固体物理晶体的结合ppt课件.ppt

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1、第二章晶体的结合原子是如何结合成晶体的，结合力的本质是什么？本章第一、二节作为概述，引入电负性、结合能、结合力等概念。随后几节按化学键的性质对晶体进行分类，分别对分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体、氢键晶体等进行讨论。§2.1原子的电负性原子的电负性、电离能、亲和能电离能（）使原子失去一个电子所必需的能量电离能越大，原子对价电子的束缚能力越强。中性原子失去1个电子成为+1价离子时所需要的能量为第一电离能；从+1价离子再移去一个电子所需的能量为第二电离能；……描述原子获得（失去）电子难易的几个概念亲和能（）：使一个中性原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量电负性（）：定义（密立根）为：

2、使Li的电负性为1（单位：KJ/mol）原子的电负性是用来表示原子得失电子能力的物理量，电负性综合考虑了电离能和电子亲合能。定义（泡林）：分别是原子A和B的电负性，分别是双原子分子AB、AA、BB的离解能使F的电负性为4.0（后精确为3.98)二定义结果相近元素的电负性越大,表示其原子吸引电子的能力越强同周期:由左到右元素的电负性逐渐增大.同族:从上到下元素的电负性减小.但有例外应用1.用来判断元素的金属性和非金属性.一般认为:X>2.0为非金属元素;X<2.0为金属元素;在周期表中F的电负性最大(X=3.98),而Cs和Fr的电负性最小(X=0.79，0.7)2.用于估计化学键的类型.元

3、素的电负性差值△X>1.7,一般为离子键;△X<1.7,一般为极性共价键,△X=0,一般为非极性共价键.IA、IIA、IIIB电负性低的元素形成晶体时便采取典型的金属结合。IVB、VB具有较强的电负性，适于形成共价结合。左端的元素电负性弱；右端的元素电负性强，它们形成离子晶体。§2.2结合能与结合力晶体的结合能概念：将自由原子(离子或分子)结合成晶体时所释放的能量。是晶体的总能量，是组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量，即为晶体的结合能.(将晶体拆散成自由原子所需要的能量)两个原子间的相互作用能原子间的相互作用力吸引力----库仑引力(长程力)排斥力库仑斥力泡利原理引起(短程力)原子

4、间的相互作用势能吸引能排斥势能r为两原子间的距离；参数A、B、m、n>0,(假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作用能为零)且n>m泡利不相容原理：包括自旋在内，不存在量子态全同的两个电子原子之间的距离很近时，由于泡利原理的限制，填满的壳层不允许其它电子再占据，电子云的交叠会产生强烈的排斥作用。泡利不相容原理引起的排斥力:原子间的相互作用势能两原子间的相互作用力(a)互作用势能和原子间距(b)互作用力和原子间距斥力引力得到最大有效引力得r0---平衡时原子间距离(r=r0处相互作用能有最小值）晶体总的相互作用能设晶体中第i个原子与j个原子之间的相互作用势能为第i个原子与晶体中所有其它原子的

5、相互作用势能为(“/”为不包括)由N个原子组成的晶体的总的相互作用势能为忽略晶体表面原子与晶体内部原子的差别，晶体总的相互作用势能近似为：若取N个原子在自由状态时的总能量为0，则晶体的结合能：是晶体的总能量，是组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量晶体的体积弹性模量与结合能的联系设在压强P的作用下，晶体体积增量ΔV，对晶体作功：体积弹性模量：压缩系数：单位压强引起的体积相对变化。晶体平衡时的体积弹性模量：-----平衡时的体积（ΔU是总能量的增量）式中是与晶体几何结构和原子数相关的参数。设R为最近邻两原子的间距（平衡时为R0）设晶体中含有N个原胞，每个原胞的体积与R3成正比，总体积：简

6、立方：的值面心立方：证明：晶体体积为晶胞常数又得：体心立方的简单格子：(R为最近邻两原子的间距，N为晶体的原胞数)按化学键的性质对晶体进行分类，分别对分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体、氢键晶体等进行讨论。§2.3范德瓦耳斯结合与分子晶体具有稳固的电子结构的原子或分子，靠范德瓦尔斯力结合成的晶体。在晶体中它们基本上保持原来的电子结构。稳固的电子结构类型惰性气体,He,Ne,Ar,Kr,Xe等价电子已用于形成共价键,NH3,SO2,HCl等均可以在低温下形成分子晶体具有稳固的电子结构的原子是无极性的(原子正负电荷重心重合)；具有稳定电子结构的分子多数是有极性的(正负电荷重心不重合)范德瓦

7、尔斯力范德瓦尔斯力:分子偶极矩的静电吸引作用产生的力.按作用机理不同，分为3类：弥散力取向力感应力弥散力：非极性分子的瞬时偶极矩间相互作用力以惰性气体为例取向力：极性分子永久偶极矩间的相互作用力感应力：非极性分子被极性分子的电场极化而产生的诱导偶极矩与极性分子永久偶极矩间的相互作用力一对分子间的相互作用势能吸引能范德瓦尔斯力引起的分子间的吸引能一般可以表示为a、b为二参量排斥能一对分子间的相互作用势能：引进二参数使使使-