思考题02第二章 晶体的结合和弹性

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1、第二章晶体的结合和弹性习题第二章晶体的结合和弹性2.1是否有库仑力无关的晶体结合类型？解答：（参考王矜奉2.1.1，中南大学2.1.1）共价结合中，电子虽然不能脱离电负性大的原子，但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子，形成电子共享的形式，即这一对电子的主要活动范围处于两个原子之间，通过库仑力，把两个原子连接起来。离子晶体中，正离子与负离子的吸引力就是库仑力。金属结合中，原子实依靠原子实与电子云之间的库仑力紧紧地吸引着。分子结合中，是电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体。电偶极矩的作用力实际就是库仑力。氢键结合中，氢先与电负性大的原子形成共价结合后，氢核与负电中心不在重合，迫

2、使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合。可见，所有晶体结合类型都与库仑力有关。2.2如何理解库仑力是原子结合的动力？解答：（参考王矜奉2.1.2，中南大学2.1.2）晶体结合中,原子间的排斥力是短程力,在原子吸引靠近的过程中,把原本分离的原子拉近的动力只能是长程力,这个长程吸引力就是库仑力.所以,库仑力是原子结合的动力.2.3为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的相互作用力除吸引力还要有排斥力？排斥力的来源是什么？解答：（参考王矜奉2.1.4，中南大学2.1.4）邻的原子靠得很近,以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时,相邻的原子间便产生巨大排斥力.也就是说,原子间的

3、排斥作用来自相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠.2.4晶体的结合能、内能、以及原子间的相互作用势能有何区别？解答：（参考王矜奉2.1.3，中南大学2.1.3）自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量,或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量,称为晶体的结合能.原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能.在0K时,原子还存在零点振动能.但零点振动能与原子间的相互作用势能的绝对值相比小得多.所以,在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能.2.5试述范德瓦耳斯力的起源和特点。解答：范德瓦耳斯力是依靠分子中的电偶极矩间的相互作用产生的作用力。一般分为三种类型：（1）由极

4、性分子中的固有偶极矩产生的力，称为范德瓦耳斯-葛生力；（2）有极性分子和极性分子间感应偶极矩产生的力，称为范德瓦耳斯-德拜力；（3）由非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力，称为范德瓦耳斯-伦敦力。范德瓦尔斯力的特点是键的结合没有饱和性和方向性，结合力很微弱。这种力形成的晶体一般低熔点，低沸点，硬度小，易压缩，电绝缘，透射光谱从红外线直至远紫外线。具有球对称电子云分布的中性原子之间，由于核周围电子运动的涨落，这种由中性原子等组成的非极性分子之间存在着瞬间、周期变化的偶极矩，这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力（这种结合力是由于瞬时电偶极矩的感应作用产生），称为范德瓦

5、尔斯力-伦敦力。2.6对于由正负离子组成的系统，当存在极化时，系统的总能量增大还是减少？解答：2.7原子间的排斥作用和吸引作用有何关系？起主导的范围是什么？解答：（参考王矜奉2.1.5，中南大学2.1.5）在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体过程中,吸引力起到了主要作用.在吸引力的作用下,原子间的距离缩小到一定程度,原子间才出现排斥力.当排斥力与吸引力相等时,晶体达到稳定结合状态.可见,晶体要达到稳定结合状态,吸引力与排斥力缺一不可.设此时相邻原子间的距离为,当相邻原子间的距离rr>时,吸引力起主导作用;当相邻原子间的距离rr<时,排斥力00起主导作用.2.8如何理解电

6、负性可用电离能加亲和能来表征？1第二章晶体的结合和弹性习题解答：（参考王矜奉2.1.9，中南大学2.1.9）使原子失去一个电子所需要的能量称为原子的电离能,电离能的大小可用来度量原子对价电子的束缚强弱.一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放出来的能量称为电子亲和能.放出来的能量越多,这个负离子的能量越低,说明中性原子与这个电子的结合越稳定.也就是说,亲和能的大小也可用来度量原子对电子的束缚强弱.原子的电负性大小是原子吸引电子的能力大小的度量.用电离能加亲和能来表征原子的电负性是符合电负性的定义的.+2.9试以钠为例讨论金属晶体的结合。可以将它看做是由具有体心立方结构的Na浸没在

7、自由电子+气中而构成的。显然，Na间会因静电库仑力而相互排斥。为什么这样一个系统的能量比自由的中性Na原子形成的系统的能量更低呢？解答：2.10什么叫共价键的饱和性和方向性？为什么共价键具有饱和性和方向性，而离子键却没有饱和性和方向性？解答：（参考王矜奉2.1.6，中南大学2.1.6）设N为一个原子的价电子数目,对于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，价电子壳层一共有8个量子态,最多能接纳(8-N)个电子,形成(8-N)个共价键.这就是共价结合的“饱和性”.共价键的形成只在特定