2.2晶体中质点的结合力与结合能.pptVIP

1.2 晶体中质点的结合力与结合能 晶体中质点间的结合力 晶体的结合力与结合能 一、晶体中质点间的结合力 晶体中键的类型 晶体中键的表征 晶体中离子键、共价键比例的估算 1.晶体中键的类型 晶体中的原子之所以能结合在一起，是因为它们之间存在着结合力和结合能。 离子键是正、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。质点之间主要依靠静电库仑力而结合的晶体称为离子晶体。典型的离子晶体是元素周期表中第I族碱金属元素和第VII族卤族元素结合成的晶体，如NaCl，CsCl等。 离子晶体因其依靠强键力静电库仑力结合，故其结构非常稳定。反映在宏观性质上，晶体的熔点高，硬度大，导电性能差，膨胀系数小。大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰（红外光谱特征）。 共价键的特点及典型的原子晶体的性质： 共价键是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和饱和性。靠共价键结合的晶体称为共价晶体或原子晶体。元素周期表中第IV族元素C（金刚石），Si，Ge，Sn（灰锡）等的晶体是典型的共价晶体，它们属金刚石结构。 原子晶体具有熔点高，硬度大，导电性能差等特性。各种晶体之间性能差别也很大，例如，熔点方面，C（金刚石）为3280K，Si为1693K，Ge为1209K。导电性方面，金刚石是一种良好的绝缘体，而Si和Ge却只有在极低温度下才是绝缘体，其电阻率随温度升高迅速下降，是典型的半导体材料。 金属键的特点及典型的金属晶体的性质： 金属键是失去最外层电子（价电子）的原子实和自由电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的结合。金属键的实质是没有方向性和饱和性的共价键。周期表中第I族，第II族元素及过渡元素的晶体是典型的金属晶体。 金属晶体最显著的物理性质是具有良好的导电性和导热性。金属的结合能比离子晶体和原子晶体要低一些，但过渡金属的结合能则比较大。 范德华键的特点及典型的分子晶体的性质： 范德华键（分子键）是通过“分子力”而产生的键合。分子力包括三种力：葛生力（Keesen force）──极性分子中的固有偶极矩产生的力，德拜力（Debye force）──感应偶极矩产生的力，即极性分子和非极性分子之间的作用力，伦敦力（London force）──非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力。当分子力不是唯一的作用力时，它们可以忽略不计。 分子晶体分极性和非极性两大类。惰性元素在低温下所形成的晶体是典型的非极性分子晶体，它们是透明的绝缘体，熔点极低，Ne，Ar，Kr，Xe晶体的熔点分别为24K，84K，117K，161K。HCl，H2S等在低温下形成的晶体属于极性分子晶体。 氢键的特点： 氢键是氢原子同时和两个电负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合所形成的键。氢键也具有饱和性，它是一种特殊形式的物理键。冰（H2O）是一种氢键晶体，铁电材料磷酸二氢钾（KH2PO4）亦具有氢键结合。 2.晶体中键的表征 实际晶体中的键合作用可以用键型四面体来表示。方法是将离子键、共价键、金属键以及范德华键这四种典型的键分别写在四面体的四个顶点上，构成键型四面体，如图所示。四面体的顶点代表单一键合作用，边棱上的点代表晶体中的键由两种键共同结合，侧面上的点表示晶体由三种键共同结合，四面体内任意一点晶体中的键由四种键共同结合。 3.晶体中离子键、共价键比例的估算 大多数氧化物及硅酸盐晶体中的化学键主要包含离子键和共价键。为了判断晶体的化学键中离子键所占的比例，可以借助于元素的电负性这一参数来实现。 一般情况下，当同种元素结合成晶体时，因其电负性相同，故形成非极性共价键；当两种不同元素结合成晶体时，随两元素电负性差值增大，键的极性逐渐增强。因此， 可以查表，也可以用下面的经验公式计算由A、B两元素组成的晶体的化学键中离子键的百分数： 离子键%=1－exp[-1/4*（xA－xB）2] 式中xA、xB分别为A、B元素的电负性值。 例题：计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少 解答：查元素电负性数据得XMg=1.31，XO=3.44， XGa=1.81，XAs=2.18， 则MgO离子键%= 1－exp[-1/4×（3.44－1.31）2]=0.68 GaAs离子键%=1－exp[-1/4 × （2.18－1.81）2]=0.04 由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。 二、晶体的结合力与结合能 结合力的一般性质 离子晶体晶格能 1、结合力的一般性质 各种不同的晶体，其结合力的类型和大小是不同的，但在任何晶体中，两个质点间的相