固體物理學教案3

固體物理學教案31.晶體的典型結合方式晶體內原子之間有五種典型的結合類型:離子鍵－離子晶體，正負離子間靜電庫能能；共價鍵－原子晶體，共用電子對的交換作用能；金屬鍵－金屬晶體，正原子實與負電子云的庫能能；分子鍵－分子晶體，偶極矩之間互作用能；氫鍵－氫鍵晶體，裸露的氫核〔帶正電〕與電負性較大的原子間的互作用能．排斥能－主要來源于泡利斥力2.電負性電離能－使一個價電子擺脫其原子核的束縛，所必須施加的能量．親和能－一個中性原子從外界獲得一個電子而變成負離子中所釋放的能量．電負性－原子對電子的束縛能力大小的量度．Mulliken定義電負性為：3.電負性與元素結合規(guī)律1)元素電負性的變化規(guī)律：同一周期元素，第I族元素電負性最小，第VII族元素電負性最大．同一族元素，隨周期增加，電負性減小．周期表中位于右上角的Ｆ元素電負性最大，而位于左下角的Cs元素電負性最小．2)電負性與元素結合規(guī)律：電負性差較大的兩元素間多以離子鍵相結合〔NaCl)電負性接近的元素間多以共價鍵相結合．(C,Si)返回3.2結合能與晶體的性質兩原子間的互作用能晶體結合能結合能與晶體性質的關系1.兩原子間的互作用能u(r)rrf(r)rorm２．晶體的結合能晶體結合能：Ｎ個粒子組成晶體后系統(tǒng)總能量與粒子間無相互作用時能量的差．〔令無相互作用時勢能為零點〕３．結合能與晶體性質的關系3.3離子結合與離子晶體離子對的形成離子晶體的幾何構造離子晶體的結合能馬德隆常數(shù)1.離子對的形成離子晶體由電負性相差較大的元素形成．原子間存在電荷的轉移，金屬原子失去電子變成帶正電的正離子，而非金屬原子得到電子變成帶負電的負離子．正負離子靠庫侖引力結合在一起．I-VII族組成的晶體是典型的離子晶體，如：NaCl，CsCl…II-VI族化合物可以看作離子晶體，如：CdS、ZnS結合能的數(shù)量級約在800kJ/mol，構造穩(wěn)定．導電性能差、熔點高、硬度高、熱膨脹系數(shù)小。在紅外區(qū)有一特征峰，但對可見光是透明的．2.離子晶體的幾何構造

離子晶體一定是復式晶格；每一個離子的周圍均為異號離子；可能的配位數(shù)由兩種原子的半徑比決定：，CsCl構造，配位數(shù)：８，NaCl型構造，配位數(shù)：６，閃鋅礦型，配位數(shù)：４排斥指數(shù)晶體NaClNaBrKClKBrRbClRbBrn值7.778.098.698.859.139.00３．離子晶體的結合能－馬德隆常數(shù)４．馬德隆常數(shù)馬德隆常數(shù)只與晶體構造有關．NaCl型晶體的馬德隆常數(shù)：返回3.4范德瓦耳斯結合與分子晶體范德瓦耳斯力分子晶體的晶體構造分子晶體的結合能1.范德瓦耳斯力范德瓦耳斯力－－指偶極矩間的相互作用力．瞬時偶極矩－非極性分子，彌散力．固有偶極矩－極性分子，取向力．誘導偶極矩－極性分子，感應力，電荷分布發(fā)生畸變．雷納德－瓊斯勢離解能．與距離有關．２．分子晶體的構造分子鍵往往產生于原來具有穩(wěn)定電子構造的原子或分子之間．惰性元素，價電子已經(jīng)形成共價鍵的飽和分子．常常采用密堆積構造．３．分子晶體的結合能－－雷納德－瓊斯勢3.5共價結合與共價晶體氫分子中的共價鍵共價鍵的飽和性與方向性共價晶體的構造極性鍵與非極性鍵〔混合鍵〕共價晶體的結合能〔量子力學〕１．氫分子中的共價鍵電子配對理論－－電子自旋配對＋變分法－－成鍵態(tài)，反鍵態(tài)軌道雜化理論－－分子軌道線性組合法反鍵態(tài)成鍵態(tài)Ｅ０Ｅ＋Ｅ－２．共價鍵的飽和性與方向性飽和性－－每個原子形成共價鍵的數(shù)目有限．〔８－Ｎ〕定那么方向性－－形成共價鍵的方向與電子態(tài)有關．成鍵在電子云重疊最大方向．S電子－球對稱分布，P電子－啞鈴狀分布電子幾率分布３．共價晶體的構造共價鍵的飽和性與方向性特定構造典型構造：正四面體構造〔金剛石，閃鋅礦〕SP3雜化軌道：－分子軌道線性組合

AＮB８－Ｎ型化合物－閉合SP電子殼層3.6金屬結合及金屬晶體金屬結合金屬的晶體構造金屬的結合能〔量子力學〕１．金屬結合金屬原子電負性小，易失去電子．帶正電的原子實＋大量自由電子〔電子氣體〕良好的導熱導電性，外表光澤〔可見光被反射〕２．金屬晶體構造多采用密堆積構造〔12〕，少量金屬也形成配位數(shù)稍低的體心立方構造〔8〕易發(fā)生永久形變良好的延展性3.7氫鍵結合與氫鍵晶體氫鍵結合氫鍵晶體－冰返回氫鍵結合：氫原子核外只有一個電子，當這個電子與其他電子配對形成共價鍵后，H核裸露裸露在外，裸露的H核帶正電，還可以與一個電負性較強的原子結合，這種結合稱為H鍵。冰中的H鍵：

OHO3.8同分異構體同分異構體：化學式一樣，但構造不同，因而性質不同〔可有很大差異〕。C的幾種同分異構體：金剛石，石墨，C60分子金剛石金剛石石墨C60固體是一種分子晶體,室溫下為面心立方構造，純潔的