二章晶体的结合.pptVIP

* §2.8 结合能的计算 2.8.1 分子晶体的结合能 两个惰性气体原子间的相互作用势：雷纳德-琼斯(Lennard-Jones)势 参数ε和σ分别度量吸引的强度和相互排斥原子实的半径 * 设有N个原子组成的分子晶体，互作用势能为 设R为两个原子间的最小距离，则有 A12A6都是只与结构有关的常数，对惰性气体(除氦外，为fcc),A12=12.13188, A6=14.45392 * 在平衡原子间距R0，满足： 所以可求得平衡原子间距R0 所以，平衡时晶体总的相互作用势能 平衡时结合能 Eb=-U0 * 相应的体积弹性模量 对fcc,,所以惰性气体平衡时弹性模量为 * 2.8.2离子晶体的结合能 离子晶体的经典理论是由玻恩、马德隆(Mdlul)g)等人在量子力学之前岜经建立了．他们根据离子的最外层电子组态的饱和性，近似地把组成离子晶体的正、负离子看作是球形对称的，因此可以把它们作为点电荷来处理．我们仍以碱金属和卤族元素组成的离子晶体为例． 对于具有N个正、负离子组成的晶体，结合能为： 括号中第一项的正，负分别对应于相异离子间和相同离子间的符号． * 设离子间的最小距离为a，则 * 式中μ称为马德隆常数，它是仅与晶体几何结构有关的常数，由于库仑力的长程性，计算甚为繁复．B和n为晶格参量．平衡时 可以求出氯化钠型晶体的n表示式 * 平衡时 * * 2.3.3 主要物理性质 因为存在可在整个晶体内可以自由运动的大量公有化电子，所以金属晶体具有良好的导电性和导热性；由于金属性结合对晶格中原子排列的具体方式没有要求，只要求排列紧密，这种结合的体积效应导致金属良好的范性。 * §2.4 分子晶体 形成分子晶体最典型的元素是惰性气体元素： Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。它们的原子的电子结构是稳定的满壳层结构，原子的正负电子中心在核心上。 * 2.4.1 结合方式 电荷密度分布的涨落——瞬间电子云分布偏离了球形对称——瞬间偶极矩——使得另一个原子感应也产生偶极矩——两个偶极矩之间有微弱的相互吸引，范德瓦尔斯吸引势-A/r6 * 2.4.2 结构特点 由于封闭的电子壳层，使得惰性原子好象一个刚球。排列越紧密，势能就越低。所以惰性元素晶体都是立方密排的面心立方结构，配位数高。 * 2.4.3 主要物理性质 惰性元素原子的电离能大于10eV，只有高能的紫外光才能引起电子激发。因此对可见光而言惰性元素晶体是透明的。而且价电子被原子束缚，所以也是绝缘体。 由于惰性元素晶体的结合力是范德瓦尔斯(vander Waals)力，相互作用很弱，是一种短程力，所以熔点很低。惰性元素晶体的熔点分别是：Ne(26K)、Ar(84K)、26Kr(117K)、54Xe(161K)。 * §2.5 氢键晶体 氢原子只有一个电子。这个电子电离能大，为13.6eV（Li,5.39;Na,5.14;K ,4.34）。所以氢很难形成金属氢，易形成共价键。当与某些电负性大的原子(如F、O、N等)形成共价键后，电子更倾向于集中在非氢原子一端，氢核就暴露在外。此时裸露的氢核通过库仑作用又可与另一个电负性大的原子相结合，形成氢键。由于氢核(即质子)的体积很小，一般只和两个电负性较强的原子结合。 * 冰是一种氢键晶体。氢原子不但与一个氧原子结合成共价键，而且与另一个氧原子结合形成氢键。氢键是水分子间相互作用的一个重要组成部分。 * 以上主要根据结合力的性质，把晶体分成了5个典型的类型．但是对于大多数晶体来说，结合力的性质是属于综合性的，除了上面所阐述的离子键与共价键的综合性外，还有其它的综合情况． * 例如石墨晶体。 它是金刚石的同素异构体，金刚石是最典型的共价键晶体。而石墨的结合力却完全与金刚石不同，它具有特殊的综合结构：组成石墨的碳原子形成三个sp2杂化轨道，以其最外层的三个价电子与其最近邻的三个原子组成共价键结合，这三个键几乎在同一平面上，使晶体呈层状；另一个价电子则较自由地在整个层中活动，具有金属键的性质，这是石墨具有较好导电本领的根源；层与层之间又依靠分子晶体的瞬时偶极矩的互作用而结合，这又是石墨质地疏松的根源． * 石墨层状碳原