固体物理第6课化学键

《固体物理第6课化学键》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章　晶体的结合元素周期律：晶体结合能(bindingenergy)自由原子结合成晶体释放能量钨(最大)惰性晶体(最小)原子有核模型：经典理论--电子作类圆周运动，有加速度，导致电磁辐射，状态不稳定(演示)普朗克：光子量子化观点玻尔：有核模型量子化解释，气体光谱一定，电子在原子核外处于一系列无辐射的定态轨道上，一个定态跃迁到另一个定态时，就发出或吸收电子辐射，其能量为轨道能级差。解释了氢原子的单电子轨道和能级。(演示2-8)1911年，著名英国物理学家卢瑟福提出了关于原子结构的行星式模型。但是，行星式原子模型存在两大困难：1、原子坍塌，电子绕核做

2、椭圆运动，这是一种加速运动，按经典电动力学理论电子在运动过程中必然辐射能量，电子能量逐渐减少，轨道半径随之变小，只要10-8秒，电子就会落到核上，发生坍塌；2、是在坍塌前原子连续辐射，应得连续的原子光谱。实际上，原子没有发生坍塌；实验上，原子光谱是分立的线光谱。卢瑟福原子结构的行星式模型氢原子光谱（1）氢原子光谱（2）氢原子结合能计算上式是哈密顿量H，轨道角动量，和分量Lx三个算符的共同本征函数。其量子数分别是n，l，m，一组量子数确定电子的一个轨道。对氢原子中第n个轨道的电子来说，单电子的波函数：其中aB玻尔半径，也是微观世界的基本尺度，e为电子

3、电荷，c为光速，m是电子静止质量，为9.110-31kg，h为普朗克常数，为6.6310-34焦尔秒。后来，玻恩提出了统计解释，电子以一定的几率在原子核周围的空间中分布，几率分布密度：原子内电子实际上并不是如玻尔原子理论所假定的那样——在一些分立的轨道上作圆周运动，而是处于不同量子态的电子在原子内各处都有一定的几率分布，如图左边一些曲线所示。如果忽略电子之间的相互作用，根据泡利不相容原理和洪特规则，电子依次排入轨道，形成1s，2s，2p，3s，3p，3d……电子壳层和亚壳层分别用量子数n和l表示。对于多电子原子来说，电子除受到核的库仑力吸引

4、外，相互之间还有排斥作用。要解出多电子的波函数，必须用原子的自洽场计算方法。在原子结合成固体的过程中，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的原子之间的相互作用重新分布，也就是在原子间形成了化学键（chemicalbond）。(转至化学键)泡利不相容原理：描述电子的运动状态：(nlmlms）n：主量子数，n=1，2，3，l：角量子数，l＝0，1，2，n-1ml：磁量子数，ml＝0，1，2，lms：自旋磁量子数，1/2原子核外不存在运动状态完全相同的两个电子返回泡利不相容原理1925年1月，物理学

5、家泡利提出了不相容原理：即一切由自旋等于半整数的粒子——费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态。这一原理解释了原子的电子壳层结构和元素周期律，推动了电子自旋概念的确立。部分原子的核外电子排布规律序数元素KLM1s2s2p3s3p3d1H12He23Li214Be225B2216C2227N2238O2249F22510Ne22611Na226112Mg226213Al2262114Si2262215P2262316S2262417Cl2262518Ar2262619K2262620Ca22626N4s12补充内容:氢原子和

6、类氢原子原子中电子状态可用波函数Ψ来描述，Ψ可通过解薛定谔方程来确定：采用球坐标：其中用分离变速法求解得到：得：此三个方程的解为：这里：已经是归一化的，即，，所以波函数也是归一化的，即量子数n，l，m，不是人为引入的，而是使波函数成为可接受的，自然出现的。这样就出现了三个量子数：主量子数n，n=1，2，3……角量子数l，l=0，1，2……，(n-1)(n》l+1)磁量子数m，

7、m

8、=l，l+1，……0或主量子数通常表明原子壳层对应的名称（壳层）n=1，2，3，4，5，6，K，L，M，N，O，P角量子数表明电子状态，对应的名称（状态）l=0，1，2，

9、3，4，5s，p，d，f，g，h再加上表明电子自旋的磁量子数四个量子数确定了电子的状态现在我们讨论类氢原子的波函数：按波函数的性质，在r到r+dr，θ到θ+dθ，Ф到Ф+dФ区间，即小体积元中找Ф到电子的几率为：改变r，θ，Φ的数值就可以找到电子在空间的几率分布。人们通常把空间几率密度ΦΦ*分布叫做电子云。所以电子云密度就是电子的几率密度，出现电子几率密度大的，即电子云密度大。电子云密度为零的区域，就是电子不能到达的区域。等密度面是指该面上各点的Φ2都相等。电子云的界面是一等密度面，发现电子在此界面以下的几率很小，在界面以内几率很大。通常认为在界面

10、以外发现电子的几率可以忽略不计。所谓原子轨道即指原子中的电子轨道。就是原子的单电子状态函数的同义词。如果说在轨道上的电子，