固體材料中的化學(xué)鍵及其特點(diǎn)

關(guān)鍵詞：高分子材料，導(dǎo)電高分子材料，膠粘劑（膠水，接著剤、黏結(jié)劑、粘接劑），TIM材料

材料按狀態(tài)主要有三態(tài):氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。液態(tài)和固態(tài)稱為凝聚態(tài)。在凝聚態(tài)下，原子之間距離很短，產(chǎn)生相互作用力，原子之間便結(jié)合在一起，形成了一種結(jié)合鍵。原子結(jié)合鍵是材料的二級(jí)結(jié)構(gòu)。材料的性能很大程度上取決于原子間的結(jié)合力。結(jié)合鍵共有離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力和氫鍵等?？珊?jiǎn)單分成二大類，結(jié)合力強(qiáng)的結(jié)合鍵叫化學(xué)鍵，或稱為一次鍵：如離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵；結(jié)合力弱的結(jié)合鍵叫物理鍵（也有將它們看做弱化學(xué)力的），或稱為二次鍵。如范德華鍵和氫鍵，或稱為分子鍵。

實(shí)際材料中原子之間的結(jié)合，靠單一鍵力結(jié)合在一起的情況極少，原子間的結(jié)合常常是混合鍵，即化學(xué)鍵中的多種鍵合形式，有時(shí)還有物理鍵。W、Ta、Pb等一些金屬原子凝聚成固體時(shí)，其鍵合方式是金屬鍵和共價(jià)鍵的混合方式。氧化物陶瓷材料除離子鍵外，也含有相當(dāng)數(shù)量的共價(jià)鍵。

↓↓四大類材料及其化學(xué)鍵

什么是化學(xué)鍵？

一

概念

化學(xué)鍵（chemical bond）是純凈物分子內(nèi)或晶體內(nèi)相鄰兩個(gè)或多個(gè)原子（或離子）間強(qiáng)烈的相互作用力的統(tǒng)稱。使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力通稱為化學(xué)鍵。

離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵各自有不同的成因，離子鍵是通過(guò)原子間電子轉(zhuǎn)移，形成正負(fù)離子，由靜電作用形成的。共價(jià)鍵的成因較為復(fù)雜，路易斯理論認(rèn)為，共價(jià)鍵是通過(guò)原子間共用一對(duì)或多對(duì)電子形成的，其他的解釋還有價(jià)鍵理論，價(jià)層電子互斥理論，分子軌道理論和雜化軌道理論等。金屬鍵是一種改性的共價(jià)鍵，它是由多個(gè)原子共用一些自由流動(dòng)的電子形成的。

在一個(gè)水分子中2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子就是通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合成水分子。由于原子核帶正電，電子帶負(fù)電，所以我們可以說(shuō)，所有的化學(xué)鍵都是由兩個(gè)或多個(gè)原子核對(duì)電子同時(shí)吸引的結(jié)果所形成?；瘜W(xué)鍵有3種類型 ，即離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵（氫鍵不是化學(xué)鍵，它是分子間力的一種）。

離子鍵

原子相互得失電子，形成離子鍵的過(guò)程

二

化學(xué)鍵的介紹和分類

離子鍵亦有強(qiáng)弱之分。其強(qiáng)弱影響該離子化合物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和溶解性等性質(zhì)。離子鍵越強(qiáng)，其熔點(diǎn)越高。離子半徑越小或所帶電荷越多，陰、陽(yáng)離子間的作用就越強(qiáng)。例如鈉離子的微粒半徑比鉀離子的微粒半徑小，則氯化鈉NaCl中的離子鍵較氯化鉀KCl中的離子鍵強(qiáng)，所以氯化鈉的熔點(diǎn)比氯化鉀的高。

定義：離子鍵是由正負(fù)離子之間通過(guò)靜電作用而形成的，正負(fù)離子為球形或者近似球形，電荷球形對(duì)稱分布，那么離子鍵就可以在各個(gè)方向上發(fā)生靜電作用，因此是沒(méi)有方向性的。

離子鍵概念：帶相反電荷離子之間的相互作用稱為離子鍵。

成鍵微粒：陰離子、陽(yáng)離子。

成鍵本質(zhì)：靜電作用。靜電作用包括陰、陽(yáng)離子間的靜電吸引作用和電子與電子之間、原子核與原子核之間的靜電排斥作用。（一吸，兩斥）

成鍵原因：①原子相互得失電子形成穩(wěn)定的陰、陽(yáng)離子。②離子間吸引與排斥處于平衡狀態(tài)。③體系的總能量降低。

存在范圍：離子鍵存在于大多數(shù)強(qiáng)堿、鹽及金屬氧化物中。

一個(gè)離子可以同時(shí)與多個(gè)帶相反電荷的離子互相吸引成鍵，雖然在離子晶體中，一個(gè)離子只能與幾個(gè)帶相反電荷的離子直接作用（如NaCl中Na+可以與6個(gè)Cl-直接作用），但是這是由于空間因素造成的。在距離較遠(yuǎn)的地方，同樣有比較弱的作用存在，因此是沒(méi)有飽和性的?；瘜W(xué)鍵的概念是在總結(jié)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的，用來(lái)概括觀察到的大量化學(xué)事實(shí)，特別是用來(lái)說(shuō)明原子為何以一定的比例結(jié)合成具有確定幾何形狀的、相對(duì)穩(wěn)定和相對(duì)獨(dú)立的、性質(zhì)與其組成原子完全不同的分子。開始時(shí)，人們?cè)谙嗷ソY(jié)合的兩個(gè)原子之間畫一根短線作為化學(xué)鍵的符號(hào) ；電子發(fā)現(xiàn)以后 ，1916年G.N.路易斯提出通過(guò)填滿電子穩(wěn)定殼層形成離子和離子鍵或者通過(guò)兩個(gè)原子共有一對(duì)電子形成共價(jià)鍵的概念，建立化學(xué)鍵的電子理論。

量子理論建立以后，1927年 W.H.海特勒和F.W.倫敦通過(guò)氫分子的量子力學(xué)處理，說(shuō)明了氫分子穩(wěn)定存在的原因 ，原則上闡明了化學(xué)鍵的本質(zhì)。通過(guò)以后許多人 ，特別是L.C.鮑林和R.S.馬利肯的工作，化學(xué)鍵的理論解釋已日趨完善。

化學(xué)鍵在本質(zhì)上是電性的，原子在形成分子時(shí)，外層電子發(fā)生了重新分布（轉(zhuǎn)移、共用、偏移等），從而產(chǎn)生了正、負(fù)電性間的強(qiáng)烈作用力。但這種電性作用的方式和程度有所不同，所以又可將化學(xué)鍵分為離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵等。離子鍵是原子得失電子后生成的陰陽(yáng)離子之間靠靜電作用而形成的化學(xué)鍵。離子鍵的本質(zhì)是靜電作用。由于靜電引力沒(méi)有方向性，陰陽(yáng)離子之間的作用可在任何方向上，離子鍵沒(méi)有方向性。只要條件允許，陽(yáng)離子周圍可以盡可能多的吸引陰離子，反之亦然，離子鍵沒(méi)有飽和性。不同的陰離子和陽(yáng)離子的半徑、電性不同，所形成的晶體空間點(diǎn)陣并不相同。

共價(jià)鍵

1.共價(jià)鍵（Covalent Bond）是原子間通過(guò)共用電子對(duì)（電子云重疊）而形成的相互作用。形成重疊電子云的電子在所有成鍵的原子周圍運(yùn)動(dòng)。一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子，便可以和幾個(gè)自旋方向相反的電子配對(duì)成鍵，共價(jià)鍵飽和性的產(chǎn)生是由于電子云重疊（電子配對(duì)）時(shí)仍然遵循泡利不相容原理。電子云重疊只能在一定的方向上發(fā)生重疊，而不能隨意發(fā)生重疊。共價(jià)鍵方向性的產(chǎn)生是由于形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云重疊的區(qū)域越大，形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定，所以，形成共價(jià)鍵時(shí)總是沿著電子云重疊程度最大的方向形成（這就是最大重疊原理）。共價(jià)鍵有飽和性和方向性。

2.原子通過(guò)共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵后，體系總能量降低。

共價(jià)鍵的形成是成鍵電子的原子軌道發(fā)生重疊，并且要使共價(jià)鍵穩(wěn)定，必須重疊部分最大。由于除了s軌道之外，其他軌道都有一定伸展方向，因此成鍵時(shí)除了s-s的σ鍵（如H2）在任何方向都能最大重疊外，其他軌道所成的鍵都只有沿著一定方向才能達(dá)到最大重疊。共價(jià)鍵的分類

共價(jià)鍵有不同的分類方法。

（1） 按共用電子對(duì)的數(shù)目分，有單鍵（Cl—Cl）、雙鍵（C=C）、三鍵（N≡N，C≡C）等。

（2） 按共用電子對(duì)是否偏移分類，有極性鍵（H—Cl）和非極性鍵（Cl—Cl）。

（3） 按提供電子對(duì)的方式分類，有正常的共價(jià)鍵和配位鍵（共用電子對(duì)由一方提供，另一方提供空軌道。

如銨根離子中的N—H鍵中有一個(gè)屬于配位鍵）。

（4） 按電子云重疊方式分，有σ鍵（電子云沿鍵軸方向，以“頭碰頭”方式成鍵。如C—C。）和π鍵（電子云沿鍵軸兩側(cè)方向，以“肩并肩”方向成鍵。如C=C中鍵能較小的鍵.C=C中有一個(gè)σ鍵與一個(gè)π鍵。）等

3.舊理論：共價(jià)鍵形成的條件是原子中必須有成單電子，自旋方向必須相反，由于一個(gè)原子的一個(gè)成單電子只能與另一個(gè)成單電子配對(duì)，因此共價(jià)鍵有飽和性。如H原子與Cl原子形成HCl分子后，不能再與另外一個(gè)Cl形成HCl2了。

4.新理論：共價(jià)鍵形成時(shí)，成鍵電子所在的原子軌道發(fā)生重疊并分裂，成鍵電子填入能量較低的軌道即成鍵軌道。如果還有其他的原子參與成鍵的話，其所提供的電子將會(huì)填入能量較高的反鍵軌道，形成的分子也將不穩(wěn)定。像HCl這樣的共用電子對(duì)形成分子的化合物叫做共價(jià)化合物。

化合物分類

1．離子化合物：由陽(yáng)離子和陰離子構(gòu)成的化合物。

大部分鹽（包括所有銨鹽），強(qiáng)堿，大部分金屬氧化物，金屬氫化物?；顫姷?/span>金屬元素與活潑非金屬元素形成的化合物中不一定都是以離子鍵結(jié)合的，如AICI3、FeCl3、BeCl2等不是通過(guò)離子鍵結(jié)合的。非金屬元素之間也可形成離子化合物，如銨鹽都是離子化合物。

2．共價(jià)化合物：主要以共價(jià)鍵結(jié)合形成的化合物，叫做共價(jià)化合物。

非金屬氧化物，酸，弱堿，少部分鹽，非金屬氫化物。

3．在離子化合物中一定含有離子鍵，可能含有共價(jià)鍵。在共價(jià)化合物中一定不存在離子鍵。

金屬鍵

1.概述：化學(xué)鍵的一種，主要在金屬中存在。由自由電子及排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電吸引力組合而成。由于電子的自由運(yùn)動(dòng)，金屬鍵沒(méi)有固定的方向，因而是非極性鍵。金屬鍵有金屬的很多特性。例如一般金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)隨金屬鍵的強(qiáng)度而升高。其強(qiáng)弱通常與金屬離子半徑成逆相關(guān)，與金屬內(nèi)部自由電子密度成正相關(guān)（便可粗略看成與原子外圍電子數(shù)成正相關(guān)）。

2.改性共價(jià)鍵理論：在金屬晶體中，自由電子作穿梭運(yùn)動(dòng)，它不專屬于某個(gè)金屬離子而為整個(gè)金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，從而形成某種結(jié)合，這種作用稱為金屬鍵。由于金屬只有少數(shù)價(jià)電子能用于成鍵，金屬在形成晶體時(shí)，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)原子都有盡可能多的相鄰原子(金屬晶體一般都具有高配位數(shù)和緊密堆積結(jié)構(gòu))，這樣，電子能級(jí)可以得到盡可能多的重疊，從而形成金屬鍵。上述假設(shè)模型叫做金屬的自由電子模型，稱為改性共價(jià)鍵理論。這一理論是1900年德魯?shù)?drude)等人為解釋金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能所提出的一種假設(shè)。這種理論先后經(jīng)過(guò)洛倫茨(Lorentz,1904)和佐默費(fèi)爾德(Sommerfeld,1928)等人的改進(jìn)和發(fā)展，對(duì)金屬的許多重要性質(zhì)都給予了一定的解釋。但是，由于金屬的自由電子模型過(guò)于簡(jiǎn)單化，不能解釋金屬晶體為什么有結(jié)合力，也不能解釋金屬晶體為什么有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。隨著科學(xué)和生產(chǎn)的發(fā)展，主要是量子理論的發(fā)展，建立了能帶理論。

定域鍵

只存在于兩個(gè)原子之間的共價(jià)鍵。只包含定域鍵的多原子分子可以看成是由相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)原子之間的化學(xué)鍵把原子連接起來(lái)形成的，這是忽略了相鄰化學(xué)鍵的影響，而把描述雙原子分子中化學(xué)鍵的方法用到多原子分子的定域鍵上。如乙烯中有一個(gè)C-C和四個(gè)C-H σ鍵、一個(gè)C-Cπ鍵。定域鍵具有比較恒定的鍵性質(zhì)。例如一定類型定域鍵的鍵長(zhǎng)、鍵偶極矩、鍵極化度、鍵力常數(shù)、鍵能等在不同分子中近似保持不變。因此，分子的有關(guān)廣延性質(zhì)可近似表示為相應(yīng)的鍵性質(zhì)之和。定域鍵的這種特點(diǎn)在化學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用，例如從鍵能計(jì)算分子的原子化能近似值。這種模型較好地反映了由鍵上電子云所確定的分子性質(zhì)如鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵偶極、鍵極化度等。這種圍繞兩個(gè)原子的分子軌道成為定域軌道。

極性鍵

在化合物分子中，不同種原子形成的共價(jià)鍵，由于兩個(gè)原子吸引電子的能力不同，共用電子對(duì)必然偏向吸引電子能力較強(qiáng)的原子一方，因而吸引電子能力較弱的原子一方相對(duì)的顯正電性。這樣的共價(jià)鍵叫做極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱極性鍵。

舉例：HCl分子中的H-Cl鍵屬于極性鍵

有一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷極性鍵與非極性鍵的方法，比較形成該化合物中各原子的原子量，一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)原子質(zhì)量越大的原子吸引電子能力更強(qiáng)。但是要注意，有極性鍵構(gòu)成的化合物，不一定是極性化合物，例如甲烷，它就是有極性鍵的非極性分子（原因是正負(fù)電荷中心重合）。

非極性鍵

由同種元素的原子間形成的共價(jià)鍵，叫做非極性共價(jià)鍵。同種原子吸引共用電子對(duì)的能力相等，成鍵電子對(duì)勻稱地分布在兩核之間，不偏向任何一個(gè)原子，成鍵的原子都不顯電性。非極性鍵可存在于單質(zhì)分子中（如H2中H—H鍵、O2中O=O鍵、N2中N≡N鍵），也可以存在于化合物分子中（如C2H2中的C—C鍵）。非極性鍵的鍵偶極矩為0。以非極性鍵結(jié)合形成的分子都是非極性分子。存在于非極性分子中的鍵并非都是非極性鍵，如果一個(gè)多原子分子在空間結(jié)構(gòu)上的正電荷幾何中心和負(fù)電荷幾何中心重合，那么即使它由極性鍵組成，那么它也是非極性分子。由非極性鍵結(jié)合形成的晶體可以是原子晶體，也可以是混合型晶體或分子晶體。例如，碳單質(zhì)有三類同素異形體：依靠C—C非極性鍵可以形成正四面體骨架型金剛石（原子晶體）、層型石墨（混合型晶體），也可以形成球型碳分子富勒烯C60（分子晶體）。

舉例：Cl2分子中的Cl-Cl鍵屬于非極性鍵

配位鍵

又稱配位共價(jià)鍵，是一種特殊的共價(jià)鍵。當(dāng)共價(jià)鍵中共用的電子對(duì)是由其中一原子獨(dú)自供應(yīng)時(shí)，就稱配位鍵。配位鍵形成后，就與一般共價(jià)鍵無(wú)異。成鍵的兩原子間共享的兩個(gè)電子不是由兩原子各提供一個(gè)，而是來(lái)自一個(gè)原子。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中→表示配位鍵。在F和B之間的一對(duì)電子來(lái)自N原子上的孤對(duì)電子。

五大類原子結(jié)合鍵

一

金屬鍵：價(jià)電子離域共享

電子海模型：正原子核被離域電子海（藍(lán)點(diǎn)）包圍

電子屬于整個(gè)“金屬大分子”所共有，不再屬于哪個(gè)原子（電子是離域的）

金屬與其他固體的區(qū)別是金屬中的電子會(huì)對(duì)外加電場(chǎng)、熱梯度以及入射光產(chǎn)生響應(yīng)。這使得金屬具有高的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和光學(xué)反射率。金屬具有正電阻率溫度系數(shù)，因此，金屬在溫度上升時(shí)，它的電導(dǎo)性變差。低濃度雜質(zhì)合金化以后，純金屬的電導(dǎo)率總是下降。如上兩種情況對(duì)電導(dǎo)率影響的原因是增加了電子的散射，這一作用降低了外加電場(chǎng)方向上電子運(yùn)動(dòng)的凈分量。還有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，金屬薄膜與塊體之間的電學(xué)特性差別很小~~以薄膜形式出現(xiàn)的金屬薄膜應(yīng)用的例子包括集成電路中的觸點(diǎn)和互連線，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的鐵磁合金。金屬膜也可用于反射鏡、光學(xué)系統(tǒng)，以及封裝材料的裝飾與防護(hù)涂層和各種元件中。

二

共價(jià)鍵：價(jià)電子局域共享

現(xiàn)代電子學(xué)中，重要的半導(dǎo)體材料：硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)，它們組合成晶體靠共價(jià)鍵結(jié)合

三

離子鍵：價(jià)電子轉(zhuǎn)移

TIPS：離子鍵和共價(jià)鍵沒(méi)有明顯的界限

不過(guò)非常值得我們注意的一件事是“離子鍵和共價(jià)鍵沒(méi)有明顯的界限”，如上的討論是一種簡(jiǎn)化了的模型，實(shí)際上任何所謂的極性共價(jià)鍵都含有離子鍵成分，不存在純粹絕對(duì)的離子鍵，任何離子鍵都含有原子軌道重疊的成分（即共價(jià)鍵成分）。

不論是離子鍵還是共價(jià)鍵，均利用的是電子進(jìn)行成鍵不同的是，離子鍵中，以靜電力作為支撐通常沒(méi)有方向性。而共價(jià)鍵來(lái)源于共用電子對(duì)，具有方向性。電子是一團(tuán)波是一個(gè)概率波，他不是一個(gè)單純的粒子。在空間中以的位置不是固定的，而是存在概率分布。對(duì)于共價(jià)鍵來(lái)說(shuō)，電子集中分布在兩原子中間。這是有利于能量降低的。然而不可忽視的是，對(duì)于共價(jià)鍵，電子依然有概率完全集中在其中的一個(gè)原子上而形成離子。這只是一個(gè)概率問(wèn)題。純粹的共價(jià)鍵一般來(lái)說(shuō)認(rèn)為是同原子分子，且沒(méi)有極性的那種。其電子云密度集中分布在兩原子之間?；旧蠜](méi)有離子性。（實(shí)際上還是有，但是概率極低完全可以忽略）回到離子鍵上，雖然陰陽(yáng)離子之間具有能壘，但是依然存在這么一個(gè)概率使得電子形成共用電子對(duì)成為共價(jià)鍵。電負(fù)性相差越大的陰陽(yáng)離子其能壘越高，越不容易形成共價(jià)鍵，所以共價(jià)成分越低。例如：離子化合物氯化鈉晶體中的化學(xué)鍵含有71%的離子鍵成分和29%的共價(jià)鍵成分；而我們大名鼎鼎的強(qiáng)共價(jià)鍵化合物碳化硅，其共價(jià)鍵成分可達(dá)88%。

四

范德瓦爾茲鍵（范德華力）：分子間的引力

物理鍵（范德華力及氫鍵）是由分子之間的靜電引力而產(chǎn)生的力，稱為分子鍵。在物理鍵形成過(guò)程中，并沒(méi)有發(fā)生電子得失、電子共有和電子公有化，它是由于分子中電子分布不均勻而引起的分子間引力的結(jié)合。范德華鍵的特點(diǎn)是由分子間偶極吸引力所形成的物理鍵，其鍵力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵，故鍵合力弱，熔點(diǎn)低，硬度低，材料穩(wěn)定性差，易變形。范德華鍵是分子間偶極距所產(chǎn)生的靜電吸力將兩個(gè)分子結(jié)合在一起的力。范德華力是分子間力，由三種力組成：取向力（dipoleforce）、誘導(dǎo)力（inductionforce）和色散力（dispersionforce）。

熔沸點(diǎn)：對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高（除H2O、HF、NH3）。例如：烷烴（CnH2n+2）的熔沸點(diǎn)隨著其相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加，也是由于烷烴分子之間的范德華力增加所造成的。

溶解度：溶劑與溶質(zhì)分子間力越大，溶質(zhì)的溶解度越大。例如：273K，101kPa時(shí)，氧氣在水中的溶解量（0.049cm³·L^-1）比氮?dú)獾娜芙饬浚?.024cm³·L^-1）大，就是因?yàn)镺₂與水分子之間的作用力比N₂與水分子之間的作用力大所導(dǎo)致的。在二維層狀材料領(lǐng)域，層內(nèi)以強(qiáng)的共價(jià)鍵或離子鍵結(jié)合而成，而層與層之間依靠弱的范德華力堆疊在一起的一類新型材料。由于層間弱的相互作用力，在外力的作用下，層與層很容易相互剝離，從而可以形成二維層狀材料。最典型的例子就是石墨烯。

五

氫鍵

例如：二個(gè)水分子間的氫鍵力

氫鍵雖然是一種弱鍵，但由于它的存在，物質(zhì)的性質(zhì)出現(xiàn)了反常現(xiàn)象，在形狀結(jié)構(gòu)等方面受到了很大的影響。氫鍵由于廣泛存在與化合物中，因此在研究化合物的性能時(shí)，氫鍵起著重要的作用。氫鍵的鍵能介于共價(jià)鍵和范德華力之間，其鍵能小，形成或破壞所需的活化能也小，加上形成氫鍵的結(jié)構(gòu)條件比較靈活，特別容易在常溫下引起反應(yīng)和變化，故氫鍵是影響化合物性質(zhì)的一個(gè)重要因素。

氫鍵在材料領(lǐng)域中應(yīng)用：液晶材料領(lǐng)域是氫鍵應(yīng)用研究較早較多的領(lǐng)域。分子間氫鍵具有良好的熱穩(wěn)定性，既能使不具有液晶行為的質(zhì)子給體和受體形成的氫鍵復(fù)合物呈現(xiàn)液晶性，也可改變?cè)|(zhì)子給體和受體的液晶行為。雖然氫鍵鍵能較弱，給其復(fù)合物穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，但它的適當(dāng)弱化，反而使得氫鍵液晶高分子具有獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，尤其是對(duì)溫度的變化具有可逆響應(yīng)性能，為其在感應(yīng)材料制備方面的應(yīng)用提供了廣闊的空間。氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆特性，基于氫鍵相互作用的超分子液晶體系具有信息儲(chǔ)存功能、質(zhì)量或電荷傳輸性以及分子傳感等諸多動(dòng)態(tài)特性。

結(jié)合能與材料性能

共價(jià)鍵、離子鍵的鍵能大，金屬鍵的鍵能次之;范德華鍵的鍵能最小，遠(yuǎn)小于三種化學(xué)鍵的結(jié)合能。

不同結(jié)合鍵能的大小

一

熔點(diǎn)

熔點(diǎn)與鍵能有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。離子鍵和共價(jià)鍵的化合物熔點(diǎn)高，其中純共價(jià)鍵的金剛石具有最高的熔點(diǎn)；某些金屬如W、Ta等也存在相當(dāng)部分的共價(jià)鍵，故熔點(diǎn)高；普通金屬材料的熔點(diǎn)相對(duì)較低。離子鍵結(jié)合能大，故陶瓷材料比金屬材料具有更高的熱穩(wěn)定性，耐高溫性好。物理鍵結(jié)合的材料熔點(diǎn)較小，如線性高分子材料，因有大量的物理鍵，其熔點(diǎn)很低，耐熱性較差。

聚氯乙烯（PVC）大分子鏈之間的氫鍵力

二

密度

材料的密度與結(jié)合鍵類型關(guān)系密切。金屬材料如Pb、Ag、Cu等元素的密度高，這是因?yàn)椋阂皇墙饘僭淤|(zhì)量大；二是金屬鍵的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，原子趨于緊密排列，得到簡(jiǎn)單的原子排列形態(tài)。離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合的原子，相鄰原子的個(gè)數(shù)受到共價(jià)鍵數(shù)目的限制，離子鍵結(jié)合還要滿足正、負(fù)離子間電荷之間的平衡，原子不可能緊密堆積，而且存在空洞缺陷，故陶瓷材料密度小。高分子材料的組成元素主要是C、H，質(zhì)量小，且分子鏈間是物理鍵結(jié)合，堆積不緊密，密度就更小。

三

導(dǎo)電、導(dǎo)熱性

金屬鍵有大量自由電子的運(yùn)動(dòng)和離子的振動(dòng)，使金屬材料具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。陶瓷材料和高分子材料由于無(wú)自由電子存在，固態(tài)下基本不導(dǎo)電，成為一種絕緣材料。