固体物理固体的结合总结完全版

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1、第三章固体的结合一、基本要求1、掌握晶体结合能的概念；晶体内能与原子间作用力的一般特点及其与晶格常数、体弹性模量、抗张强度的关系。2、掌握晶体结合的基本类型及相应晶体的基本性质；各种结合类型结合能的表示。3、熟悉原子的负电性以及元素和化合物晶体结合的规律性。二、基本概念晶体结合能，电负性，电离能，亲和能，离子晶体，离子性结合，共价晶体，共价结合，成键态，反键态，轨道杂化，极性键，非极性键，金属，金属键，分子晶体，分子性结合，氢键晶体，氢键。三、重点、难点晶体结合能与内能的关系，互作用势能的关系，由晶体结合能得到的物理常数，成键态，反键态，五种晶体结合类型与其

2、性质四、本章构架1.定义：分散的原子（离子或分子）在结合成稳定晶体的过程中，所释放出来的能量，称为晶体的结合能2.内能：如果以组成晶体的N个原子处于自由状态的能量作为能量的零点，则－Eb就是晶体的内能。(当动能=0时，内能=势能=Eb=EN-E03.互作用力与互作用势：4.结合能的一般形式两个原子之间的互作用势能：晶体的总的相互作用势：（j≠1j=2,3,…N）（式中r代表最近邻的两原子间的距离。）5.由U(r)可求出晶体的某些物理常数（1）晶格常数：令，求得即为晶格常熟（2）体弹性模量：当对晶体施加一定压强时，晶体体积有所改变，这种性质用压缩系数（K）或体

3、弹性模量（k）来描述。K=（在T＝0时，晶体的平衡体积为V0，则）（3）抗张强度：晶体所能承受的最大张力即为抗张强度。(1)离子键：异性离子间的互作用力称为离子键。(2)离子性结合：当电离能较小的容易放出最外层的电子而成正离子金属原子与电子亲合能较大的容易接受前者放出的电子而变成负离子非金属原子相互接近时，出现正、负离子间的库仑作用，从而结合在一起。(3)离子性结合的特点：a.以离子为结合单元，靠正负离子之间的库仑引力作用结合成晶体。b.离子晶体中正、负离子是相间排列的，使异号离子之间的吸引作用强于同号离子之间的排斥作用，库仑作用的总效果是吸引的，晶体势能可

4、达到最低值而使晶体稳定。c.由于正、负离子的相对大小的差异，其结构形式和配位数也有所差异。(4)离子晶体:靠离子性结合的晶体称为离子晶体或极性晶体。(5)离子晶体的特点：a.离子晶体主要依靠较强的库仑引力而结合，故结构很稳定，结合能很大，这导致了离子晶体熔点高、硬度大、膨胀系数小。b.由于离子的满壳层结构，使得这种晶体的电子导电性差，但在高温下可发生离子导电，电导率随温度升高而加大。c.离子晶体的构成粒子是带电的离子，这种特点使该种晶体易于产生宏观极化，与电磁波作用强烈。大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰。(6)离子晶体的结合能（以Na

5、Cl晶体为例。）a.库仑能一个离子的平均库仑能为：一对离子或一个原胞的能量为：(其中，α称为马德龙常数。)b.排斥能每对离子的平均排斥能为6b/rnc.系统的内能d.由内能函数可以确定离子晶体的某些物理常数(a)对于平衡晶体，体弹性模量为(b).结合能为（1）共价结合：对电子束缚能力相同或相近的两个原子，彼此靠近时，各自贡献一个电子，为两个原子共有，使其结合在一起，这种结合称为共价结合。（2）共价键：能把两个原子结合在一起的一对为两个原子共有的自旋相反配对的电子结构，称为共价键（3）共价结合的特征饱和性：指一个原子只能形成一定数目的共价键方向性：指原子只在特

6、定的方向上形成共价键。（4）共价晶体:以共价结合的晶体称为共价晶体。（5）共价晶体的特点是：熔点高，硬度高，低温导电性差。（6）成键态和反键态成键态：电子云密集在两个原子核之间，同时受到两个原子核的库仑吸引作用，使成键态能量低于原子能级。成键态上可以填充正、反自旋的两个电子，这两个电子形成所谓的共价键。反键态：能量高于原子能级。（7）轨道杂化：能量低状态跃迁到高能态，增加未配对的电子，产生更多的共价键，使晶体更稳定。（8）极性键与非极性键非极性键：电负性相同的同种元素原子间形成共价键时，由于对电子的吸引力相同，成键后的配对电子密度主要出现在两原子的中间，电子

7、在各个原子处出现的几率（概率）相同，因此两个原子间不会有偶极矩产生。故称这种共价键为非极性键。极性键：不同元素的原子间形成共价键时，由于两个原子的电负性不相同，它们对电子的吸引力不相同，成键后的配对电子密度偏向电负性大的原子一边，电子在电负性比较大的原子一方的出现概率大。这种共价键常伴有电偶极矩的出现，称为极性键。（9）电离度PA、PB分别表示电子在原子A和原子B上的几率。显然，对于完全共价结合（λ＝1），fi＝0；对于完全离子结合（λ＝0），fi＝1。当结合性质为部分离子、部分共价时，fi介于0与1之间。fi数值越大，表明离子性越强。（1）金属性结合：原子

8、在结合成晶体时，原来分属各自原子的价电子不再束缚于其