固体物理第二章固体的结合ppt课件.ppt

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1、第二章固体的结合§2.1固体的基本结合形式§2.2原子的负电性§2.3元素和化合物结合的规律性§2.4晶体的结合能1是什么使晶体中的原子维系在一起?晶体的内聚力在本质上均归因于库仑相互作用，即原子外层电子的负电荷与原子核的正电荷之间的静电相互作用。其它作用力如万有引力、磁力等可以忽略不计。§2.1固体的基本结合形式2固体中的库仑相互作用有多种不同的形式。相应的，固体的结合可分为为:(1)离子性结合、(2)共价结合、(3)金属性结合和(4)范德瓦尔斯结合四种基本形式。实际晶体的结合是以这四种基本形式为基础，可以兼有几种结合形式；也可以具

2、有两种结合之间的过渡性质。固体结合的形式与固体材料的结构和物理、化学性质都有密切关系。因此，固体的结合是研究固体材料性质的重要基础。3一种容易失去电子的元素和一种容易俘获电子的元素结合在一起，其中一个变成正离子，另一个变成负离子，正、负离子由于库仑引力而相互靠近，但当它们近到一定程度时，两个闭合电子壳层的电子云因重叠而产生排斥力，当吸收力和排斥力平衡时，就形成稳定的离子键，最终形成离子晶体。（一）离子性结合4离子晶体结合的动力是正负离子之间的库仑引力。离子晶体的结合力当两个满壳层的离子相互接近到它们的电子云发生显著重叠时，就会产生强烈

3、的排斥作用。——一种离子的最近邻只能为异号离子。——排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体5典型的离子晶体：NaCl、CsCl等。配位数：6配位数：8（最大配位数）6正、负离子间有很强的吸引力——离子晶体有较高的熔点；离子晶体如果受力，离子发生相对位移，离子键遭到破坏——离子晶体呈脆性；固态下离子不易运动——离子晶体导电性很差。离子晶体的特点：7（二）共价结合共价结合是靠两个原子各贡献一个电子，形成共用电子对，即所谓的共价键。靠共价键结合的晶体称为共价晶体。典型共价晶体：IV族元素C(金刚石)、Si、Ge等。共价键的量子理论：（

4、以氢分子为例简要说明）+-+-jAjB根据分子轨道理论：分子轨道可由原子轨道线性组合（LCAO）而成。8分子轨道波函数：Ci归一化因子，i表示不同原子波函数组合成分子轨道波函数时的权重因子氢分子：由于两个原子是完全等价的，所以分子轨道的波函数应有如下形式：——成键态——反键态9(1)成键态电子云密集在二个原子核之间；(2)反键态两原子核之间的电子云密度减小。H2分子中电子云的分布成键态中氢原子中的1s轨道在两核间重叠，电子在两核间出现的几率大，形成负电区。两个各氢原子核与核间负电区有相互吸引作用，致使两个氢原子结合在一起，形成氢分子

5、。反键态的两电子各自分布在两氢核的两侧，不能使两个氢原子结合在一起。成键态上这样一对为两个原子所共有的自旋相反配对的电子结构称为共价键。10(1)饱和性：以共价键形式结合的原子能形成的键的数目有一个最大值，决定于它所含的未配对电子数。共价键的两个基本特征——饱和性和方向性A)价电子壳层如果不到半满，所有电子都可以是不配对的，因此成键的数目就是价电子数NB)价电子壳层超过半满时，根据泡利原理，部分电子必须自旋相反配对，形成的共价键数目小于价电子数目.IV族至VII族的元素共价键数目符合8－N原则11(2)方向性：是指原子只在特定的方向上

6、形成共价键，各个共价键之间有确定的相对取向根据共价键的的量子理论，共价键的强弱决定于形成共价键的两个电子轨道相互交叠的程度。因此，一个原子是在价电子波函数最大的方向上形成共价键。例如，p态的价电子云具有哑铃的形状，因此，便是在对称轴的方向上形成共价键。1213轨道杂化金刚石中的共价键不是以碳原子的基态为基础的，而是由下列2s和2p波函数组成的新的电子状态组成的。对于金刚石中C原子形成的共价键，要用“轨道杂化”理论进行解释。。C原子——6个电子，1s2，2s2和2p2。——只有2个电子是未配对的——而在金刚石中每个C原子和4个近邻C原子

7、形成共价键14轨道杂化：在成键过程中，由几个能量接近的原子轨道重新组合成成键能力更强的新分子轨道的现象。C原子的基态为：1s22s22p21s2s2p杂化轨道由原子的2s、2px、2py和2pz轨道的线性组合组成，称为sp3杂化轨道。以金刚石为例:形成一个C－C键，能量降低3.6eV1s2s2p+4eV电子从2s→2p需4eV15“杂化轨道”原来在2s和2p轨道上的4个电子，分别处于，，，杂化轨道上，杂化轨道上电子云分别集中在正四面体的4个顶角方向，都成为未配对电子，可以形成4个共价键。16电子处在杂化轨道上，能量比基态高，即轨道杂化

8、需要一定的能量。但经过杂化后，成键的数目增多了，而且由于电子云更加密集在四面体顶角方向上，使得成键能力更强了，形成共价键时能量的下降足以补偿轨道杂化的能量。思考题：石墨的分子的sp2杂化17共价键可以很强，如金刚石非常坚