第二章 晶体的结合1、2(离子性结合).ppt

* * 第二章 固体的结合 ? 晶体结合的类型 ? 晶体结合的物理本质 固体结合的基本形式与固体材料的结构、物理和化学 性质有密切联系 § 2.1 离子性结合 I 族碱金属元素 —— Li、Na、K、Rb、Cs VII 族的卤素元素 —— F、Cl、Br、I 结合为离子晶体 —— NaCl， CsCl等 半导体材料 —— CdS、ZnS 一、离子晶体的结合： 离子为结合单元，电子分布高度局域在离子实附近，形成稳定的球对称性的电子壳层结构。 离子晶体结合的特点 CsCl晶体：Cs原子失电子，Cl得电子，形成离子键 1）离子晶体的模型：正、负离子 —— 刚球 2） 离子晶体结合力：—— 库仑吸引力作用 排斥力：靠近到一定程度，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层电子云的交迭产生强大的排斥力 排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体 3） 一种离子的最近邻离子为异性离子 4）离子晶体结合的稳定性—— 导电性能差、熔点高、 硬度高和膨胀系数小 5）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。 氯化钠型 ： NaCl、KCl、AgBr、PbS、MgO (配位数6) 氯化铯型 ：CsCl、 TlBr、 TlI（配位数8） 6）离子晶体的配位数最多只能是8（CsCl） 离子结合成分较大的半导体材料ZnS等（配位数4） 二、 离子晶体结合的性质 1. 系统内能的计算 晶体内能 ： 所有离子相互吸引库仑能和重叠排斥能之和 以NaCl晶体为例，r — 相邻正负离子的距离 —— 求和遍及所有正负离子 —— 因子1/2：库仑相互作用能为两个离子所共有 一个正离子的平均库仑能 —— 正整数 一个负离子的平均库仑能 —— 求和遍及所有正负离子 —— 因子1/2：库仑相互作用能为两个离子所共有 一个原胞有两个离子，其原胞的能量 ? ：马德隆常数，取决于晶体的结构 几种常见的晶体晶格的马德隆常数 离子晶体 NaCl CsCl ZnS 马德隆常数 1.748 1.763 1.638 相邻两个离子因电子云有显著重叠时的排斥能 NaCl：计近邻离子排斥作用，每个原胞平均排斥能 晶体中有N个原胞，系统的内能 晶体的体积 2. 平衡时晶体的体积和晶格常数 原子形成晶体以后，系统具有更低的能量 如果分散周期性排列的原子构成的系统，其内能为零 形成晶体时内能降低，放出能量W（结合能） －W：结合成晶体后系统的内能