7晶体的结合力第二章详解.ppt

第 31 页 范德瓦耳斯（ van der Waals ）荷兰科 学家 1837 – 1923 ， 1910 年因气体和液体状 态方程获诺贝尔物理学奖 § 2.2 晶体的结合类型 第 32 页 § 2.2 晶体的结合类型 物质熔沸点的高低由物质固态时的晶体类型及构成物质 的微粒间的作用力决定。 一般来说： ? 共价晶体（原子晶体）的熔沸点最高 ? 离子晶体较高 ? 分子晶体最低 ? 金属的熔沸点一般较高，但差别较大，按具体情况决定。 第 1 页 第二章 晶体的结合 本章主题 －－ 大量原子、分子聚合在一起构成晶体的原因。 从能量角度 晶体结合的性质 讨论 说明 晶体的结合能 与 晶体的力学性质的关系； 晶体的热学性质的关系； 第 2 页 从键的性质出发 讨论 晶体结合的分类 晶体结合时的物理本质 原子结合成晶体，本质上都是由于原子间的库仑相互作用加上量子 效应。 结合过程中，原子内部满壳层的电子基本保持稳定，只是价电子在 实空间的几率分布会随着晶体中原子之间的相互作用重新分布。 固体物理中 电子几率的重新分布 ，按化学家的语言来说就是在原子 之间 形成了化学键 。 第 3 页 晶体中原子的相互作用称为键，晶体结合类型按键的性质主要有 五种： 按键的性质 晶体结合类型 离子键 共价键 金属键 范德瓦尔斯键（分子键） 氢键 。 第 4 页 § 2.1 原子的电负性 一、原子的电子分布 原子的壳层结构 各种原子的化学性质和物理性质的变化显示出 高度的规律性 ，这实际 上反映了原子结构的情况。即原子结构决定了元素性质。 元素周期表中，同一竖列的元素具有相似的化学性质。 周期表中同一竖列的诸元素都有相仿的光谱结构。 元素的电离能显示出周期性，碱金属元素电离能最小，惰性气体电离 能最大。 第 5 页 , , 0 , 1 , : l l l m m l l ? ? ? ? ? § 2.1 原子的电负性 原子的电子壳层结构 : 是原子内部电子分布状况的形象化描述。 电子状态的具体内容是下列四个量子数所代表的一些运动情况： ? 主量子数 n n=1,2,3…代表电子运动区域的大小和它的总能量的主要 部分，前者按轨道的描述也就是轨道的大小。 ? 轨道角动量量子数 =0,1,2,…..(n -1) 代表轨道的形状和轨道角动量，同电子的能量有关； ? 轨道方向量子数 代表轨道在空间的可能取向，也代表轨道角动量在某一特殊方向（例如磁 场）的分量； l 第 6 页 ? 自旋方向量子数 代表电子自旋的取向，也代表电子自旋角动量在某特殊方向（例如磁场） 的分量。 电子在各壳层上的填充，遵循能量最小原理、泡利不相容原理和洪 特规则。 泡利不相容原理： 在原子中不能有两个电子处在同一量子态，用上述这 四个量子数来描述，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。 适用于费米子：具有半整数自旋的粒子。 , 2 1 ? ? s m 能量最低原理： 自然界普遍规律，任何稳定体系，其能量最低。 洪特定则： 电子依能量由低到高依次进入轨道 并先单一平行地占据尽量多 的等价轨道。 § 2.1 原子的电负性 第 7 页 根据 泡利不相容原理 ， 可以算出毎一壳层或毎一支壳层中所能容纳的 最多电子数，分别为： 壳层： 支壳层： 闭合壳层 ：当壳层（或支壳层）上电子数目达到它的最大数目时，这 个壳层（或支壳层）就称为闭合壳层。 ) 1 2 ( 2 , 2 2 ? ? ? l N n N l n § 2.1 原子的电负性 第 8 页 原子中各壳层可以容纳的最多电子数 壳层 （主量子数） 支壳层 2 （ 2l ＋ 1 ） 最多电 子数 (2n 2) S(l=0) P(l=1) d(l=2) f(l=3) g(l=4) K(n=1) 2 - - - - 2 L(n=2) 2 6 - - - 8 M(n=3) 2 6 10 - - 18 N(n=4) 2 6 10 14 - 32 O(n=5) 2 6 10 14 18 50 § 2.1