3章晶体结构杨莉.ppt

3-4 金属晶体 3-4-1 金属键 一、金属键的概念： 金属晶体中原子间的化学作用力称为金属键。 金属键强度的度量： 金属的原子化热（升化热）： 单位物质的量（1mol)的金属由结晶态转变为气态自由原子所需的能量。 即下列过程的能量： M(s) → M(g) △sHθ Sublimation 金属键强度的影响因素： a、原子半径越小，金属键越强； b、成键电子数（价电子数）越多，金属键越强； c、金属的堆积方式越紧密，原子半径越小，金属键越强。 二、金属键的本质 1、电子气(自由电子)理论 价键理论在金属晶体中的应用。 金属晶体由金属原子、金属离子以及在金属晶体中自由运动的电子组成。 受外力作用金属原子移位滑动不影响电子气对金属原子的维系作用。 经典的金属键理论叫做电子气理论。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中. 电子气理论对金属延展性的解释 或者说，较多的金属原子和金属离子依靠共用较少的电子结合形成金属键。 金属键与共价键的相同之处：都是靠共用电子把原子结合在一起。 金属键与共价键的区别：共价键是共用定域的电子对；金属键是共用数目不定的、较少的、不定域电子。 金属键特点：没有方向性和饱和性。 金属原子应尽可能的采取紧密堆积以共用更多的电子。 2、能带理论 分子轨道理论在金属晶体中的应用。 要点如下： A、所有的价电子属于整个金属晶体的原子所共有。 B、金属晶体中，金属原子的原子轨道可以组成分子轨道。 以锂为例。 气态时Li2分子：(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2。 固态时锂Lin晶体：n个能级(分子轨道)构成能带。 见书141页图3-26所示锂的2s能带。 满带：由充满电子的能级所形成的低能量能带。 空带:分子轨道全都没有电子 C、依原子轨道不同，金属晶体中可以有不同的能带。 导带：由未充满电子的原子轨道能级所形成的高能量能带。 带隙(禁带宽度)：能带与能带之间的能量差。 通常情况下，禁带宽度较大，电子不能从低能带向高能带跃迁。 导带内能级之间的能量差很小，电子获得外来能量可在带内相邻能级中自由运动。 具有导带的金属晶体可以导电。 D、金属中相邻的能带有时可以互相重叠。 如金属铍Be，1s、2s能带都是满带，2p能带是空带。2s和2p能带有部分重叠。 能带的互相重叠又形成了导带 ，能导电。 根据晶体中能带的充填情况(满带、导带、禁带宽度)，可以区分晶体是导体、半导体以及绝缘体。 能带的带隙示意图(涂黑部分充满电子) a b 导体，c本征半导体，d绝缘体， e f 掺杂半导体 导体：存在导带或满带与空带相互重叠。 半导体：没有导带，一般情况下不导电。 禁带宽度较小，通常3eV。 当光照或加热时，满带中的电子获得能量可以跃迁到空带上，形成导带从而导电。 一旦失去外来能量，跃迁的电子重又回到原来的能带，形成满带和空带，不能导电。 绝缘体：没有导带，不能导电。 禁带宽度较大，通常5eV。 当光照或加热时，电子不能跃迁不能导电。 见书142页图3-27。 能带理论对金属导电的解释：第一种情况：金属具有部分充满电子的能带－导带，在外电场作用下，导带中的电子受激，能量升高，进入同一能带的空轨道，沿电场的正极方向移动，同时，导带中原先充满电子的分子轨道因失去电子形成带正电的空穴，沿电场的负极移动，引起导电。第二种情况：金属的满带与空带或满带与导带之间没有带隙，是重叠的，电子受激可以从满带进入重叠着的空带或者导带，引起导电。 能带理论是一种既能解释导体，又能解释半导体和绝缘体性质的理论。 把金属晶体看成是