎng)期適應(yīng)陽(yáng)光進(jìn)化而來(lái)，所以對(duì)陽(yáng)光最適應(yīng)。113物質(zhì)的光性質(zhì)當(dāng)光進(jìn)入新介質(zhì)時(shí)，必定與介質(zhì)中的原子或離子發(fā)生相互作用，這種作用與介質(zhì)的組成、晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等關(guān)系密切。當(dāng)光子的能量與介質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)不匹配時(shí)，光子不會(huì)被介質(zhì)吸收，此時(shí)介質(zhì)是透明的，即光會(huì)透過(guò)介質(zhì)而產(chǎn)生透射。由于介質(zhì)不同于真空，光在介質(zhì)中傳播的速率和傳播方向（折射）都會(huì)發(fā)生變化，這與介質(zhì)的折射指數(shù)n有關(guān)（真空的折射指數(shù)定為1），不同介質(zhì)中光的傳播速率不同，方向改變程度也不同：

i=c/nisin1/sin2=n2/n1=1/2物質(zhì)的光性質(zhì)當(dāng)光進(jìn)入新介質(zhì)時(shí)，必定與介質(zhì)中的原子或離子發(fā)生相114物質(zhì)的光性質(zhì)——折射率介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)：

=n2而介電常數(shù)又與材料的變形能力有關(guān)。由于光運(yùn)動(dòng)中具有電和磁兩個(gè)分量，光作用到介質(zhì)上相當(dāng)于光有電作用到介質(zhì)上，介質(zhì)被光電場(chǎng)極化，產(chǎn)生正負(fù)電荷重心的相對(duì)位移。反過(guò)來(lái)，被極化的介質(zhì)又反作用于光電場(chǎng)，從而使光波減速。物質(zhì)的光性質(zhì)——折射率介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)：115物質(zhì)的光性質(zhì)——雙折射對(duì)于各向同性材料，如玻璃、無(wú)定形體、立方晶體，在這類(lèi)材料內(nèi)部光速率不會(huì)因傳播方向改變而改變。對(duì)于各向異性晶體，由于晶體在不同方向上原子或離子的排列方式不同，其折射率也不同，傳播速率上也有差異，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。如石英（六方晶體）的雙折射率是n0=1.543，ne=1.552，前者是光軸折射率是一個(gè)常數(shù)，后者是隨入射角而變的折射率，當(dāng)與光軸垂直時(shí)達(dá)最大值。物質(zhì)的光性質(zhì)——雙折射對(duì)于各向同性材料，如玻璃、無(wú)定形體、立116一些材料的折射率材料折射率雙折射材料折射率雙折射SiCl41.412NaAlSi3O81.5290.008LiF1.392CaAl2Si2O81.5850.008NaF1.326Al2SiO51.650.021CaF21.434Al6Si2O131.640.010Al2O31.760.008金紅石2.710.287MgO1.74SiC2.680.043石英1.550.009PbO2.61MgAl2O41.72PbS3.912ZrSiO41.950.055方解石1.650.17KAlSi3O81.5250.007硅3.49一些材料的折射率材料折射率雙折射材料折射率雙折射SiCl41117物質(zhì)的光性質(zhì)——折射指數(shù)物質(zhì)的內(nèi)應(yīng)內(nèi)也會(huì)改變折射指數(shù)，垂直于拉應(yīng)力方向的n大，平行于拉應(yīng)力方向的n小。無(wú)定形的n小，高溫時(shí)的n也小。原子密度越少，n越小。物質(zhì)的折射率還隨光的波長(zhǎng)而變，此一現(xiàn)象稱為光的色散。波長(zhǎng)短的折射率大物質(zhì)的光性質(zhì)——折射指數(shù)物質(zhì)的內(nèi)應(yīng)內(nèi)也會(huì)改變折射指數(shù)，垂直于118材料的光性質(zhì)——全反射當(dāng)光從折射指數(shù)大的介質(zhì)傳到折射指數(shù)小的介質(zhì)中時(shí)，折射角大于入射角。調(diào)整入射角可以使折射角大于90時(shí)，則光不能進(jìn)入折射指數(shù)小的介質(zhì)，發(fā)生全反射。此時(shí)光線被束縛在折射指數(shù)大的介質(zhì)中，即材料成為光容器。利用此原理可以用于光纖通迅。材料的光性質(zhì)——全反射當(dāng)光從折射指數(shù)大的介質(zhì)傳到折射指數(shù)小的119材料的光性質(zhì)——反射系數(shù)光照射到材料表面時(shí)，除發(fā)生透射外，還發(fā)生反射。若定n21為兩種不同介質(zhì)的相對(duì)折射率，即n21=n2/n1，此時(shí)材料的反射系數(shù)為m，有m=(n21-1)2/(n21+1)2顯然，當(dāng)兩種介質(zhì)的折射指數(shù)差異越小，反射系數(shù)越小，當(dāng)n1=n2時(shí)，m=0，即幾乎沒(méi)有反射損失。如折射率為1.5的玻璃，其空氣中反射損失為0.04，若透過(guò)兩塊，則損失為1-0.962=0.08，若透過(guò)x塊玻璃，則其透過(guò)部分為(1-m)2x。因此若要透過(guò)多塊玻璃時(shí)，為減少反射損失，可用折射率相近的膠將它們粘起來(lái)。另外，陶瓷要用于透光器件，則必須減少氣孔數(shù)量。材料的光性質(zhì)——反射系數(shù)光照射到材料表面時(shí)，除發(fā)生透射外，還120反射系數(shù)的應(yīng)用如眼鏡鏡片，要求透光率越高越好，要達(dá)此目的，可以采用以下方法：使用折射指數(shù)盡可能小的透明材料，以盡量減小反射損失。折射指數(shù)1.5，反射損失為0.04，折射指數(shù)2.0，反射損失為0.11。使用玻璃態(tài)物質(zhì)或具有立方晶系的晶體，減少雙折射損失。如1cm的陶瓷片，由10m的晶粒燒成，則有1000個(gè)晶面，對(duì)氧化鋁其雙折射損失為0.005，對(duì)金紅石(n0=2.854,ne=2.567)，其雙折射損失為0.94!（計(jì)算參見(jiàn)反射系數(shù)）提高材料的純度，減少散射損失。減少材料氣孔率，減少反射損失。反射系數(shù)的應(yīng)用如眼鏡鏡片，要求透光率越高越好，要達(dá)此目的，可121材料的光性質(zhì)——吸收若材料中有能級(jí)間隔與光的能量相近，則發(fā)生光的吸收。其吸收系數(shù)差異很大，如空氣為10-5cm-1，玻璃通常約10-2cm-1，而金屬則通常為104-5cm-1，故金屬實(shí)際上是不透明的。對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，其能帶結(jié)構(gòu)非常豐富，幾乎對(duì)所有波長(zhǎng)的光都能產(chǎn)生吸收，因此金屬對(duì)所有波長(zhǎng)的光幾乎都是不透明的（晶體狀態(tài)時(shí)有一定反射）。僅當(dāng)金屬顆粒小到納米級(jí)時(shí)，由于庫(kù)侖阻塞效應(yīng)才使能級(jí)差變大。盡管金屬的能帶結(jié)構(gòu)豐富，但能量極低的雷達(dá)波（范圍覆蓋米、分米和厘米）有較強(qiáng)的反射，這是雷達(dá)測(cè)金屬物體運(yùn)動(dòng)的原理。材料的光性質(zhì)——吸收若材料中有能級(jí)間隔與光的能量相近，則發(fā)生122透光窗口一般電介質(zhì)都有一定的禁帶寬度，小于該禁帶寬度的能量的光不會(huì)被吸收，而原子或離子振動(dòng)能級(jí)往往在紅外區(qū)，故電介質(zhì)往往有一個(gè)透光范圍（窗口）。透光窗口一般電介質(zhì)都有一定的禁帶寬度，小于該禁帶寬度的能量的123常見(jiàn)材料的透光范圍材料波長(zhǎng)(nm)材料波長(zhǎng)(nm)材料波長(zhǎng)(nm)熔二氧化硅16-400多晶氟化鎂45-900氟化鈉14-1500熔融石英18-420氧化釔26-920氟化鋇13-1500鋁酸鈣玻璃40-550單晶氧化鎂25-950硅120-1500偏鈮酸鋰35-550多晶氧化鎂30-950氟化鉛29-1500方解石20-550單晶氟化鎂15-960硫化鎘55-1600二氧化鈦43-620多晶氟化鈣13-1180硒化鋅48-2200鈦酸鍶39-680單晶氟化鈣13-1200鍺180-2300氧化鋁20-700氟化鋇鈣75-1200碘化鈉25-2500藍(lán)寶石15-750硫化砷玻璃60-1300氯化鈉20-2500氟化鋰12-850硫化鋅60-1450氯化鉀21-2500常見(jiàn)材料的透光范圍材料波長(zhǎng)(nm)材料波長(zhǎng)(nm)材料波長(zhǎng)(124對(duì)于晶體材料，如果對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收，即對(duì)某一波長(zhǎng)的光吸收強(qiáng)，而對(duì)其它波長(zhǎng)吸收弱或不吸收，則該物質(zhì)是有色的，在自然白光下將看到被吸收光的互補(bǔ)色，即該物質(zhì)的顏色。若對(duì)各種波長(zhǎng)的光吸收程度相同，即均勻吸收，則隨著吸收程度的增加，物質(zhì)的顏色可以從灰到黑。對(duì)于晶體材料，如果對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收，即對(duì)某一波長(zhǎng)的光吸125光譜選率對(duì)光產(chǎn)生選擇性吸收有一個(gè)規(guī)則，即光譜選律軌道量子數(shù)差值|L|=1，即奇偶波函數(shù)（軌道）間的躍遷是允許的。如s-p,p-d,d-f都是允許的；而s-d,p-f,s-s,d-d,p-p,f-f間的躍遷是禁阻的。|S|=0，即躍遷前后自旋方向不發(fā)生改變的躍遷是允許的。光譜選率對(duì)光產(chǎn)生選擇性吸收有一個(gè)規(guī)則，即光譜選律126材料的吸收與光波波長(zhǎng)的匹配材料的吸收與光波波長(zhǎng)的匹配127不同頻率的光的應(yīng)用無(wú)線電頻率對(duì)應(yīng)原子核的自旋和電子的自旋，用于核磁共振或順磁共振。前者醫(yī)學(xué)上用于成像，儀器分析上用于檢測(cè)化合物組成和結(jié)構(gòu)，后者用于有成單電子的材料的檢測(cè)。微波區(qū)對(duì)應(yīng)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，尤其是極性分子在微波場(chǎng)中被極化而產(chǎn)生強(qiáng)吸收，分子間的摩擦而被加熱，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。紅外區(qū)對(duì)應(yīng)分子的振動(dòng)能級(jí)，用于官能團(tuán)的檢測(cè)（紅外和拉曼）可見(jiàn)和紫外區(qū)對(duì)應(yīng)分子的價(jià)層電子躍遷。X射線則對(duì)應(yīng)原子內(nèi)層電子的躍遷，用于元素分析（特征X射線），工業(yè)上用于探傷、醫(yī)學(xué)上用于透視均利用其強(qiáng)穿透能力。射線對(duì)應(yīng)原子核躍遷，能量極高，醫(yī)學(xué)上有用于病灶切除。不同頻率的光的應(yīng)用無(wú)線電頻率對(duì)應(yīng)原子核的自旋和電子的自旋，用128熒光和磷光當(dāng)材料吸收能量，其價(jià)層電子發(fā)生躍遷，形成激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，最終會(huì)釋放能量并回落到基態(tài)?；芈涞交鶓B(tài)的方式可以有多種。通過(guò)交叉馳豫，能量以聲子形式釋放（熱），材料溫度升高，同時(shí)產(chǎn)生熱輻射；通過(guò)交叉馳豫到另一個(gè)相對(duì)能量稍低的激發(fā)態(tài)，再以光的形式釋放，這種形式的能量釋放通常是以光的形式。若相對(duì)能量稍低的激發(fā)態(tài)的壽命很短，此一情況往往是其自旋和軌道躍遷都允許的條件下，即與基態(tài)相比，其自旋多重度（自旋方向）不變，軌道奇偶變化；此時(shí)的躍遷產(chǎn)生熒光，其壽命一般在10-6s以下；若相對(duì)能量稍低的激發(fā)態(tài)與基態(tài)的自旋多重度不同，此時(shí)回到基態(tài)較難，產(chǎn)生磷光，其壽命一般長(zhǎng)于10-6S。熒光和磷光當(dāng)材料吸收能量，其價(jià)層電子發(fā)生躍遷，形成激發(fā)態(tài)。129熒光和磷光熒光和磷光130激光若相對(duì)較低的激發(fā)態(tài)(亞穩(wěn)態(tài),metastablestate)的壽命很長(zhǎng)，則導(dǎo)致大量電子在該能級(jí)上積累，使得該能級(jí)上的電子數(shù)比基態(tài)電子數(shù)還多，形成布居數(shù)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而誘發(fā)該能級(jí)上的電子同步回落到基態(tài)，回落過(guò)程所需時(shí)間很短，在10-12——10-15S，在如此短的時(shí)間內(nèi)，原子振動(dòng)引起的能級(jí)改變幾乎為0，因此電子回落過(guò)程中產(chǎn)生的光子的波長(zhǎng)是相同的，且位相高度一致，產(chǎn)生激光。亞穩(wěn)態(tài)的壽命越長(zhǎng)、電子回落基態(tài)過(guò)程中所需時(shí)間越短，其能量聚集度越高，激光待性越強(qiáng)。激光若相對(duì)較低的激發(fā)態(tài)(亞穩(wěn)態(tài),metastablest131激光激光132物質(zhì)的磁性質(zhì)電荷的定向移動(dòng)產(chǎn)生電流；電荷的積累則產(chǎn)生靜電（介電），前者須有導(dǎo)體，而后者則是介電材料（電容器）磁性的產(chǎn)生則必須是電荷的定向移動(dòng)才能產(chǎn)生。對(duì)于原子來(lái)說(shuō)，由原子核和核外電子組成，而原子核質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)很慢，故其產(chǎn)生的磁性可以忽略不計(jì)，磁性主要由核外電子運(yùn)動(dòng)而引起的。故磁性一般考慮由電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。而離子的定向移動(dòng)雖然也產(chǎn)生電流，但因速率相對(duì)較慢，故同樣可以忽略。原子核外的電子一般都處于基態(tài)，而且絕大部分電子都成對(duì)（自旋方向相反），只有少數(shù)成單電子。成對(duì)電子產(chǎn)生的磁性相互抵消，凈磁為0，故只有成單電子產(chǎn)生的磁性不能抵消。物質(zhì)的磁性質(zhì)電荷的定向移動(dòng)產(chǎn)生電流；電荷的積累則產(chǎn)生靜電（介133自發(fā)磁化自發(fā)磁化：自旋磁矩不能抵消產(chǎn)生剩余的磁矩。磁矩沿一個(gè)方向整齊地排列，就象很多小磁鐵首尾相接，才能使物體對(duì)外顯示磁性，成為磁性材料。這種原子磁矩的整齊排列現(xiàn)象，就稱為自發(fā)磁化。自發(fā)磁化自發(fā)磁化：自旋磁矩不能抵消產(chǎn)生剩余的磁矩。磁矩沿一134磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中的表現(xiàn)磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中的表現(xiàn)135抗（反，逆）磁性物質(zhì)：僅對(duì)無(wú)成單電子的材料（包括無(wú)游離基，游離基是有機(jī)磁體的成因）。順磁性物質(zhì)：成單電子之間無(wú)相互作用。受熱運(yùn)動(dòng)制約，磁化率滿足居里-懷斯定律：=C/（T-）C，均為常數(shù)抗（反，逆）磁性物質(zhì)：僅對(duì)無(wú)成單電子的材料（包括無(wú)游離基，136鐵磁性材料：成單電子之間存在強(qiáng)烈的相互作用，產(chǎn)生磁交換。外加磁場(chǎng)消失后仍有剩磁。在居里溫度（臨介溫度）以下時(shí)表現(xiàn)鐵磁性；在居里溫度以上時(shí)，因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕藭r(shí)符合居里-懷斯定律。反鐵磁性材料：成單電子之間存在相互克制的磁矩，總磁矩表現(xiàn)與順磁性材料相當(dāng)，但隨溫度升高磁化率有先升r后降的過(guò)程，當(dāng)達(dá)到臨介溫度（Neel溫度）以上時(shí)規(guī)律與順磁性材料一致。鐵磁性材料：成單電子之間存在強(qiáng)烈的相互作用，產(chǎn)生磁交換。外加137居里溫度一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。鐵磁物質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判詴r(shí)的溫度Tc稱為居里溫度。居里溫度一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上138一些物質(zhì)的居里溫度

一些物質(zhì)的居里溫度物質(zhì)單位（攝氏度）坡莫合金30％

70郝斯勒合金

200鎳358坡莫合金(FeNi)78％550磁鐵礦585鐵769鈷1140

一些物質(zhì)的居里溫度

一些物質(zhì)的居里溫度139居里溫度的應(yīng)用電飯鍋利用磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105度的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì)把它們分開(kāi)，同時(shí)帶動(dòng)電源開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，停止加熱。居里溫度的應(yīng)用電飯鍋利用磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底140磁滯曲線磁滯回線和極限磁滯回線；Bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度；Hc矯玩場(chǎng)；Br剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁滯曲線磁滯回線和極限磁滯回線；141磁性物質(zhì)的分類(lèi)(1)軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)(2)永磁材料其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)(3)矩磁材料其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)HBHBHB根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，分成三類(lèi)：磁性物質(zhì)的分類(lèi)(1)軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(142宇宙飛船返回大氣層，表面溫度高達(dá)2000C以上，而船內(nèi)溫度要求~30C！H2/O2液體火箭的燃料H2的沸點(diǎn)40K，其保存需要隔熱材料。建筑的保溫，冬天的取暖、夏天的降溫，隔熱材料將大幅度減少能源的浪費(fèi)。電腦CPU要散熱.宇宙飛船返回大氣層，表面溫度高達(dá)2000C以上，而船內(nèi)溫度143材料的熱學(xué)性質(zhì)固體傳熱均與晶格振動(dòng)有關(guān)，物體中各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能總合就是該物體的熱量。由于材料中各質(zhì)點(diǎn)間的作用力很強(qiáng)，故一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)其它相鄰質(zhì)點(diǎn)隨之振動(dòng)。作用力越強(qiáng)，傳熱效果越好。相鄰質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間總是超前或滯后，也即肯定有位相差，使晶格振動(dòng)以彈性波（格波）的形式傳播。若相鄰質(zhì)點(diǎn)間振動(dòng)的位相差很小（振動(dòng)方向相同），其頻率落在聲頻，故稱聲頻支振動(dòng)；若相鄰質(zhì)點(diǎn)間位相差很大（振動(dòng)方向相反），幾乎相反時(shí)，頻率往往在紅外區(qū)，稱為光頻支振動(dòng)材料的熱學(xué)性質(zhì)固體傳熱均與晶格振動(dòng)有關(guān)，物體中各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的144材料的熱膨脹熱膨脹系數(shù)：

L/L0=LT其中L為線膨脹系數(shù)，T為溫差，L為伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，L0原始長(zhǎng)度?；?qū)懗桑篖T=L0(1+LT)同理對(duì)體積變化有：VT=V0（1+VT）對(duì)各向同性立方體則：VT=L0(1+LT)3V0(1+3LT)即V3L對(duì)各向異性晶體，各晶軸膨脹程度不同，有：VT=LaLbLc=(1+aT)(1+bT)(1+cT)

V0(1+a+b+c)即Va+b+c材料的熱膨脹熱膨脹系數(shù)：145熱膨脹機(jī)理若將質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)看成是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則升高溫度只會(huì)增大振幅，不會(huì)改變平衡位置，故質(zhì)點(diǎn)的平均距離不會(huì)改變，溫度改變不會(huì)改變晶體的大小和形狀，也就不會(huì)有熱膨脹。實(shí)際上原子間的作用力是非線性的。原子靠近時(shí)斥力增幅遠(yuǎn)大于原子離開(kāi)時(shí)吸引力增幅，故靠近的幅度小于遠(yuǎn)離的幅度，當(dāng)溫度升高時(shí)，靠近的增幅小于遠(yuǎn)離的增幅，故而導(dǎo)致熱膨脹。原子間的結(jié)合力越強(qiáng)，升高同樣溫度時(shí)振幅增大越小，故熱膨脹系數(shù)越小。熱膨脹系數(shù)與熱容隨溫度變化有相似的變化規(guī)律，即一般隨溫度升高而增大。熱膨脹機(jī)理若將質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)看成是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則升高溫度只會(huì)增大146膨脹系數(shù)主要用于：設(shè)計(jì)施工中對(duì)有溫差場(chǎng)所的熱脹縫復(fù)合材料的膨脹系數(shù)設(shè)計(jì)和控制與熱縮材料調(diào)制成0膨脹系數(shù)材料。在膨脹系數(shù)大的材料表面處理一層膨脹系數(shù)小的材料可以產(chǎn)生壓應(yīng)力，使材料的強(qiáng)度提高，防止表面龜裂。膨脹系數(shù)主要用于：147材料的熱傳導(dǎo)熱量的傳導(dǎo)通常用熱傳導(dǎo)方程來(lái)表示，實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過(guò)平壁的導(dǎo)熱量與面積、溫差和時(shí)間成正比，與壁厚成反比，即：Q=-St(T2-T1)/x其中Q為導(dǎo)熱量KJ，為導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率），T1,T2為溫度，S為面積，t為時(shí)間。通常用熱流密度q(W/m2)來(lái)表示，它是指單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上所傳導(dǎo)的熱量，此時(shí)q=-(T/x)導(dǎo)熱系數(shù)也隨溫度而變，一般有線性關(guān)系：=a+bT+cT2，材料的組成會(huì)影響b,c的符號(hào)。熱量傳遞的方式還有對(duì)流換熱和熱輻射。材料的熱傳導(dǎo)熱量的傳導(dǎo)通常用熱傳導(dǎo)方程來(lái)表示，實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過(guò)平148熱傳導(dǎo)機(jī)理在氣體和液體中，分子可以自由運(yùn)動(dòng)，分子間的碰撞很方便地將能量傳遞，即產(chǎn)生對(duì)流傳熱。固體中的質(zhì)點(diǎn)只能牢固地處在一平衡位置振動(dòng)，不能產(chǎn)生對(duì)流傳熱。只能通過(guò)晶格振動(dòng)格波或自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)傳熱。金屬有大量自由移動(dòng)的電子，而電子質(zhì)量很輕，移動(dòng)迅速，傳熱方便，故金屬一般都有很大的熱導(dǎo)率，晶格振動(dòng)對(duì)金屬傳熱也有貢獻(xiàn)，但很次要。非金屬材料一般幾乎沒(méi)有自由電子，晶格振動(dòng)是其傳熱的方式。熱傳導(dǎo)機(jī)理在氣體和液體中，分子可以自由運(yùn)動(dòng)，分子間的碰撞很方149當(dāng)溫度較低時(shí)，光頻支格波的能量微不足道，主要是能過(guò)聲子導(dǎo)熱（聲頻支格波）；但當(dāng)溫度很高時(shí)，如1773K，此時(shí)光頻支格波就變得非常重要而明顯。黑體的輻射能有如下關(guān)系：ET=4n3T4/c

為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)5.5710-8W.m-2.K-4n為折射指數(shù)c為光速。對(duì)于光子傳導(dǎo)來(lái)說(shuō)，如果材料的透明性差，則光子傳導(dǎo)性能就差，只有在很高的溫度下才有明顯的光子傳導(dǎo)；材料是玻璃或單晶，其透明性高，往往在773-1773K就有明顯的光子傳導(dǎo)。當(dāng)溫度較低時(shí)，光頻支格波的能量微不足道，主要是能過(guò)聲子導(dǎo)熱（150影響熱傳導(dǎo)的因素溫度影響：溫度不太高時(shí)是聲子傳導(dǎo)，高溫時(shí)除了聲子傳導(dǎo)外，還有光子傳導(dǎo)。一般晶體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高有一個(gè)峰，即先升后降的過(guò)程。非晶體的導(dǎo)熱系數(shù)總是小于晶體，且無(wú)峰值。金屬的熱傳導(dǎo)隨溫度升高而稍有下降；密實(shí)的多晶材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而下降，但當(dāng)溫度很高時(shí)，由于光子傳導(dǎo)的參與而升高；有一定氣孔的不密實(shí)耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而略有上升。玻璃態(tài)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而升高，聲頻支格波傳導(dǎo)部分隨溫度升高而升最后達(dá)到一個(gè)常數(shù)，光頻支格波傳導(dǎo)部分隨溫度升高而升高。影響熱傳導(dǎo)的因素溫度影響：溫度不太高時(shí)是聲子傳導(dǎo)，高溫時(shí)除了151影響熱傳導(dǎo)的因素顯微結(jié)構(gòu)的影響結(jié)構(gòu)和組成越復(fù)雜，導(dǎo)熱系數(shù)越?。蝗鏜gO,Al2O3的熱導(dǎo)率比MgAl2O4高。單晶體有各向異性，其不同方向上的熱導(dǎo)率有差異，但總是膨脹系數(shù)小的方向熱導(dǎo)率大；隨溫度升高，晶體的對(duì)稱性提高，各方向上的熱導(dǎo)率也會(huì)趨同。對(duì)于同一組成和同一結(jié)構(gòu)的材料，單晶的熱導(dǎo)率大于多晶的，而多晶的又大于非晶的。影響熱傳導(dǎo)的因素顯微結(jié)構(gòu)的影響152影響熱傳導(dǎo)的因素化學(xué)組成的影響：原子量越小，半徑越小，化學(xué)鍵越強(qiáng)，楊氏模量越大，熱導(dǎo)率就越大。如金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)1.7102W.m-1.K-1，Si1.0102W.m-1.K-1，Ge0.5102W.m-1.K-1，而B(niǎo)eO是氧化物中導(dǎo)熱系數(shù)最大的。雜質(zhì)的影響：固溶體取代會(huì)使熱導(dǎo)率明顯下降，低溫時(shí)雜質(zhì)影響尤其明顯。氣孔的影響：對(duì)于封閉性氣孔，其導(dǎo)熱率可近似看成0，故含氣孔的材料來(lái)說(shuō)，其熱導(dǎo)率將下降明顯。若是開(kāi)放性氣孔，氣孔內(nèi)的氣體會(huì)因?qū)α鞫鴤鳠幔鋵?dǎo)熱率不能再視為0，但材料的熱導(dǎo)率仍是很低的。正因?yàn)榇?，空心微球、纖維的熱導(dǎo)率都比燒結(jié)后的材料低得多。影響熱傳導(dǎo)的因素化學(xué)組成的影響：原子量越小，半徑越小，化學(xué)鍵153導(dǎo)熱材料金屬都是理想的導(dǎo)熱材料，金屬除了通過(guò)金屬鍵振動(dòng)導(dǎo)熱外，更主要的是以電子運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)熱，效果非常突出。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電性能好的金屬其導(dǎo)熱性也同樣突出。金屬合金也是導(dǎo)熱材料的理想選擇。原子量小的元素形成的單質(zhì)和化合物，在結(jié)構(gòu)密實(shí)下都是理想的導(dǎo)熱材料。這類(lèi)材料以原子振動(dòng)方式導(dǎo)熱。如BeO,AlN,BN,C（金剛石和石墨）,SiC，BOx(x<1)等。振動(dòng)導(dǎo)熱材料都應(yīng)選擇周期表中第三周期及以前的元素形成的單質(zhì)和化合物。水是液體中導(dǎo)熱效果較好的材料，主要原因是水中的H可以方便通過(guò)H+在水分子之間傳遞，振動(dòng)傳遞能量?；旌闲蛯?dǎo)熱材料同時(shí)以電子和原子振動(dòng)方式導(dǎo)熱，如石墨。導(dǎo)熱材料金屬都是理想的導(dǎo)熱材料，金屬除了通過(guò)金屬鍵振動(dòng)導(dǎo)熱外154保溫材料保溫材料的目的是阻止熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)的機(jī)理是分子運(yùn)動(dòng)。降低分子運(yùn)動(dòng)的方式都會(huì)阻止熱量的傳遞。真空狀態(tài)不會(huì)有熱傳導(dǎo)，沒(méi)有分子介質(zhì)構(gòu)不成振動(dòng)和對(duì)流碰撞（但會(huì)有輻射），因此真空度越高，保溫性能越好。氣體比固體的分子密度低，故氣體的傳熱性能比固體差，以氣體代替固體可以降低熱傳導(dǎo)。重原子的振動(dòng)幅度比輕原子小，熱傳導(dǎo)能力弱。但重原子的成本往往太高，不可能用于保溫材料，更何況還有比這些材料更好的保溫方式。保溫材料保溫材料的目的是阻止熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)的機(jī)理是分子運(yùn)動(dòng)。155常見(jiàn)的保溫材料保溫材料（絕熱材料）常見(jiàn)的按形態(tài)分有纖維狀、微孔狀、氣泡狀。巖棉：以玄武巖或輝綠巖為主要原料，高溫熔融而制成的人造無(wú)機(jī)纖維。特點(diǎn)：質(zhì)輕（容重30~200Kg/m3)，導(dǎo)熱系數(shù)小(0.02-0.04W/m/K)，吸聲性好、絕緣性好、穩(wěn)定性好。利用成型后產(chǎn)生的不連續(xù)孔隙隔熱。用法：一般與粘合劑固化成型缺點(diǎn)：成型后導(dǎo)熱系數(shù)增大不少，粘劑一般是有機(jī)物，故耐火性差，一般使用期2-3年，皮膚接觸過(guò)敏。常見(jiàn)的保溫材料保溫材料（絕熱材料）常見(jiàn)的按形態(tài)分