固体物理学教案3.ppt

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1、第三章晶体的结合3.1电负性与晶体的典型结合方式晶体的典型结合方式电负性电负性与元素结合规律1.晶体的典型结合方式晶体内原子之间有五种典型的结合类型:离子键－离子晶体，正负离子间静电库能能；共价键－原子晶体，共用电子对的交换作用能；金属键－金属晶体，正原子实与负电子云的库能能；分子键－分子晶体，偶极矩之间互作用能；氢键－氢键晶体，裸露的氢核（带正电）与电负性较　　　大的原子间的互作用能．排斥能－主要来源于泡利斥力2.电负性电离能－使一个价电子摆脱其原子核的束缚，所必须施加的能量．亲和能－一个中性原子从外界获得一个电子而变成负离子中所释放的能量．电负性－原子对电子的束

2、缚能力大小的量度．Mulliken定义电负性为：3.电负性与元素结合规律1)元素电负性的变化规律：同一周期元素，第I族元素电负性最小，第VII族元素电负性最大．同一族元素，随周期增加，电负性减小．周期表中位于右上角的Ｆ元素电负性最大，而位于左下角的Cs元素电负性最小．2)电负性与元素结合规律：电负性差较大的两元素间多以离子键相结合（NaCl)电负性接近的元素间多以共价键相结合．(C,Si)返回3.2结合能与晶体的性质两原子间的互作用能晶体结合能结合能与晶体性质的关系1.两原子间的互作用能u(r)rrf(r)rorm２．晶体的结合能晶体结合能：Ｎ个粒子组成晶体后系统总

3、能量与粒子间无相互作用时能量的差．（令无相互作用时势能为零点）３．结合能与晶体性质的关系3.3离子结合与离子晶体离子对的形成离子晶体的几何结构离子晶体的结合能马德隆常数1.离子对的形成离子晶体由电负性相差较大的元素形成．原子间存在电荷的转移，金属原子失去电子变成带正电的正离子，而非金属原子得到电子变成带负电的负离子．正负离子靠库仑引力结合在一起．I-VII族组成的晶体是典型的离子晶体，如：NaCl，CsCl…II-VI族化合物可以看作离子晶体，如：CdS、ZnS结合能的数量级约在800kJ/mol，结构稳定．导电性能差、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。在红外区有一特征

4、峰，但对可见光是透明的．2.离子晶体的几何结构离子晶体一定是复式晶格；每一个离子的周围均为异号离子；可能的配位数由两种原子的半径比决定：，CsCl结构，配位数：８，NaCl型结构，配位数：６，闪锌矿型，配位数：４排斥指数晶体NaClNaBrKClKBrRbClRbBrn值7.778.098.698.859.139.00３．离子晶体的结合能－马德隆常数４．马德隆常数马德隆常数只与晶体结构有关．NaCl型晶体的马德隆常数：返回3.4范德瓦耳斯结合与分子晶体范德瓦耳斯力分子晶体的晶体结构分子晶体的结合能1.范德瓦耳斯力范德瓦耳斯力－－指偶极矩间的相互作用力．瞬时偶极矩－非

5、极性分子，弥散力．固有偶极矩－极性分子，取向力．诱导偶极矩－极性分子，感应力，电荷分布发　　　　　　　　　生畸变．雷纳德－琼斯势离解能．　　　　　　与距离有关．２．分子晶体的结构分子键往往产生于原来具有稳定电子结构的原子或分子之间．惰性元素，价电子已经形成共价键的饱和分子．常常采用密堆积结构．３．分子晶体的结合能－－雷纳德－琼斯势3.5共价结合与共价晶体氢分子中的共价键共价键的饱和性与方向性共价晶体的结构极性键与非极性键（混合键）共价晶体的结合能（量子力学）１．氢分子中的共价键电子配对理论－－电子自旋配对＋变分法－－成键态，反键态轨道杂化理论－－分子轨道线性组合法反

6、键态成键态Ｅ０Ｅ＋Ｅ－２．共价键的饱和性与方向性饱和性－－每个原子形成共价键的数目有限．（８－Ｎ）定则方向性－－形成共价键的方向与电子态有关．成键在电子云重叠最大方向．S电子－球对称分布，P电子－哑铃状分布电子几率分布３．共价晶体的结构共价键的饱和性与方向性　　　　特定结构典型结构：正四面体结构（金刚石，闪锌矿）SP3杂化轨道：－分子轨道线性组合AＮB８－Ｎ型化合物－闭合SP电子壳层3.6金属结合及金属晶体金属结合金属的晶体结构金属的结合能（量子力学）１．金属结合金属原子电负性小，易失去电子．带正电的原子实＋大量自由电子（电子气体）良好的导热导电性，表面光泽（可见光

7、被反射）２．金属晶体结构多采用密堆积结构（12），少量金属也形成配位数稍低的体心立方结构（8）易发生永久形变　　　良好的延展性3.7氢键结合与氢键晶体氢键结合氢键晶体－冰返回氢键结合：氢原子核外只有一个电子，当这个电子与其他电子配对形成共价键后，H核裸露裸露在外，裸露的H核带正电，还可以与一个电负性较强的原子结合，这种结合称为H键。冰中的H键：OHO3.8同分异构体同分异构体：化学式相同，但结构不同，因而性质不同（可有很大差异）。C的几种同分异构体：金刚石，石墨，C60分子金刚石金刚石石墨C60固体是一种分子晶体,室温下为面心立方结构，纯净的C60是半导体，Ｅg