A-level 應用科學/材料選擇與使用/結構與效能
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材料的性質取決於它們的結構；原子和分子如何組合在一起的方式。材料科學家考慮材料在原子層面的行為，以便評估材料是否適合特定專案。
您應該瞭解物理性質如何與
- 結晶、聚合物和非晶態材料的微觀結構相關；
- 複合材料的結構；
- 粒子之間的強鍵（離子鍵、共價鍵和金屬鍵）；
- 粒子之間的弱鍵。
- 離子鍵 - 定向
- 雖然所有陽離子都吸引所有陰離子，但每個陽離子都被陰離子包圍，反之亦然。移動離子晶格的一部分會導致陰離子-陰離子和陽離子-陽離子排斥。
- 共價鍵 - 定向
- ：共價鍵存在於特定原子之間，扭曲原子的位置會斷裂鍵。
- 金屬鍵 - 非定向。
- 流動的電子“海”可以適應晶體結構的變化，因此樣品的形狀可以改變而不會斷裂鍵。
- 純離子或共價化合物具有較低的延展性。金屬的延展性要高得多。
粒子之間的弱鍵。
- 金屬、離子晶體和巨型共價分子的強鍵延伸到整個材料中。
小的共價分子、聚合物、石墨等不是由單個分子組成的。是什麼將一個分子與另一個分子結合在一起？答案是分子間鍵。
有三種類型的分子間鍵
- 範德華力
- 每個分子和原子都會非常微弱地吸引任何其他分子或原子。這是因為一個粒子上的電子會被吸引到另一個粒子的原子核，反之亦然。
- 這種鍵合非常弱。以這種方式鍵合的小分子將是氣體。非常大的分子可以積累足夠的範德華力形成固體（例如聚合物、石墨），但它們在機械上很弱，除非沿著/穿過它們的共價鍵施加壓力。
- 偶極-偶極相互作用
- 極性分子（包含氧、氮、氟、氯等原子的分子）具有永久的正電荷和負電荷區域。這些分子可以像一對磁鐵一樣粘在一起。
- 這種鍵合比範德華鍵合更強，非常類似於離子鍵合。以這種方式鍵合的分子往往比純範德華物質揮發性更低。具有偶極-偶極鍵合的聚合物往往比碳氫化合物聚合物更硬，例如PVC。
- 氫鍵
- 如果氫與氧或氮鍵合，它可以與第二個分子的氧或氮鍵合。這是最強的分子間鍵，類似於共價鍵。
- 形成氫鍵的分子是揮發性最低的分子。簡單的分子將是它們是脆性的。例如糖，但聚合物往往很硬且脆，例如纖維素、有機玻璃。