IE 2302 Engineering materials

1
????? 2?????????
??? 2
IE 2302 Engineering materials
?.?.????? ????? ?.?.?????
???????
2
?????????????? (Atomic Orbital)

• ??? ????????? ????????? e ????????? ????????????
• (??????????? e 90)

s - orbital
?????????? ????????? e ???????????????????
?????? l 0
??? n 1 ? 1s - ?????????
??? n 2 ? 2s - ?????????
3
p - orbital
? ?? ml 3 ??? ??? (1, 0, -1)
? p -orbital ???????? 3 orbital
? ?????????????? ??? ??????
4
d - orbital
? ?? ml 5 ??? ??? (2, 1, 0, -1, -2)
? ???????????? e ??????????????????????? ??????
5
f - orbital
? ?? ml 7 ??? ??? (3, 2, 1, 0, -1, -2, -3)
6
??????????????????????????????????????????????
7
???????????????????????????????????
8

• ???????????????????????????????????????

9

• ??????????????????
• ????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????? ??????
• ????????????
• ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ???????????????? ???????
• ?????????????????????????????????????????(????????
  ??????????) ???????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?(orbital) ????????????????????

3Li 1s2 2s
11Na 1s2 2s2 2p6 3s
10
????????????????????????

• ???????????????????????????????????????????(??????
  ????????????) ?????????????????
  ????????????????????????????????????????????(orbit
  al) ??????????????????????????????????????????????
  ????????????

4Be 1s2 2s2
3Li 1s2 2s
11
????????????????????????
12

• ??????????????????
• ??????????????????(ionization energy, IE)
• ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????(ground state)
• A(g) energy ----gt A(g) e- (1st IE)
• A(g) energy ----gt A2(g) e- (2nd IE)
• A2(g) energy ----gt A3(g) e- (3rd IE)
• IE ????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ????????????????????????? ???? ???????????????????
  ??????????????????(?????????) ????????????????????
  ????????? ????????????????????????????????????????
  ????????
• Be 1s2 2s2 B 1s2 2s2 2p1
  IEBe gt IEB
• N 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz1 O 1s2 2s2
  2px2 2py1 2pz1 IEN gt IEO

1st IElt 2nd IE lt3rd IElt
13

• ??????????????????
• ????????????????????(electron affinity, EA)
• ??????????????????????????????????????????????????
  ????(ground state) ???????????????????????????????
  ???
• X(g) e- ----gt X- (g) energy
• ??? EA ???????????????????????????????????????????
  ???????????????????????????????????????????????
• ??? EA ????????????????????????? ?????????
  ???????????????????????????????
• ???????????????????(electronegativity, EN)
• ??????????????????????????????????????????????????
  ?????????? ??????????????????????????? EA
  ???????????????????????????????????????????? ???
  EN ???????????????????????????????????????????????
  ??????????? Fluorine ?????????????? 4

14

• ????????? ????????????????????????
• ????????????????????????? Li Na Mg C O
• ??? Ionization Energy ???????????? Mg P S Cl
• ??? Electronegaivity ??????????? C O F N Si
• ??? Electron affinity ??????????? Br Cl I Al

• ????????? ???? A, B, C, D ??? E
  ??????????????????????????????????
• A 1s2 2s2 2p3 B 1s2 2s1 C 1s2 2s2 2p6 3s1
• D 1s2 2s2 E 1s2 2s2 2p7
• ?????????????????????????????????????

15
??????????????????????????????????????????????????
????????????????? ????????????????????????????????
??????????????????????????????????? ??????????????
????????????????????? ? ????????????
???????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????
??????????????????? ??????????????? ???? O2, CH4,
C6H12O6 (glucose) ???????
??????????????????????????????????????????????????
?????????? ????????????????? (Chemical bond)
????????????????????????????????????????????
16
???????????? (Ionic bond) ??????????????????????
????????????????? 2 ??????????????????????
????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
?? ??? atom ?????????? e-
?????????? ???????? (Cation) atom ?????? e-
?????????? ??????? (Anion)
17
???? NaCl
??????????????????????????????????????????????????
???? 2 ?????????????
1. ?????????????????? Na ??????????????????????
Cl
18
2. ????????????????????????
????????????????????????????????????
???? ????????????????????????????????
2Ca(s) O2(g)
2CaO
????????????????????
4Li(s) O2(g)
2Li2O
19

• ???????????????????????????????????????????????
• 1. Na ??? Cl 2. Mg ??? P
• 3. Mg ??? O 4. Mg ??? N2
• 5. Na ??? CO32- 6. Ca2 ??? PO43-
• 7. Na ??? S 8. Mg ??? Cl
• 9. Al ??? O 10. PO43- ??? Na

20
?????????????? (Covalent bond)
????????????????????????????????????????
(Valence electron) 1 ?????????????????????????????
???? 2 ?????
??????????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????????????????????
21
???????? (Octet) ?????????????????????????????????
?????????????????????????
???????? ???????????????????????????????????????
??? (1 ????? ???????????) ????????????????????
????????????????? ??? 8 ???? F2 ???????
22

• ???????????
• 1. ???????????? valence e- ?????????????????? 8
  ??? (?????????? 2 ??? 3)
• 2. ???????????? valence e- ???????????????? 8 ???
  (??????? valence e- ?? ???? d-orbital)
• 3. ???????????????????????????????????????????

???? 1. Be4 H-Be-H 2. S16
Cl-S-Cl, , 3.
NO e- 11 ,
..
..
23
????????????????????????
1. ????????????????? ???????????????????????????
?????????????????????????? ???????????????????????
??????????????????????????
24
???????? ?????????????????????????????? s ??? ???
p
s orbital
p orbital
25
2. ????????????????????????????? (Bonding
molecular orbital , BMO) ??? ?????????????????????
?????????? (Anti-bonding molecular orbital, BMO)
???????????? s ??????????????????? ????????????
??????????????? ?????????????
26
???????????? p ??????????????????? ????????????
??????????????? ????????????? ???????????? 2
?????????
1. ?????????????
2. ?????????????
27
3. ??????????????? (Hybrid orbital)
??????????????????????????????????????????
?????????????????? ???????????????????????????????
????????????? ????
??????????????????? e- ???????? 2p
????????? 2 ??? ??????????????????????????????????
?????????????? 2 ????????????? ???????????????????
???????????????? 4 ????? ?????????????????????????
s ??? p ???????????????????? ?????
??????????????? ???????????????
?????????? ?????? ???????????????????????????????
28
???? ??????? ???????????????? s ????????? 1
????????? ??? p ????????? 3 ????????? ????????
sp3 ????????????
2p
sp3 ????????????
C6
2s
??????????????? sp3 ???????????????
??????????????????????????????????? (s2p2)
29
????????????????????????????????????? ??????????
CH4 ??????????????????????????????????????? 4 ????
H 4 ?????
30
4. ????????????????????????????????????????????
??????? BMO ?????????????????? AMO
?????????????????? ???????????????????????????????
??????????????????????????
???? -???????????????????? n 1 (1s)
AMO
1s
1s
BMO
ss
31
???? -???????????????????? n 2 (2s, 2p)
32
???? ?????????????????????????????????????????????
?????????? ???????????? (?) ???????? ??? (?)
????????
33
???????????????????? (Polar covalent bond)
??????????????????????????????????????????????????
??????? ??????????????????????????????????????????
? EN ????????????? (?????????????????
2) ???????????????????? EN ?????????????????????
??????????????????? ??????????????????????????????
???????????????????????????? ????????????????????
??????????????????????????????????? (EN ???)
???????????????????? (EN ???)
34
????????????????????????? (Coordinate covalent
bond) ??????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
??? ??????????????????????????????????????????????
?? 8 ???? NH3 ??? H
??????????????????????????????????????? ???????
NH3 ??? BCl3?
35
??????????????????????????? ???????????????
?????????????? ????????????
1. ???????????????????? 1.
???????????????????????????
(Elcetrons equally shared)
(Electron transferred)
2. ????????????????? EN ?????????????
2. ????????????????? EN????????????
???? LiF, MgO
???? H2, Cl2, CH4
36

• ?????????????????????????????????????????? (ionic
  bond, covalent bond ???? polar covalent bond)
• 1. Br2
• 2. PCl.
• 3. LiCl
• 4. ClF
• 5. MgCl2

37

• ????????? ??????????????????????????????????????
  ? ?????
• ?????????????
• 1. ???????????????????????
• 2. ??????????????????????????????????????
• 3. ????????????????? ?????????? ????????????

???????????????????????????????????????????
???????????????? 1,2 ???? 3 ??????????
??????????????????????????????????????
???????????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
? ?????????????????????? (localized covalent
bond) ?????????????????? ?????????????????????????
?????????????????????????????? ???
38
??????????????????????????????????????????????? 1
. ??????????????????????????? (electron sea
model) ??? 2. ??????????????? (bond theory)
1. ???????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????????
???????????????????????????????????? ???
??????????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????
39
??????????????????????
??????????????????????????????????????????
????????? ?
40
???????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????? ?????????????????????????????????????????
??????? ??????????????????????????????????????????
?????????? ???????????????????????????????????????
???????????????? ?????????????????????????????????
????????
41
?????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
??? ????????????????????
??????????????????????????????????
42

• 2. ??????????????? (Band theory)
  ???????????????????????????????????????????????
  ???????? 2 ???????????????????????????????????????
  ????????????? ????????????????????????????????????
  ????????? (AMO) ??????????????????????????????????
  ??? (BMO) ????????????????????????????????????????
  ??????????????? 2 ?????????????????????????????

43
???????? ????????????????????????????????
??????????????????????????? MO ???????
??????????????? MO ???????????????
??????????????????????????????????????????????????
?????????? ????????????????????? (energy band)
??????? Li ??? ??????????????? 2s orbital
????????????? 2s
44
????????? (allowed band) ???????????????
(forbidden gap)
45

• Multiple bond (???????????????????)

?????????????????? 2 ????? ???????????????????????
?????????????????????????????????? 1 ??? ???? O2
???????????? 2 ?????????????????????? 7
???????????? 2 ?????????????????????? 8
O
O
????????????????????????????? 1.
???????????? 2. ????? (C2H6) 3. ???????
(C2H4) 4. ????????? (C2H2)
46
????????? (Resonance) ???????
???????????????????????????? 2 ???????????????????
???????????????????? ??????????? ???
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????? ?????????????????????????????
?????????????? ???? SO2
47
???????????????????????????????????? ?????
??????????????????????? ????????????????????????
1. ???????????????????? 2. ?????????? En
?????????????????????????????? ???????????
?????????????????????????????????
(????????????) 3. ???????????????????????????????
???????????????????????? ???? (??????????????????
????? ?????????????????????? ????????????????????
) 4. ??????????????????????????
48
???????????? ?????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????????? ???????????????????????
??????????????????????????? ??????????????????????
?? ????????????????????????????????
???????????????????????????????????????????
????????????????? ????????????????????????????????
????????????? ??????????????????
????????????????????????? ???????????? (formal
charge)
49
?????????????????????????????????
??????????? ???????????? V - N - 1/2
B ????? V ?????????????????????????????????????
N ??????????????????????????????????????
(non-bonding electron) B
?????????????????????????????????????????
50
???? ???????????????????? O3
0
1
-1
O 6 4 ½(4) 0
O 6 2 ½(6) 1
O 6 6 ½(2) -1
????????????????????????? ???????????????????? S
??? O ??? SO3 ??? SO32- ?
51
??????????????????????????? ?????????????????????
????????????????????????? ????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????? ????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
????????? ????????????????????????????????????????
????????????????????????????????????????????????
???????????????? ?????????????????????????????????
??? (Valence Shell Electron Pair Repulsion
Theory, VSEPR)
52
?????????????????????? AXmEn ????? A
????????? X ??????????????????????????????? A
???????????????????? E ????????????????????????
???????????????????? m ????????????????????????
?????????? n ??????????????????????????????????
???
53
???? ????????????????????? AXmEn ??? SF4 ??? ICl4-
SF4 ICl4- ?????????????????????????????????
? 6 7 ??????????????????????????????????????
??? 4 4 ??????????????????????? -
1 ??? 10(5) 12(6) ??????????????????????????
??? 4 4 ????????????????????????????????
1 2 ?????????????? AXmEn AX4E1 AX4E2
54
??????????????????????? VSEPR 1.
??????????????????????????????????????????????????
????????????? m ??? n ???????????????????????????
???????????????????????????? ????????????????????
?????????????? ???????????????????????????????? 2.
??????????????????????????????????????????????
????????????-???????????? gt
????????????-????????????? gt ?????????????- ??????
??????? 3. ?????? multiple bond
??????????????????????????????????????????????? ??
???????? 4. ?????????????????????????
?????????????????? ???????????? gt ????????
gt?????????????gt ????????????????
55
??????????????????????????????????????????????????
???????
??????????????????????????????????????????????
1. AX2 BeCl2
?????????????????????????? 2 ?????????????????????
????????????????????????? ????????????????????????
??????
56
2. AX3 BF3
??????????????????????????????????????????
???????????????????????????????
3. AX4 CH4
???????????????????????????????????????? 4 ????
57
4. AX5 PCl5
90o
120o
???????????????????????????????????????? 3
??????????????????????????? (axial) ??????? 3
??????????????????? 3 ????????????????????????????
? (equatorial)
5. AX6 SF6
???????????????????? 90o ?????????????????????????
?????????? ??????????????????????? ??????
????????????????????????????????
58
?????????????????????????????????????????
?????????????? ????????????-???????????? gt
????????????-????????????? gt ?????????????-???????
??????
1. AX2E SO2
??????????????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
???????????????? ???????????????????????????????
OSO ????????????? 120o ??? 119.5o
59
2. AX3E NH3
??????????????????????????????????????????????????
????????????????????????????????????????? ?????
N-H ???? 3 ???????????????????????????
3. AX2E2 H2O
??????????????????????????????? 4
??????????????????? 4 ?????????????????????????
?????????????????????????????? 2
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????? ?????????? O-H
????????????????????????? ????? N-H ????????????
60
??????????????????????????????? 4
??????????????????? 4 ?????????????????????????
?????????????????????????????? 2
??????????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????? ?????????? O-H
????????????????????????? ????? N-H ????????????
61
4. AX4E SF4
??????????????????????? ??????????????????????????
??????????????????? ?????????????????????? ?????
120o ?????????????????????????????????????????????
???
62
???????????????????????????????
???????????????????????
63
??????????????????????????????????????????????????
????????????????????????????????????????????????
????????????????????????????????? 1 ?????
????????????????????????????????? ??????????????
???? ??????? (CH3OH)
Tetrahedral Bent
64
????????????? VSEPR ??????????????????????????????
????????? 1. AsH3 2. OF2 3. AlCl4- 4. I3- 5.
C2H4 6. SiBr4 7. CS2 8. NO3-
65
????????????????????????????? ????????????????????
?? 1. ???????? ??????????? - ???????????????????
(????? e- ????????????) - ????? e-
????????????????????????
??? A ?? EN ??????? B ??? III gt ??? I ??? A ??
EN ??????? B ??? III lt ??? I
66
??? EN ?????????????????????????
???? F O N Cl Br I
S C H P EN 4.0 3.5
3.0 3.2 2.8 2.5 2.5 2.5
2.1 2.1
???????????? EN Cl gt N ?????????????????????????
Cl gt N ??????? EN ??? N gt Cl
??????????????????????????????????????????????????
????????????????????????????????
SbH3 PH3 NH3 AsH3
67
2. ???????? ?????????????? - ????? (???????????
??????????????) - ??????? (?????????????
????????????????)
?????????????? EN (?EN)
2.1 ????????????????????????????????????????
EN
?????????????? ????????????????
2.1 2.1
68
2.2 ???????????????????????????????????????????
Cl
H
EN
??????????? ?????????????
2.1 3.2
2.3 ?????????????????????????????????????????????
?????? ?????????????
69
H
Cl
C
??????????? ?????????????
C
H
Cl
EN 2.1 2.5 3.2
2.4 ?????????????????????????????????????????????
???????
??????????? ?????????????
70
3. ??????????????????? (?EN) - ????????????????
() - ????????????????? (-)
??????????? ????????????????????????????????????
???????????????????
2AB (g)
A2 (g) B2 (g)
?E ?????????????????????????????????????
???????????????????????????????????????
(A-A) (B-B) - 2(A-B)
71
??????????????????
???? ??????????????????? H-O
?????????????????????????????????????? H-O
???????????????????? 463 kJ mol-1
72
??????????????????????????????????????????????????
73
4. ????????????
?????????????????????????????????
(?????????????????) ???????? ????????????
?????????????????????????? ???????? ????????
???????????????????????????? ??????????????? C-C
????????
??????? ???????????? ???????????? ????????????
(pm) (kJ
mol-1) H3C-CH3 C-C 154
348 H2CCH2 CC 134
614 HC?CH C?C 120
839
74
????????????? - ?????????????????????????
(????????????) - ???????????????????????????
75
1. ???????????????????????????????????
????????????????? ???????????????? -
????????????????????????????????????????
(??????????????) - ??????????????????????????????
???????????????????
2. ???????????????????????????????? -
??????????????????????????? ???? CO, SO2
????????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????????????????
??????????????????????????? NO ??? N2
????????????????????????????????? bp. ??????????
???????? ?????????????????????????????????? ?
76
3. ????????????? ?????????????????????? H atom
??????? atom ???????? EN ???? ??? atom ?????? e-
????????????????????? ????
EN 2.1(H) 4.0(F)
EN 2.1(H) 3.5(O)
HF ?? bp 19.4 oC
H2O ?? bp 100oC
H2O ????? EN ??????? HF ?????????? bp. ??? H2O
?????????? ?
77
???????????
1. ???????????????????????? A ????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????
??????? B ????????????????????????????????????????
??? C ????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????????????????
D ???????????????????????????? ???????????????????
???????????????????????????????????????????????
????? (?) A ???????????????? (?) A, C ???
D ??? (?) A, B ??? C ??? (?) ????????? 2.
?????????????????????????? (?) CO2 (?)
NH3 (?) SiCl4 (?) PF5 3. ????????????????????
????????????????????????? (?) NO (?) O2 (?)
CO (?) F2
78
4. ?????????????????????????? X2Y ??? X
???????????????????????????? 19 Y
?????????????????????????? (?) 14 (?) 16 (?)
17 (?) 18 5. ?????????? X, Y, Z ??????????
12, 13 ??? 16 ???????? ???????????????????????????
???????????????????? (?) XCl2, YCl3, ZCl6 (?)
XCl3, YCl4, ZCl2 (?) XCl, YCl4, ZCl3 (?) XCl,
YCl4, ZCl2 6. ??????????????????????????????????
(?) BCl3 (?) SF6 (?) PCl5 (?) CO2 7.
???? A ??? B ?????????? 15 ??? 35 ?????????? A
??? B ??????????????????? ???????? (?)
?????????????????, ???????????????? (?)
????????????????, ???????????????????? (?)
????????????????, ??????? (?) ???????????????????
?, ???????
79
8. ??????? AX4(g) 2B2 AX2B2 2XB
??????????????????????????? A-X 413
kJ A-B 339 kJ B2 242 kJ X-B 431
kJ ???????????????????????????????????????????????
???? kJ (?) 41 (?) 115 (?) 230 (?)
304 9. ?????????? phosphite ion, (PO33-)
??????????????????? (?) ?????????????????
(tetrahedral) (?) ????? (bent) (?)
???????????????? (trigonal planar) (?)
???????????????????? (trigonal pyramidal) 10.
??????????????????????????? C ??? O
?????????????????????? HNCO CO2 CH3OH
COF2 (I) (II) (III)
(IV) (?) I ??? III (?) II ??? III (?) III
??? IV (?) I ??? IV
80
???? 1. ? 2. ? 3. ? 4. ? 5. ? 6. ? 7. ? 8. ? 9.
? 10. ?