A-level 应用科学/材料选择与使用/结构与性能
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材料的性质取决于它们的结构；原子和分子如何组合在一起的方式。材料科学家考虑材料在原子层面的行为，以便评估材料是否适合特定项目。
您应该了解物理性质如何与
- 结晶、聚合物和非晶态材料的微观结构相关；
- 复合材料的结构；
- 粒子之间的强键（离子键、共价键和金属键）；
- 粒子之间的弱键。
- 离子键 - 定向
- 虽然所有阳离子都吸引所有阴离子，但每个阳离子都被阴离子包围，反之亦然。移动离子晶格的一部分会导致阴离子-阴离子和阳离子-阳离子排斥。
- 共价键 - 定向
- ：共价键存在于特定原子之间，扭曲原子的位置会断裂键。
- 金属键 - 非定向。
- 流动的电子“海”可以适应晶体结构的变化，因此样品的形状可以改变而不会断裂键。
- 纯离子或共价化合物具有较低的延展性。金属的延展性要高得多。
粒子之间的弱键。
- 金属、离子晶体和巨型共价分子的强键延伸到整个材料中。
小的共价分子、聚合物、石墨等不是由单个分子组成的。是什么将一个分子与另一个分子结合在一起？答案是分子间键。
有三种类型的分子间键
- 范德华力
- 每个分子和原子都会非常微弱地吸引任何其他分子或原子。这是因为一个粒子上的电子会被吸引到另一个粒子的原子核，反之亦然。
- 这种键合非常弱。以这种方式键合的小分子将是气体。非常大的分子可以积累足够的范德华力形成固体（例如聚合物、石墨），但它们在机械上很弱，除非沿着/穿过它们的共价键施加压力。
- 偶极-偶极相互作用
- 极性分子（包含氧、氮、氟、氯等原子的分子）具有永久的正电荷和负电荷区域。这些分子可以像一对磁铁一样粘在一起。
- 这种键合比范德华键合更强，非常类似于离子键合。以这种方式键合的分子往往比纯范德华物质挥发性更低。具有偶极-偶极键合的聚合物往往比碳氢化合物聚合物更硬，例如PVC。
- 氢键
- 如果氢与氧或氮键合，它可以与第二个分子的氧或氮键合。这是最强的分子间键，类似于共价键。
- 形成氢键的分子是挥发性最低的分子。简单的分子将是它们是脆性的。例如糖，但聚合物往往很硬且脆，例如纤维素、有机玻璃。