《材料科学与工程导论》第3-4章课后答案（杨瑞成编）
第三章
第四章
第四章材料的原子结构和原子结合键
1.材料结构的具体涵义是什么?他们与性能的关系如何?
从材料学角度，材料结构从宏观到微观，即按研究的尺度大致可分为四个层次一宏观组织结构、显微组织结构、原子(分子)排列结构和原子中的电子结构。
材料的性能由其内部结构决定:原子中的电子状态和运动规律与固体材料的结构和性质有密切的联系，而原子间相互作用和聚集状态则进一步决定着材料的行为与性能。
2.从原子外层电子相互作用角度，说明各种结合键的具体特征。
P82离子键:金属原子失去最外层电子给卤族原子，这样形成一个正离子和一个负离子，异种离子互相吸引离子键就是这种库伦引力,然而异种离子相吸导致的靠近并不能无限持续下去，靠近到-一定程度，会由于电子轨道重叠引起的斥力达到一个平衡。由于离子电荷引起的力并不限制在一个方向上,故离子键不具有方向性，即键的大小在环绕离子的所有方向上相等，进而导致离子键材料很稳定，具有高度的对称性。
又由于离子键的稳定，其材料熔点高，硬度高，脆性大和膨胀系数小，- -般情况下，离子晶体没有自由电子，故为电和热的绝缘体。共价键结合的相邻原子共同占有共部分价电子，使每个原子的最外层电子处于满壳层状态，将相邻原子结合起来，这种结合键称为共价键。由于两个自旋方向相反的电子结合可使它们的自旋能量之和为零，达到稳定状态，于是已成对的电子不能再与其他原子中的电子结合成对,即共价结合的原子所能形成键的数目有一最大值，故共价键具有饱和性。共价键是借共享电子结合的，按量子力学观点，共价键的形成是靠相邻原子外层未满壳层电子云的重叠，重叠越多，所形成的共价键就越稳定，故电子云重叠的方向是确定的，故有方向性。
固态(或液态)金属中外壳层电子的能量最高，而且最外层电子-般为1~2个或最多3个，由于原子间的相互作用，这些电子倾向于离开自身原子成为公有化的自由电子。这时价电子不再与任何一个特定的原子有特殊的关系，而是在金属正离子之间自由地运动，成为与若干离子实相关的电子，从而把金属原子结合起来，这就是金属键。金属键没有饱和性和明显的方向性。由于价电子可以随意运动，所以金属键材料有良好的导电导热性能:还由于各种金属键的结合能相差很大，故各种金属的强度、熔点相差很大。范德瓦尔斯键和氢键:非常微弱，只有在很低的温度，才会液化和凝固
3.原子间有哪两种相互作用?材料为何具有一-定的体积?
吸引力和排斥力p78
4.说明三大类材料的键性及与其性质的关系。(理解 p85)
金属:金属键高的热传导系数和电导率是因为有些电子是非局域的、并可在三维方向移动，因此它们能够很快地输运电荷和热能。不透明，易抛光出光泽，是由这些非局域电子对光频电磁振动的响应而引起的，这也是某些电子部分地独立于母体原子的另一结果塑性好是因为金属键每一一个正离子都是等同的，这样在某一局 部地区，-群正离子在破坏了它们的键合后滑移到一一个新的位置上，又可重新键合起来。