固體物理-電子教案-23非極性分子晶體課件

第三節(jié)

非極性分子晶體本節(jié)主要內(nèi)容:2.3.1非極性分子晶體的結(jié)構(gòu)2.3.2非極性分子晶體的結(jié)合能2.3.3非極性分子晶體的特征2.3非極性分子晶體范德瓦爾斯力：分子偶極矩的靜電吸引作用產(chǎn)生的力。極性分子永久偶極矩間的相互作用力稱為范德瓦爾斯-葛生力。非極性分子被極性分子的電場(chǎng)極化而產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極矩與極性分子永久偶極矩間的相互作用力稱為范德瓦爾斯---德拜力。非極性分子的瞬時(shí)偶極矩間相互作用力稱為范德瓦爾斯-倫敦力。2.3.1非極性分子晶體結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)具有飽和電結(jié)構(gòu)的原子或分子+范德瓦爾斯--倫敦力。惰性氣體分子He、Ne、Ar、Kr、Xe在低溫下形成非極性分子晶體。3.配位數(shù)2.結(jié)合力通常取密堆積,配位數(shù)為12。范德瓦爾斯-倫敦力。2.3.2非極性分子晶體的結(jié)合能1.模型兩個(gè)相距為r的全同線性諧振子1和2，每個(gè)諧振子帶有一個(gè)正電荷+q和負(fù)電荷-q，正負(fù)電荷之間的距離分別為x1和x2，粒子沿x軸振動(dòng)。2.計(jì)算(1)當(dāng)r很大時(shí)，兩振子間沒(méi)有相互作用，兩振子的總能量?jī)蓚€(gè)分子間的相互作用勢(shì)能據(jù)量子力學(xué)的結(jié)果，諧振子的振動(dòng)能量為：零點(diǎn)振動(dòng)能為：+++x1x2r--+(2)當(dāng)兩個(gè)振子靠得很近時(shí)，兩個(gè)振子間會(huì)發(fā)生相互作用，相互作用勢(shì)能為：(計(jì)算時(shí)保留到二次方項(xiàng))+r--+x1x2推導(dǎo)略令分子的極化系數(shù)振子的零點(diǎn)振動(dòng)能兩個(gè)振子的相互作用能---吸引能兩個(gè)振子的相互作用能排斥能一對(duì)分子間的互作用勢(shì)能為：或---著名的雷納德-瓊斯勢(shì)式中N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：---吸引能''設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則是僅與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。'''2.平衡時(shí)體積彈性模量和晶體的結(jié)合能平均每個(gè)原子的能量u0為：(1)晶體的結(jié)合能晶體的結(jié)合能：平衡時(shí)最近鄰原子間距離平衡時(shí)總的互作用勢(shì)能2.3.3非極性分子晶體的特征分子晶體的結(jié)合能小，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很低；硬度比較小。(2)體積彈性模量根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu),求出

體積彈性模量K對(duì)于面心立方單胞體積：n為每個(gè)單胞中的原子個(gè)數(shù)解:(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(1)只計(jì)及最近鄰原子；(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰原子。是參考原子i與其它任一原子j的距離rij同最近鄰原子間距R的比值()。試計(jì)算面心立方的A6和A12。例1：由N個(gè)惰性氣體原子構(gòu)成的分子晶體，其總互作用勢(shì)能可表示為式中'',(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。例2：采用雷納德--瓊斯勢(shì)，求體心立方和面心立方Ne的結(jié)合能之比(說(shuō)明Ne取面心立方結(jié)構(gòu)比體心立方結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定)。已知(A12)f=12.13；(A6)f=14.45