物质(Substance)是由原子（atom）组成 在材料科学中，最为关心原子的电子结构 原子的电子结构—原子间键合本质 决定材料分类：金属、陶瓷、高分子、 材料性能：物理性能、 化学性能 和 力学性能
※1原子结构 （Atomic Structure ）
一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在，保存物质化学特性。
18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族 （Inert Gases）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。
原子序数＝核电荷数
周期序数＝电子壳层数
主族序数＝最外层电子数
零族元素最外层电子数为8（氦为2）
价电子数（Valence electron）
M.Plank和A.Einstein量子论 Rutherford 原子有核模型
原子结构的量子理论
Bohr atomic model玻尔认为电子在核外是分层排布的，在一定轨道中运动 的电子既不吸收能量也不放出能量。
原子核（nucleus)：位于原子中心、带正电
质子（proton）：正电荷m＝1.6726×10-27kg 中子（neutron）：电中性m＝1.6748×10-27kg
2、包利不相容原理：1925年由奥地利物理学家泡利(19001958)而得名。原子中不能有2个电子处于同一量子态上。泡利 本人获得了1945年度的诺贝尔物理学奖。(泡利原理又可表述为原子内
不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的4个量子数即主量子数n、角量子数l、 磁量子数ml以及自旋磁量子数ms)(主电子壳层为n时，最多容纳电子数为2n2)
同周期元素：左 电离能↑，核失电电荷子↑，能原力↓子，半得径电↓子能力↑右，金属性↓，非金属性↑ 同主族元素：上 最外电层离电能子↓，数失相电同子，能电力子↑，层得数↑电，子原能子力半↓径↑下，金属性↑，非金属性↓
※2原子间的键合 ( Bonding type with other atom)
3、洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道) 上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后 来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则 可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充。
（全充满、半充满和全空状态，能量较低）
洪特规则特例：
三、元素周期表（periodic Table of the Eleent）的方向，取值为＋ 1 或- 1 22
主电子数n决定不同电子能级能量的大小和核外电子离核的远近（电子壳 层）。n值越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。角量子数li表示电子 在核外空间某个方向原子轨道的性状（原子轨道角度分布的基本图像）（同 一壳层的电子按能量高低又分为不同的电子亚层如0、1、2、3、4……对应s、 p、d、f、g……）。磁量子数 mi决定原子轨道在空间的取向（如当li =1即p轨
道时， mi为3，当li =2即d轨道时， mi为5）。自旋量子数 ms表示电子绕一个
通过自己中心的轴所作自旋运动的方向取值为 +1/2和-1/2 。
核外电子的排布（electron configuration)规律
1、原子核外电子的排布遵循能量最低原理：先占有能量最低的 轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较 高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低。K、L、M……即
i
electron shell
轨道动量量子数li：与sh电ap子e 运of动t的he角e动le量ct有ro关n ，su取bs值he为ll0，1，2，n 1, s，p，d，f
磁量子数mi：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向，取值为-li，-(li 1), 1, 0,1,li
spatial orientation of an electron cloud
金属键（Metallic bonding）
化学键（Chemical bonding）离子键（Ionic bonding） 主价键primary interatomic bonds
物理键（physical
共价键（covalent bonding),次价键(Secondary
bonding） bonding)，亦称Van
材料的微观结构（Microstructure of Materials）
决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构，原子间相互作用，相互结
合，原子或分子在空间的排列，运动规律，以及原子集合体的形貌特征 。
第一章原子结构和键合
Atomic Structure and Interatomic Bonding
元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元 素的依据
同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子 C162，C163，C164
元素有两种存在状态：游离态和化合态（Free State& Combined Form)
7个横行（Horizontal rows)周期（period）按原子序数（Atomic Number)递增的 顺序从左至右排列
电子（electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electron cloud）
m＝9.109510-31kg，约为质子的1/1836
描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数表示
主量子数n
：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Q
dH2O=0.2nm M(H2)为2 ， M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒
二、原子的结构
1 8 7 9 年 ， J.J Thomson 汤 姆 森 发 现 电 子 （ 阴 极 射 线 ） 。 1 9 11 年 ， E.Rutherford卢瑟福提出原子结构有核模型。1913年，N.Bohr玻尔将