晶体结构-结合力和结合能课件.ppt

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1、2.2　晶体中质点的结合力与结合能2.2.1　晶体中质点间的结合力（1）晶体中键的类型化学键：（主价键或强键力）物理键：（次价键或弱键力）离子键（ionicbond）共价键（covalentbond）金属键（metallicbond）。范德华键（VanderWaalsbond）氢键（hydrogenbond）。离子键：正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。离子键的特点是没有方向性和饱和性。共价键：原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产生的键合。共价键的特点是具有方向性、饱和性。金属键：失去最外层电子（价电子）的原子实和自由电子组成

2、的电子云之间的静电库仑力而产生的结合。无方向性与饱和性。范德华键（分子键）：通过“分子力”而产生的键合。葛生力（Keesenforce）或定向作用力：发生在极性分子与极性分子间；德拜力（Debyeforce）或诱导作用力：发生在极性分子与非极性分子之间；伦敦力（Londonforce）或分散作用力（色散力）：发性在非极性分子与非极性分子之间。分子力氢键：指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O、N、F等）相结合所形成的键。氢键具有饱和性和方向性虽然按结合力的性质分成以上5种晶体类型。但对大多数晶体来说，结合力的性质是属于综

3、合性的。复合材料中更为复杂。如层状硅酸盐矿物、石墨等。PolymersMetalsSemiconductorsCeramicsandglassesIonicMetallicSecondaryCovalent类型作用力来源键合强弱形成晶体的特点离子键原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间的库仑引力最强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电金属

4、键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热导电性分子键原子间瞬时电偶极矩的感应作用较弱无方向性键、结构密堆、低熔点、绝缘氢键氢原子核与极性分子间的库仑引力弱有方向性和饱和性（2）晶体中离子键、共价键比例的估算离子键（%）＝式中：XA、XB为A、B元素的电负性值。如：SiO2离子键成分约45%，有的书中说47%。IAIIAIIIBIIIAIVAVAVIAVIIAOIVBVBIBVIBVIIBIIBVIII氢氪氙氡氟氯氦氖氩锂钠钾铷铯钫铍镁钙锶钡镭钪钇钛锆铪钒铌钽铬钼钨锰锝铼铁钌锇

5、铱铂金钴镍铜锌铑钯银镉锗锡铅镓铟铊铝钋锑铋汞溴砷硒碲碘砹硼碳硅氮磷氧硫镨铈镧钐钷钕铽钆铕镝镤钍锕钚镎铀锫锔镅锎镄锿镥铹锘铒钬镱铥钔LaLaAcAcLiHBeNaMgKCaRbSrCsBaFrRaScYTiZrHfVNbTaCrMoWMnTcReFeRuOsCoNiCuZnGaRhIrPdPtAgAuCdHgInTlGeSnPbAsSbBiSeTeIPoBrAtKrXeRnBAlCSiNPOSFClHeNeArPrCeLaSmPmNdTbGdEuErHoDyLuYbTmPaThAcPuNpUBkCmAmFmEsCfLrNoMd31411

6、1219203738555687882139224072234173244274254375264476272829303145774678477948804981325082335183345253843585365486513614715816917210185958576261606564636867667170699190899493929796951009998103102101元素周期表PeriodicTableofElements电负性低电负性高2.2.2　晶体的结合力与结合能（1）结合力的一般性质两原子的相互作用势能u

7、（r）的曲线如图2.11所示。两原子间的平衡距离r0用如下公式求得：有效引力最大时，两原子间的距离rm由下式确定：两个原子间的相互作用势能常可以用幂函数来表达：式中：r为原子间的距离，A（Madlungconstant）、B、m、n皆为大于零的常数，第一项为库仑引力能，第二项为泡利排斥能。（2）离子晶体的晶格能晶体的结合能Eb：组成晶体的N个原子处于“自由”状态时的总能量EN与晶体处于稳定状态时的总能量E0的差值。即：离子晶体，其晶格能EL定义为：1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放出的能量。Eb=EN

8、-E0取决于电子层结构对于1molAX型晶体，原子总数N＝2N0，于是晶格能计算如下：式中：A－马德龙常数见表2.4（P24）n-BornIndex.(与离子的电子层结构有关)。ε0－真空的介电常数，≈8.85×10－1