第一章-原子的結(jié)構(gòu)與鍵合課件

本章主要內(nèi)容要求基本概念和術(shù)語(yǔ)原子間的結(jié)合鍵對(duì)材料性能的影響用結(jié)合鍵的特征解釋材料的性能。如用金屬鍵的特征解釋金屬材料的性能：1.正的電阻溫度系數(shù)；2.良好的延展性；3.良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性；4.具有金屬光澤等。本章主要內(nèi)容要求基本概念和術(shù)語(yǔ)1材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。實(shí)踐和研究表明：決定材料性能的最根本的因素是組成材料的各元素的原子結(jié)構(gòu)，原子間的相互作用、相互結(jié)合，原子或分子在空間的排列分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及原子集合體的形貌特征等。為此我們需要了解材料的微觀構(gòu)造，即其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)，以便從其內(nèi)部的矛盾性找出改善和發(fā)展材料的途徑。第一章原子結(jié)構(gòu)與鍵合材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。第一章原子結(jié)構(gòu)與鍵合2第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)1.1.1物質(zhì)的組成一切物質(zhì)都是由無(wú)數(shù)微粒按一定的方式聚集而成的。這些微?？赡苁欠肿?、原子或離子。分子是能單獨(dú)存在、且保持物質(zhì)化學(xué)特性的一種微粒。原子是化學(xué)變化中的最小微粒。原子結(jié)構(gòu)直接影響原子間的結(jié)合方式。比利時(shí)原子球第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)1.1.1物質(zhì)的組成一切物質(zhì)都是由無(wú)數(shù)微粒3原子是由原子核(由帶正電荷的質(zhì)子和呈電中性的中子組成)和核外電子(帶負(fù)電荷)構(gòu)成。原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：體積很小，質(zhì)量大部分集中于原子核內(nèi)，原子核的密度很大。1.1.2原子的結(jié)構(gòu)原子是由原子核(由帶正電荷的質(zhì)子和呈電中性的中子組成)和核外4電子云(electionatmosphere)———1、描述原子中一個(gè)電子的位置和能量用四個(gè)量子數(shù)(quantumnumber)。主量子數(shù)（電子層）決定原子中電子能量以及與核的平均距離，即電子所處的量子殼層。只限于正整數(shù)1，2，3，4，…，量子殼層可用一個(gè)大寫(xiě)英文字母表示，依次命名為K，L，M，N等。1.1.3原子的電子結(jié)構(gòu)電子云(electionatmosphere)———15軌道角動(dòng)量量子數(shù)（電子亞層）li：給出電子在同一量子殼層內(nèi)所處的電子亞層。電子亞層取值為0，1，2，???，n-1，按s、p、d、f、g的次序增加。1.1.3原子的電子結(jié)構(gòu)l數(shù)值與光譜學(xué)規(guī)定的亞層符號(hào)及原子軌道形狀的關(guān)系為軌道角動(dòng)量量子數(shù)（電子亞層）li：給出電子在同一量子殼層內(nèi)所6磁量子數(shù)（軌道數(shù)）mi：給出每個(gè)軌道角動(dòng)量量子數(shù)的能級(jí)數(shù)或軌道數(shù)。

mi=2li+1磁量子數(shù)決定了電子云的空間取向。

自旋角動(dòng)量子數(shù)（自旋方向）si：反映電子不同的自旋方向。規(guī)定取值+1/2

和

-1/2，為順時(shí)針和逆時(shí)針兩種自旋方向，通常用“↑”和“↓”表示。1.1.3原子的電子結(jié)構(gòu)磁量子數(shù)（軌道數(shù)）mi：給出每個(gè)軌道角動(dòng)量量子數(shù)的能級(jí)數(shù)或軌71.1.3原子的電子結(jié)構(gòu)2、核外電子排布遵循的規(guī)律能量最低原理：電子的排布總是盡可能使體系的能量最低。

KLM……spdf……Pauli不相容原理(Pauliprinciple)

在一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。Hund規(guī)則(Hund’srule)在同一亞層中的各個(gè)能級(jí)中，電子的排布盡可能分占不同的能級(jí)，而且自旋方向相同

1.1.3原子的電子結(jié)構(gòu)2、核外電子排布遵循的規(guī)律能量81.1.4元素周期表1.1.4元素周期表1.1.4元素周期表1.1.4元素周期表91.1.4元素周期表1.1.4元素周期表10同一周期元素具有相同原子核外電子層數(shù)，但從左→右，核電荷依次增多，原子半徑逐漸減小，電離能增加，失電子能力降低，得電子能力增加，金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)；同一主族元素核外電子數(shù)相同，但從上→下，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，電離能降低，失電子能力增加，得電子能力降低，金屬性增加，非金屬性降低。

1.1.4元素周期表同一周期元素具有相同原子核外電子層數(shù)，但從左→右，核電荷依次11電離能(ionizationenergy)氣態(tài)原子失去一個(gè)電子成為一價(jià)正離子所需要的最低能量稱為第一電離能。從一價(jià)正離子失去一個(gè)電子成為二價(jià)正離子所需要的最低能量稱為第二電離能。依此類推。電離能的大小可以反映原子失去電子的難易程度。電負(fù)性(electronegativity)原子在化合物中把電子吸引向自己的本領(lǐng)。周期-增，主族-減電離能(ionizationenergy)氣態(tài)原子12結(jié)合鍵的定義：所謂結(jié)合鍵是指由原子結(jié)合成分子或固體的方式和結(jié)合力的大小。結(jié)合鍵決定了物質(zhì)的一系列物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)。根據(jù)電子圍繞原子的分布方式，可以將結(jié)合鍵分為化學(xué)鍵和物理鍵。化學(xué)鍵(涉及到原子外層電子的重新分布，電子在鍵合后不再僅僅屬于原來(lái)的原子)?；瘜W(xué)鍵有：離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵。物理鍵有：范德華力，氫鍵。第二節(jié)原子間的鍵合結(jié)合鍵的定義：所謂結(jié)合鍵是指由原子結(jié)合成分子或固體的方式和結(jié)13（1）金屬鍵的定義由金屬正離子和自由電子之間互相作用而結(jié)合稱為金屬鍵。金屬鍵的經(jīng)典模型有兩種：一種認(rèn)為金屬原子全部離子化；一種認(rèn)為金屬鍵包括中性原子間的共價(jià)鍵及正離子與自由電子間的靜電引力的復(fù)雜結(jié)合。（2）金屬鍵的特點(diǎn)電子的共有化，金屬鍵無(wú)方向性，金屬鍵無(wú)飽和性。可以解釋金屬的一些特征，如良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，具有較高的強(qiáng)度和良好的延展性，具有金屬光澤，正的電阻溫度系數(shù)。1.2.1金屬鍵（1）金屬鍵的定義1.2.1金屬鍵14金屬離子金屬鍵模型電子氣1.2.1金屬鍵圖金屬鍵與金屬晶體金屬離子金屬鍵模型電子氣1.2.1金屬鍵圖151.2.1金屬鍵?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?圖金屬鍵與金屬晶體1.2.1金屬鍵?2003Brooks/ColePu16圖金屬鍵、金屬的導(dǎo)電性和金屬的變形1.2.1金屬鍵圖金屬鍵、金屬的導(dǎo)電性和金屬的變形1.2.1金屬鍵17問(wèn)題1：金屬具有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的原因？（自由電子的存在）問(wèn)題2：金屬具有良好延展性的原因？由于金屬鍵即無(wú)飽和性又無(wú)方向性，因而每個(gè)原子有可能同更多的原子結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)，當(dāng)金屬受力變形而改變?cè)又g的相互位置時(shí)不至于破壞金屬鍵，這就使金屬具有良好的延展性。金屬變形時(shí)，由金屬鍵結(jié)合的原子可變換相對(duì)位置問(wèn)題1：金屬具有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的原因？問(wèn)題2：金屬具有良18（3）金屬鍵型晶體的特征良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：

自由電子定向運(yùn)動(dòng)（在電場(chǎng)作用下）導(dǎo)電、（在熱場(chǎng)作用下）導(dǎo)熱。正的電阻溫度系數(shù)：

金屬正離子隨溫度的升高，振幅增大，阻礙自由電子的定向運(yùn)動(dòng)，從而使電阻升高。不透明，有光澤：

自由電子容易吸收可見(jiàn)光，使金屬不透明。自由電子吸收可見(jiàn)光后由低能軌道跳到高能軌道，當(dāng)其從高能軌道跳回低能軌道時(shí)，將吸收的可見(jiàn)光能量輻射出來(lái)，產(chǎn)生金屬光澤。具有延展性：

金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性，所以當(dāng)金屬的兩部分發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，其結(jié)合鍵不會(huì)被破壞，從而具有延展性。（3）金屬鍵型晶體的特征19（1）離子鍵的定義當(dāng)兩種電負(fù)性相差大的原子(如堿金屬元素與鹵族元素的原子)相互靠近時(shí)，其中電負(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為負(fù)離子，兩種離子靠靜電引力結(jié)合在一起形成離子鍵。（2）離子鍵的特點(diǎn)常溫下，電絕緣體；在高溫熔融狀態(tài)時(shí)，正負(fù)離子在外電場(chǎng)作用下可以自由運(yùn)動(dòng)，即呈現(xiàn)離子導(dǎo)電性。離子鍵沒(méi)有方向性、無(wú)飽和性。可以解釋離子晶體的一些特征，如較高的熔點(diǎn)和硬度，固態(tài)時(shí)為良好的絕緣體而熔融態(tài)時(shí)具有良好的導(dǎo)電性。1.2.2離子鍵（1）離子鍵的定義1.2.2離子鍵20一種材料由兩種原子組成，且一種是金屬，另一種是非金屬時(shí)容易形成離子鍵(Ionbond)的結(jié)合。由NaCl離子鍵的形成可以歸納出離子鍵特點(diǎn)如下：金屬原子放棄一個(gè)外層電子，非金屬原子得到此電子使外層填滿，結(jié)果雙雙變得穩(wěn)定。金屬原子失去電子帶正電荷，非金屬原子得到電子帶負(fù)電荷，雙雙均成為離子。離子鍵鍵的大小在離子周圍各個(gè)方向上都是相同的，所以，它沒(méi)有方向性。1.2.2離子鍵?2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning?圖Cl與Na形成離子鍵一種材料由兩種原子組成，且一種是金屬，另一種是非金屬21左圖NaCl離子晶體上圖離子鍵材料導(dǎo)電性1.2.2離子鍵左圖NaCl離子晶體1.2.2離子鍵22（3）離子晶體的特點(diǎn)

離子鍵很強(qiáng)，故有較高熔點(diǎn)，固體下不導(dǎo)電，熔融時(shí)才導(dǎo)電。離子間發(fā)生相對(duì)位移，電平衡破壞，離子鍵破壞，脆性材料。較高熔點(diǎn)（正、負(fù)離子間有很強(qiáng)的電的吸引力）1.2.2離子鍵Cl-Na+（3）離子晶體的特點(diǎn)1.2.2離子鍵Cl-Na+23

氯化鈉離子鍵合示意圖一般離子晶體中正負(fù)離子靜電引力強(qiáng)，結(jié)合牢固，所以離子晶體大多具有高熔點(diǎn)、高硬度，而且在離子晶體中很難產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)的電子，因此，它們都是良好的電絕緣體。問(wèn)題：從離子鍵的角度解釋離子晶體的特點(diǎn)？但在高溫熔融狀態(tài)時(shí)，正負(fù)離子在外電場(chǎng)下可以自由運(yùn)動(dòng)，此時(shí)即呈現(xiàn)離子導(dǎo)電性。氯化鈉離子鍵合示意圖一般離子晶體中正負(fù)離子靜電引力強(qiáng)，結(jié)合24（1）共價(jià)鍵的定義

有些同類原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多數(shù)元素或電負(fù)性相差不大的原子互相接近時(shí)，原子之間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，此時(shí)借共用電子對(duì)所產(chǎn)生的力結(jié)合。（2）共價(jià)鍵的特點(diǎn)共價(jià)鍵鍵合的基本特點(diǎn)是核外電子云達(dá)到最大的重疊，形成“共用電子對(duì)”，有確定的方位，且配位數(shù)較小。共價(jià)鍵具有方向性、飽和性。金剛石、單質(zhì)硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氫化合物。可以解釋共價(jià)晶體的一些特征，如結(jié)合極為牢固，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，質(zhì)硬而脆，導(dǎo)電性差。1.2.3共價(jià)鍵（1）共價(jià)鍵的定義1.2.3共價(jià)鍵25（3）共價(jià)晶體特點(diǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，質(zhì)硬脆，一般是絕緣體，其導(dǎo)電性能差。圖硅原子四個(gè)價(jià)鍵和硅的鍵角1.2.3共價(jià)鍵（3）共價(jià)晶體特點(diǎn)圖硅原子四個(gè)價(jià)鍵和硅的鍵角1.2.261.2.3共價(jià)鍵圖共價(jià)鍵的斷裂圖金剛石型結(jié)構(gòu)(a)晶胞；(b)原子在底面的投影1.2.3共價(jià)鍵圖共價(jià)鍵的斷裂圖金剛石型結(jié)構(gòu)(27由于共價(jià)鍵晶體中各個(gè)鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小，因此共價(jià)鍵的結(jié)合較為牢固，所以共價(jià)鍵晶體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、硬度高、熔點(diǎn)高。共價(jià)鍵晶體其延展性很差，這是因?yàn)楣矁r(jià)鍵材料在外力作用下可能發(fā)生鍵的破斷。因此，共價(jià)鍵材料是脆性的。

共價(jià)鍵晶體導(dǎo)電能力差，這是因?yàn)槭`在相鄰原子間的共用電子對(duì)不能自由的運(yùn)動(dòng)，所以共價(jià)結(jié)合形成的材料一般都是絕緣體。由于共價(jià)鍵晶體中各個(gè)鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小，因此28分子的一部分往往帶正電荷，而另一部分往往帶負(fù)電荷，一個(gè)分子的正電荷部位和另一分子的負(fù)電荷部位間，以微弱靜電力相吸引，使之結(jié)合在一起，稱為范德瓦爾斯鍵也叫分子鍵。范德瓦爾斯鍵沒(méi)有方向性和飽和性。比化學(xué)鍵的鍵能少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。1.2.4范德華力分子的一部分往往帶正電荷，而另一部分往往帶負(fù)電荷，一個(gè)分子的29圖分子鍵1.2.4范德華力圖分子鍵1.2.4范德華力30誘導(dǎo)力：極性分子—非極性分子色散力：非極性分子—非極性分子靜電力：極性分子—極性分子1.2.4范德華力物質(zhì)性質(zhì)特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)、密度較低，熱膨脹系數(shù)大。誘導(dǎo)力：極性分子—非極性分子色散力：非極性分子—非極性分子靜31它是一種特殊的分子間作用力，表達(dá)為：X—H—Y。它是由氫原子同時(shí)與兩個(gè)電負(fù)性很大而原子半徑較小的原子（O，F(xiàn)，N等）相結(jié)合而產(chǎn)生的具有比一般次價(jià)鍵大的鍵力。特點(diǎn)：具有飽和性和方向性，可存在于分子內(nèi)或分子間。氫鍵主要存在于高分子材料內(nèi)。1.2.5氫鍵如O-H-O它是一種特殊的分子間作用力，表達(dá)為：X—H—Y。它是由氫原子32第一章-原子的結(jié)構(gòu)與鍵合ppt課件33第一章-原子的結(jié)構(gòu)與鍵合ppt課件34實(shí)際材料（金屬和陶瓷）中結(jié)合鍵多為混合鍵金屬中主要是金屬鍵，還有其他鍵如：共價(jià)鍵、離子鍵陶瓷化合物中出現(xiàn)離子鍵和金屬鍵的混合一些氣體分子以共價(jià)鍵結(jié)合，而分子凝聚時(shí)依靠范德華力聚合物的長(zhǎng)鏈分子內(nèi)部以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則為范德華力或氫鍵。1.2.5混合鍵實(shí)際材料（金屬和陶瓷）中結(jié)合鍵多為混合鍵1.2.5混合鍵35一些材料鍵的類型及結(jié)合能一些材料鍵的類型及結(jié)合能36結(jié)合鍵與性能1.物理性能熔點(diǎn)的高低代表了材料穩(wěn)定性程度。共價(jià)鍵、離子鍵化合物的Tm較高。密度與結(jié)合鍵有關(guān)。多數(shù)金屬有高的密度，原因?yàn)榻饘儆休^高的相對(duì)原子質(zhì)量，金屬鍵結(jié)合沒(méi)有方向性，原子趨于密集排列導(dǎo)熱、導(dǎo)電性2.力學(xué)性能彈性模量與結(jié)合能有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。強(qiáng)度塑性結(jié)合鍵與性能1.物理性能37三大類材料結(jié)合鍵及性能特點(diǎn)：三大類材料結(jié)合鍵及性能特點(diǎn)：38第三節(jié)高分子鏈多種多樣的高分子材料第三節(jié)高分子鏈多種多樣的高分子材料39多種多樣的高分子材料多種多樣的高分子材料40第一章-原子的結(jié)構(gòu)與鍵合ppt課件41防彈衣高比強(qiáng)度的降洛傘繩索防彈衣高比強(qiáng)度的降洛傘繩索42高分子材料的分類按材料來(lái)源分類天然高分子合成高分子按材料性能和用途分類塑料橡膠（稱為三大合成材料）纖維涂料粘合劑功能高分子高分子材料的分類按材料來(lái)源分類43什么是高分子？高分子的含義分子量很大（104~107，甚至更大）。分子似“一條鏈”，由許多相同的結(jié)構(gòu)單元組成。以共價(jià)鍵的形式重復(fù)連接而成。與小分子比較分子量不確定，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；沒(méi)有固定熔點(diǎn)，只有一段寬的溫度范圍；分子間力很大，沒(méi)有沸點(diǎn)，加熱到2000℃~3000℃以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。什么是高分子？高分子的含義44一、近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）1.鏈結(jié)構(gòu)單元2.分子結(jié)構(gòu)線型、支化、交聯(lián)結(jié)構(gòu)3.共聚物結(jié)構(gòu)共聚物——共聚物結(jié)構(gòu)類型：無(wú)規(guī)則聚合物、交替聚合物、接枝共聚物、嵌段共聚物4.高分子鏈的構(gòu)型旋光異構(gòu)（全同、間同、無(wú)規(guī)）、幾何異構(gòu)（順式、反式）二、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)）1.高分子大小2.高分子鏈的內(nèi)旋構(gòu)象3.影響高分子鏈柔性的主要因素主鏈結(jié)構(gòu)、取代基、交聯(lián)4.高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)一、近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）45一、近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）1.鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成

單體通過(guò)聚合反應(yīng)連接而成的鏈狀分子，稱為高分子鏈，高分子中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目稱為聚合度。碳鏈高分子主鏈以C原子間共價(jià)鍵相聯(lián)結(jié)加聚反應(yīng)制得如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯聚乙烯一、近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）1.鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成

單體通過(guò)46第一章-原子的結(jié)構(gòu)與鍵合ppt課件47雜鏈高分子主鏈除C原子外還有其它原子如O、N、S等，并以共價(jià)鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得，如聚對(duì)苯二甲酸乙二脂（滌綸）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等滌綸雜鏈高分子主鏈除C原子外還有其它原子如O、N、48元素有機(jī)高分子主鏈中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素與O組成，其側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)；兼有無(wú)機(jī)高分子和有機(jī)高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠。硅橡膠元素有機(jī)高分子硅橡膠49無(wú)機(jī)高分子

主鏈既不含C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解。二硫化硅聚二氯一氮化磷無(wú)機(jī)高分子

二硫化硅聚二氯一氮化磷502、分子結(jié)構(gòu)2、分子結(jié)構(gòu)51支化與交聯(lián)線形高聚物可以在適當(dāng)溶劑中溶解，加熱可以熔融，易于加工成型；支化對(duì)物理機(jī)械性能的影響有時(shí)相當(dāng)顯著：支化程度越高，支鏈結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，影響高分子材料的使用性能越大；支化點(diǎn)密度或兩相臨支化點(diǎn)之間的鏈的平均分子量來(lái)表示支化的程度，稱為支化度。高分子鏈之間通過(guò)支鏈聯(lián)結(jié)成一個(gè)三維空間網(wǎng)型大分子時(shí)即成為交聯(lián)結(jié)構(gòu)。所謂交聯(lián)度，通常用相鄰兩個(gè)交聯(lián)點(diǎn)之間的鏈的平均分子量來(lái)表示。交聯(lián)度越大，越小。支化與交聯(lián)線形高聚物可以在適當(dāng)溶劑中溶解，加熱可以熔融，易于52高分子鏈的支化與交聯(lián)星型支化梳型支化無(wú)規(guī)支化交聯(lián)網(wǎng)交聯(lián)與支化的質(zhì)的區(qū)別

支化的高分子能夠溶解，而交聯(lián)的高分子是不溶不熔的，只有當(dāng)交聯(lián)度不是太大時(shí)能在溶劑中溶脹。熱固性塑料（酚醛、環(huán)氧、不飽和聚酯等）和硫化的橡膠都是交聯(lián)的高分子。高分子鏈的支化與交聯(lián)星型支化53支化與交聯(lián)影響性能實(shí)例高壓聚乙烯與低壓聚乙烯性能比較表高壓聚乙烯（低密度聚乙烯），由于支化破壞了分子的規(guī)整性，使其結(jié)晶度大大降低；低壓聚乙烯（高密度聚乙烯）是線型分子，易于結(jié)晶，故在密度、熔點(diǎn)、結(jié)晶度和硬度方面都高于前者。見(jiàn)上表支化與交聯(lián)影響性能實(shí)例高壓聚乙烯與低壓聚乙烯性能比較表54橡膠的硫化與交聯(lián)度影響橡膠的硫化是使聚異戊二烯的分子之間產(chǎn)生硫橋

未經(jīng)硫化的橡膠，分子之間容易滑動(dòng)，受力后會(huì)產(chǎn)生永久變形，不能回復(fù)原狀，因此沒(méi)有使用價(jià)值。經(jīng)硫化的橡膠，分子之間不能滑移，才有可逆的彈性變形，所以橡膠一定要經(jīng)過(guò)硫化變成交聯(lián)結(jié)構(gòu)后才能使用。交聯(lián)度小的橡膠（含硫5%以下）彈性較好，交聯(lián)度大的橡膠（含硫20—30%）彈性就差，交聯(lián)度再增加，機(jī)械強(qiáng)度和硬度都將增加，最后失去彈性而變脆。橡膠的硫化與交聯(lián)度影響橡膠的硫化是使聚異戊二烯的分子之間產(chǎn)生55實(shí)驗(yàn)證明，在自由基或離子型聚合的產(chǎn)物中，大多數(shù)是頭——尾鍵接的。這種由結(jié)構(gòu)單元間的聯(lián)結(jié)方式不同所產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為順序異構(gòu)體。頭-頭（尾-尾）接頭-尾接3、共聚物的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證明，在自由基或離子型聚合的產(chǎn)物中，大多數(shù)是頭——尾鍵接56由兩種以上單體單元所組成的聚合物稱為共聚物。以由A和B兩種單體單元所生成的二元共聚物為例，按其連接方式可分為以下幾種類型：交替共聚物無(wú)規(guī)共聚物嵌段共聚物接枝共聚物由兩種以上單體單元所組成的聚合物稱為共聚物。交替共聚物無(wú)規(guī)共57ABS樹(shù)脂和SBS樹(shù)脂ABS樹(shù)脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。共聚方式是無(wú)規(guī)共聚與接枝共聚相結(jié)合。ABS三元接枝共聚物兼有三種組分的特性，是一類性能優(yōu)良的熱塑性塑料。SBS樹(shù)脂是用陰離子聚合法制得的苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物。其分子鏈的中段是聚丁二烯（順式），兩端是聚苯乙烯。SBS具有兩相結(jié)構(gòu)。SBS是一種可用注塑的方法進(jìn)行加工而不需要硫化的橡膠，又稱為熱塑性彈性體。ABS樹(shù)脂和SBS樹(shù)脂ABS樹(shù)脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三58構(gòu)型是對(duì)分子中的最鄰近的原子間的相對(duì)位置的表征，是指分子中有化學(xué)鍵所固定的原子在空間的集合排列，要改變構(gòu)型必須經(jīng)過(guò)化學(xué)鍵的斷裂和重組。構(gòu)型不同的異構(gòu)體有旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu)。4、高分子鏈的構(gòu)型旋光異構(gòu)：飽和碳?xì)浠衔锓肿又械奶?，?個(gè)共價(jià)鍵與4個(gè)不同的基團(tuán)相連，該碳原子稱為不對(duì)稱碳原子（以C*表示），這種有機(jī)物構(gòu)成互為鏡影的表現(xiàn)出不同旋光性的異構(gòu)體，稱為旋光異構(gòu)體。對(duì)于結(jié)構(gòu)單元為—CH2—C*HR—型的高分子，由于C*兩端的鏈節(jié)不完全相同，這樣一個(gè)鏈節(jié)有兩種旋光異構(gòu)體，他們?cè)诟叻肿渔溨杏腥N鍵接方式：構(gòu)型是對(duì)分子中的最鄰近的原子間的相對(duì)位置的表征，是指分子中有59全同立構(gòu)：高分子主鏈上各結(jié)構(gòu)單元中的不對(duì)稱碳原子具有相同的構(gòu)型。間同立構(gòu)：高分子主鏈上，相鄰結(jié)構(gòu)單元中的不對(duì)稱碳原子交替出現(xiàn)R和S構(gòu)型。無(wú)規(guī)立構(gòu)：高分子鏈上的不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型是無(wú)規(guī)排列的。全同立構(gòu)：高分子主鏈上各結(jié)構(gòu)單元中的不對(duì)稱碳原子具有相同的構(gòu)60雙烯類單體定向聚合時(shí)，可得到有規(guī)立構(gòu)聚合物。但由于含有雙鍵，且雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，從而每一雙就可能有兩種異構(gòu)體之分，稱為幾何異構(gòu)順式二甲基丁二烯反式二甲基丁二烯順式反式幾何異構(gòu)雙烯類單體定向聚合時(shí)，可得到有規(guī)立構(gòu)聚合物。但由于含有雙鍵，61高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合物分子量的這種特性稱為“多分散性”。聚合度是指高分子中所含的重復(fù)單元的數(shù)目，其值與分子量成正比?？梢宰鳛楹饬扛叻肿哟笮〉膮?shù)。W(M)M左圖是分子量的微分分布曲線：橫坐標(biāo)是分子量，縱坐標(biāo)是分子量為M的組分的相對(duì)含量。由圖能知道高分子的平均大小和分子量的分散程度，即分子量分布的寬度。1、高分子的大小二、高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合物分子量的這62聚合物的分子量或聚合度到達(dá)某一數(shù)值后，才能顯示出適用的機(jī)械強(qiáng)度，這一數(shù)值稱為臨界聚合度。對(duì)極性強(qiáng)的高聚物來(lái)說(shuō)，其臨界聚合度約為40；非極性高聚物的臨界聚合度約為80；弱極性的介于二者之間。高聚物的分子量愈大，則機(jī)械強(qiáng)度愈大。然而，高聚物分子量增加后，分子間作用力也增強(qiáng)，使高聚物的高溫流動(dòng)粘度增加，給加工成型帶來(lái)困難。高聚物的分子量應(yīng)兼顧使用和加工兩方面的要求。分子量和分子量分布是影響材料性能的因素之一。聚合物的分子量或聚合度到達(dá)某一數(shù)值后，才能顯示出適用的機(jī)械強(qiáng)632、高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象分子主鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致高分子鏈呈卷曲構(gòu)象的原因，內(nèi)旋轉(zhuǎn)愈是自由，蜷曲的趨勢(shì)就愈大。高分子在運(yùn)動(dòng)時(shí)C—C單鍵可以繞軸旋轉(zhuǎn)，稱為內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子在空間的不同形態(tài)稱為構(gòu)象。ii+12、高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象分子主鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致高分子鏈64高分子鏈的構(gòu)象高分子鏈的構(gòu)象65內(nèi)旋轉(zhuǎn)完全自由的碳—碳單鍵是不存在的，當(dāng)碳鍵帶有的原子或基團(tuán)充分接近時(shí)，外層電子云將產(chǎn)生排斥力，使之不能接近，使旋轉(zhuǎn)時(shí)消耗一定能量?！鱁是順式構(gòu)象與反式構(gòu)象間的位能差，稱為位壘。順式構(gòu)象位能最高，反式構(gòu)象位能最低（最穩(wěn)定），因?yàn)榛鶊F(tuán)距離愈大，排斥作用愈小，故反式位能最低，順式最不穩(wěn)定。