固体物理第2章new

《固体物理第2章new》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、元素和化合物晶体结合的规律性本节主要内容:电离能和电子亲和能负电性元素和化合物晶体结合的规律性原子的负电性是用来表示原子得失电子能力的物理量。电离能和电子亲和能1.电离能中性原子失去1个电子成为+1价离子时所需要的能量为第一电离能，从+1价离子再移去一个电子所需的能量为第二电离能。+z+A→z+e其中A为第一电离能电离能越大，原子对价电子的束缚能力越强。电离能(单位:eV)元素NaMgAlSiPSClAr电离能5.1387.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素KCaGaGeAsSeBrkr电离能4.33

2、96.1116.007.889.879.75011.8413.996小大2.电子亲和能:中性原子获得电子成为-1价离子时所放出的能量。−1y+e→y+BB为电子亲合能。负电性负电性=0.18(电离能+亲和能)对比下表各个周期,可看出以下两个特性：(1)周期表由上到下，负电性逐渐弱；(2)周期表越往下，一个周期内负电性的差别也越小。负电性IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBLiBeBCNOF1.01.52.02.53.03.54.0NaMgAlSiPSCl0.91.21.51.82.12.53.0KCaGaGeAsSeBr0.81.01

3、.51.82.02.42.8IA、IIA、IIIB负电性低的元素对电子束缚较弱，价电子易于摆脱原子束缚成为共有化电子，因此在形成晶体时便采取典型的金属结合。IVB、VB具有较强的负电性，它们束缚电子的能力较强，适于形成共价结合。周期表左端的元素负电性弱，易于失去电子；而右端的元素负电性强，易于获得电子，因此它们形成离子晶体。第一节晶体结合能的普遍规律本节主要内容:2.1.1两个原子间的相互作用能2.1.2晶体总的相互作用能2.1.3结合能与晶体几个常数的关系§2.1晶体结合能的普遍规律晶体的结合能:晶体的结合能就是将自由的原子(离子或分子)

4、结合成晶体时所释放的能量。E=E−EbN0E是晶体的总能量，E是组成该晶体的N个原子在自由状0N态时的总能量，E即为晶体的结合能。b2.1.1两个原子间的相互作用能1.原子间的相互作用力吸引力库仑引力原子间的相互作用力库仑斥力排斥力泡利原理引起2.相互作用势能r两原子间的距离；A、B、m、n>0,吸引能排斥能du(r)两原子间的相互作用力f(r)=−dr假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作用能为零，相互作用力为零。u(r)(a)互作用势能和原子间距的关系(b)互作用力和原子间距的关系rr,0斥力(a)0f(r)r>rf,(

5、r)<,00引力r0r=rf,(r)=0,u(r)0minrrm(b)r=rf,(r)最大有效引力mmu(r)du−(

6、)=0r0r=r0drr(a)(r0平衡时原子间最近邻的距离。)f(r)2du()>02r0rdr0rrm(b)(r=r0处相互作用能有最小值。)2dum(m+1)(n−m)A()=>02m+2dr(m+)1r0可知n>m，排斥作用是短程的。2dfdur=rf,(r)最大有()=−(2)rm=0mm效引力drdr2.1.2晶体总的相互作用能1234设晶体中第i个原子与第j个原子之i间的相互作用势能为u(r)，ijjrij第

7、i个原子与晶体中所有其它原子的相互作用势能为：Nu=∑'u(r)iijj=1则由N个原子组成的晶体的总的相互作用势能为：因为晶体中原子数很多，因此晶体表面原子与晶体内部原子的差别可以忽略，上式近似为：NNNU(r)=ui=∑'u(rij)22j=1原子数目U(r)晶体体积的函数U(v)原子间距若取E=0，则晶体的结合能：NE=E−E=−E=−Ur()bN0002.1.3结合能与晶体几个常量的关系1.原胞体积∂U(r)

8、r=r0=0r0av0∂r∂U(v)

9、v=v=0v∂v002.压缩系数和体积弹性模量(体积压缩模量)压缩系数:单位压强引起的

10、体积的相对变化率。1∂Vk=−()TV∂P体积弹性模量是压缩系数的倒数:∂PK=−V()∂V由热力学第一定律:dUdU=−pdV+TdS=−pdVp=−dV2∂P⎛dU⎞K=−V()=V⎜⎟∂V⎜dV2⎟⎝⎠V平衡时体积弹性模量:∂2UK=V()02V0∂V3.抗张强度晶体的抗张强度等于晶体所能承受的最大张力。∂u−f=()mvm∂v2∂f∂u−()=()=0→v∂vvm∂2vvmm在三维晶体中，假设晶体的体积为V,包含N个原胞，每个原胞的体积为v，每个原胞的势能为u(r),U为N个原胞的总的相互作用能，则有：U=Nuv(),V=Nv第二节

11、离子晶体本节主要内容:2.2.1离子晶体的结构2.2.2离子晶体结合能2.2.3离子晶体的特征2.2.4离子半径(泡林半径)2.2.5马德隆常数的求法§2.2离子晶体2.2.1离