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【正文】 原子X共價結合的氫原子(XH)帶有部分正電荷,能再與另一個電負性高的原子(如Y)結合,形成一個聚集體XH…Y的化學結合作用。X、Y原子的電負性越大、半徑越小, 則形成的氫鍵越強。例如,FH…F是最強的氫鍵。氫鍵表面上有飽和性和方向性:一個H原子只能與兩個其他原子結合,XH…Y要盡可能成直線。但氫鍵H…Y之間的作用主要是離子性的,呈現的方向性和飽和性主要是由X和Y之間的庫侖斥力決定的。氫鍵的鍵能比較小,通常只有17～25千焦/摩爾。但氫鍵的形成對物質的性質有顯著影響,例如使熔點和沸點升高。溶質與溶劑之間形成氫鍵,使溶解度增大。在核磁共振譜中氫鍵使有關質子的化學位移移向低場。在紅外光譜中氫鍵XH…Y的形成使XH的特征振動頻率變小并伴有帶的加寬和強度的增加。氫鍵的形成決定蛋白質分子的構象,在生物體中起重要的作用。晶體(crystal)微粒(原子、分子或離子)在空間呈三維周期性規則排列的固體。自然界的物質有3種存在形態,即氣體、液體和固體, 固體物質又有晶體和非晶態之分,例如玻璃是非晶態物質。固體物質中絕大多數都是晶體,如金屬、合金、硅酸鹽,大多數無機化合物和一些有機化合物,甚至植物纖維都是晶體。有些晶體具有規則的多面體外形,如水晶,稱為單晶體。有些則沒有規則整齊的外形,如金屬,整個固體是由許多取向隨機的微小單晶顆粒組合而成,這樣的固體稱為多晶體。晶體的一切性質無不與其內部結構有三維周期性這個特征密切相關,如晶體具有固定的熔點、各向異性、對稱性、能使X射線發生衍射。固體物質是否為晶體,一般用X射線衍射法予以鑒定。另外，晶體還具有對稱性。準晶（Quasicrystal）準晶是同時具有長程準周期平移性和非晶體學旋轉對稱性的固態有序相。準周期性和非晶體學對稱性構成了準晶結構的核心特征。非晶（amorphism）與晶體不同，非晶體原子排列是短程有序、長程無序，固體的性能是各向同性的。液晶（liquid crystal）液晶態是介于三維有序晶態與無序晶態之間的一種中間態。在熱力學上是穩定的，它既具有液體的易流動性，又具有晶體的雙折射等各向異性的特征。處于液晶態的物質，其分子排列存在位置上的無序性，但在取向上仍有一維或二維的長程有序性，因此液晶又可稱為“位置無序晶體”或“取向有序液體”。液晶材料都是有機化合物，有小分子也有高分子，其數量已近萬種，通常將其分為二大類，熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶只在一定溫度范圍內呈現液晶態，即這種物質的晶體在加熱熔化形成各向同性的液體之前形成液晶相。熱致液晶又有許多類型，主要有向列型、近晶型和膽甾型。溶致液晶是一種只有在溶于某種溶質中才呈現液晶態的物質?；?element)組成晶體的原子、離子、分子或原子團統稱稱為晶體的基本結構單元，簡稱基元。點陣(lattice)晶體基元周期性排列的點的集合，它就稱為“晶格”（或點陣），這些點被稱為格點。因此，可以說晶體的結構是由組成晶體的基元加上空間點陣來決定的。晶胞(crystal cell)晶胞是晶體的基本結構單位。反映晶體結構三維周期性的晶格將晶體劃分為一個個彼此互相并置而等同的平行六面體,即為晶胞。晶胞包括兩個要素:一是晶胞的大小、型式。另一是晶胞的內容,前者主要指晶胞參數的大小,即平行六面體的邊長a、b、c和夾角α、β、γ的大小, 以及與晶胞對應的空間點陣型式,即屬于簡單格子P還是帶心格子I、F或C等。后者主要指晶胞中有哪些原子、離子以及它們在晶胞中的分布位置等。面心立方結構（fcc——facecenteredcubic），體心立方結構（bcc——bodycenteredcubic）和密排六方結構（hcp——hexagonal closepacked）金屬所具有的典型晶體結構為面心立方結構（fcc）（圖227），體心立方結構（bcc）（圖228）和密排六方結構（hcp）（圖229），皆屬于立方結構晶系。具有面心立方結構的常見金屬有: γFe、Al、Ni、Cu、Ag、Au、Pt，等 具有體心立方結構的常見金屬有：βTi、V、Cr、αFe、βZr、Nb、Mo、Ta、W等具有密排六方結構的常見金屬有：αTi、αZr、Co、Mg、Zn等離子鍵(ionic bond)離子鍵是通過異性電荷之間的吸引產生的化學結合作用，又稱電價鍵。電離能小的金屬原子(如 堿金屬)和電子親合能大的非金屬原子(如鹵素)接近時,前者將失去電子形成正離子,后者將獲得電子形成負離子,正負離子通過庫侖作用相互吸引。當這種吸引力與離子的電子云之間的排斥力達到平衡時,形成穩定的以離子鍵結合的體系。離子鍵的特征是作用力強,而且隨距離的增大減弱較慢。作用不受方向性和飽和性的限制,一個離子周圍能容納多少個異性離子及其配置方式,由各離子間的庫侖作用決定。以離子鍵結合的體系傾向于形成晶體,以便在一個離子周圍形成盡可能多的離子鍵,例如NaCl分子傾向于聚集為NaCl晶體,使每個鈉(或氯)離子周圍的離子鍵從1個變為6個。硅酸鹽結構(silicate structure)硅酸鹽結構是一種共價晶體的結構，硅酸鹽的基本結構單元就是 四面體(圖233)，硅原子位于氧原子四面體間隙中，每個氧原子外層只有7個電子，為1價，還能和其他金屬離子鍵合，其中Si的配位數是4，氧的配位數是2，SiOSi的結合鍵間鍵角接近145176。這種硅氧四面體可以孤立地在結構中存在，如鎂橄欖石Mg2SiO4，鋯英石ZrSiO4等；也可以通過其頂點互相連接；除可以連成骨架狀外，還可以連成鏈狀和層狀（圖234）。莫萊石就是鏈狀硅酸鹽，高嶺土和滑石則是層狀硅酸鹽。離子晶體結構(ion crystal structure)離子晶體是由正負離子通過離子鍵，按一定方式堆積起來而形成的，也就是說，離子晶體的基元是離子而不是原子了，這些離子化合物的晶體結構必須確保電中性，而又能使不同尺寸的離子有效地堆積在一起。多數鹽類，堿類（金屬氫氧化物）及金屬氧化物都形成離子晶體。周期性(periodicity)對空間點陣，可以看成是由幾何點沿空間三個不共面的方向各按一定距離無限重復地平移構成（圖220），每個方向的一定平移距離稱為該點陣在該方向的周期，故周期性也可以稱之為平移對稱性。理想晶體的內部結構是組成晶體的原子、分子或原子團等在三維空間中有規則地周期性重復排列，這種周期性排列是晶體最基本的特點，也是研究晶體各種物理性質的重要基礎。對稱性(symmetry)晶體的對稱性是指晶體經過某種幾何變換（平移、旋轉等操作）仍能恢復原狀的特性。配位數(CN——coordination number)對于簡單晶格，配位數CN為晶格中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數；致密度(堆積因子)（Packing factor）原子體積占總體積的百分數。若以一個晶胞來計算，致密度就是晶胞中原子體積與晶胞體積之比，即k=nv/V，其中v為單個原子的體積，V為晶胞體積，n為一個晶胞中的原子數。離子半徑（ionic radius）離子半徑是反映 離子大小的一個物理量。離子可近似視為球體,離子半徑的導出以正、負離子半徑之和等于 離子鍵 鍵長這一原理為基礎,從大量X射線晶體結構分析實測鍵長值中推引出離子半徑。離子半徑的大小主要取決于離子所帶電荷和離子本身的電子分布,但還要受離子化合物結構型式(如配位數等)的影響。負離子配位多面體(Anion coordination polyhedron)負離子配位多面體指的是離子晶體結構中，與某一個正離子成配位關系而且相鄰的各個負離子中心線所構成的多面體?？瘴?vacancy)如果晶格中某格點上的原子空缺了，則稱為空位，這是晶體中最重要的點缺陷。間隙原子(interstice)脫位原子有可能擠入格點的間隙位置，形成間隙原子。色心(color center)離子晶體的某些點缺陷是有效電荷的中心，他們可能束縛電子，這種缺陷的電子結構能吸收可見光而使該晶體著色，故稱這種能吸收可見光的晶體缺陷為色心。刃位錯、螺位錯(edge dislocation、screw dislocation)晶體中由于滑移或晶體失配,原子或離子排列的點陣結構發生畸變的線型缺陷軌道稱為位錯線,簡稱位錯(dislocation)。晶體中位錯的基本類型為刃型位錯和螺型位錯。圖247是刃型位錯模型，可以看到，與完整晶格相比，它多了一個半原子面，而且這個半原子面象個“劈”一樣，楔入完整晶體，終止于晶體中，面的邊緣是一條線，這條線周圍若干個原子距離內的原子的規則排列遭到破壞，這就形成了刃位錯。如果讓晶體中的一部分在切應力作用下滑移，如圖247所示，可以發現，發生滑移與未發生滑移的交界處也是一條直線，其附近原子的規則排列也被破壞了，如圖248所示，這些原子呈螺旋狀分布，稱這種位錯為螺型位錯。晶界（grain boundary）不同取向的晶粒之間的界面。孿晶界(twin boundary)孿晶間的界面叫孿晶界，其界面兩側的原子排列成鏡面對稱。相(phase)相是指系統中的物質結構均勻的部分。氣體在平衡條件下，不論有多少組分，都是均勻的，因此氣相只有一種，固體內部就比較復雜了，在固體材料中，具有同樣聚集狀態，同樣原子排列特征性質,并以界面相互隔開的均勻組成部分稱之為“相”。相可以是單質，也可以是化合物。材料的性能與各組成相的性質、形態、分布和數量直接有關。組織(morphology)組織是相的形態、分布的圖象，其中用肉眼和放大鏡觀察到的為宏觀組織，用顯微鏡觀察到的為顯微組織，用電子顯微鏡觀察到的為電子顯微組織。相圖（phase diagram）平衡狀態下物系的組分、物相和外界條件間相互關系的幾何描述,也稱狀態圖或平衡圖。凝聚體系的相圖多數是恒壓下的溫度組分關系圖。杠桿定律(lever law)確定某種成份的合金在二相區中各相的相對含量的法則。首先要確定各單相的成份。在一定溫度下，兩單相的成份是確定的，就是溫度水平線與相界線的交點所對應的成份。如圖258所示，現在我們考慮成份為 C%(wt)的A合金在t1溫度下液、固二相的相對含量。從圖中可以看出，液相濃度為 CL %(wt)，固相濃度為 Cα%(wt),假設合金的質量為1，液相質量為WL，固相質量為Wα，則WL+Wα=1，另外合金A中的含Ni量應該等于液相含Ni量和固相合Ni量之和，即WL CL + Wα Cα= 1xC，由這二式可以得出WL/ Wα=(CαC)/(CCL)= rb /ar，再變換一下可得WL?ar = Wα?rb，這個關系式與以r為支點，以a、b二點為受力端點的杠桿平衡時的關系類似，故稱其為杠桿定律。勻晶相圖(somorphous)這種相圖的特點是兩組元不但在液態無限互溶，而且在固態也無限互溶。結晶時，都是從液相中結晶出單相固溶體。我們把從液相結晶出單相固溶體的結晶過程稱為勻晶轉變。具有這類相圖的二元合金系有CuNi、AgAu、FeNi、CrMo、CuAu等，有些硅酸鹽材料如鎂橄欖石(Mg2 SiO4)鐵橄欖石(Fe2SiO2)等也具有此類特征。共晶反應（eutectic reaction）在共晶相圖上有單相區。兩單相區之間為雙相區。另外還都有一條水平線，如PbSn相圖上MEN，這表示在水平線所對應的這個特定溫度下有三相共存。E點是二條液相線AE和BE的交點，在E點的上方是液相，其下方是α、β二相共存區。這說明，相當于E點成份的液相在冷卻至三相共存線的溫度時，會同時結晶出成份為M的α相和成份為N的β相，這種反應可以寫成如下形式：這種由某一成份液相在恒溫下同時結晶出二個成份不同的固相的反應稱為共晶反應，發生共晶反應的溫度TE為共晶溫度，成份為E點的合金為共晶合金。共晶組織為α相和β相的機械混合物，它們通常呈層片狀相間分布。共晶相圖（eutectic phase diagram）兩組元在液態無限互溶，固態有限互溶或完全不互溶，冷卻過程中發生共晶反應的相圖為共晶相圖。具有共晶相圖的合金系有PbSn、AlSi、PbBi等，一些硝酸鹽也具有共晶相圖。包晶反應（peritectic reaction）包晶反應是由一固定成份的液相和一固定成份的固相相互作用生成另一個固定成份的固相,其反應式可表示為，包晶反應的產物是單相固溶體。包晶相圖(peritectic phase diagram)兩組元在液態無限固溶，固態下有限互溶（或不互溶）并發生包晶反應的二元系相圖稱為包晶相圖，PbAg就形成包晶相圖，陶瓷ZrO2CaO也形成包晶相圖。在包晶相圖上也存在單相區、雙相區、三相區，也是只有在特定的溫度下才能三相共存。FeC相圖(FeC phase diagram)FeC相圖是FeC合金的二元相圖，是材料科學尤其是金屬熱處理最重要的相圖之一。共析反應（eutectoid reaction）共析反應是由一固定成份的固相在特定溫度下同時析出兩種固相的反應,其反應式可表示為，共析反應的產物是兩種固相的機械混合物。鐵素體 α(ferrite)鐵或其內固溶有一種或數種其他元素所形成的、晶體點陣為體心立方的固溶體。奧氏體 γ（austenite）鐵內固溶有碳和〔或〕其他元素的、晶體結構為面心立方的固溶體。珠光體(pearlite)本意是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發生共析轉變所形成的產物，其立體形態為鐵素體薄層和碳化物（包括滲碳體）薄層交替重疊的層狀復相物。廣義則包括過冷奧氏體發生珠光體轉變所形成的層狀復相物。這種組織是以其金相形態酷似珍珠母甲殼外表面的光澤而得名。固溶體（solid solution）固態條件下,一種組分(溶劑)內 “溶解”了其他組分(溶質)而形成的單一、均勻的晶態固體。固溶體有置換型(替位型)和間隙型(填隙型)兩種：溶質原子位于溶劑晶格中某些結點位置時形成置換型固溶體；溶質原子位于溶劑晶格中某些間隙位置時形成間隙型固溶體。能帶（energy band）能帶是描述晶體中電子能量狀態的一個物理概念。晶體是由大量原子規則排列組成的,在晶體中原子的外層電子運動已不再局限在該原子附近,而是可以在整個晶體中運動。這種情況稱為電子運動的共有化。其結果是：Ｎ個孤立原子有Ｎ個相同的能級,在晶體中變成Ｎ個能量略有差別的不同等級，構成能帶?？諑?vacancy band)沒有被電子或空穴填充的能帶。導帶（c