《固体物理》PPT课件

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1、第二章晶体的结合掌握晶体的结合类型、结合力和结合能。教学目标：1.原子的电负性2.晶体的结合类型3.结合力及结合能4.分子力结合5.共价结合6.离子结合本章主要内容1.原子的电负性1.1原子的电子分布原子的电子组态，通常用字母s、p、d来表征角量子数，字母的左边的数字是轨道主量子数，右上标表示该轨道的电子数目。例：氧原子的电子组态为1s22s22p41.原子的电负性1.1原子的电子分布核外电子分布遵从泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。泡利不相容原理：包括自旋在内，不可能存在量子态全同的两个电子；能量最低原理：任何稳定体系，其能量最低；洪特

2、规则：最低能量原理的一个细则，即电子依能量由低到高依次进入轨道并先单一自旋平行地占据尽量多的等价(n、l相同)轨道。1.原子的电负性1.2电离能元素NaMgAlSiPSClAr电离能5.1397.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素KCaGaGeAsSeBrKr电离能4.3396.1116.007.889.879.75011.8413.996单位：eVNa+5.14eVNa++e1.原子的电负性1.3电子亲和能元素HHeLiBeBCNOFNe理论值72.766-2159.824029113-58120312

3、-315-29实验值72.9＜059.8＜0231220±20141322＜0元素NaMgAlSiPSClArKCa理论值52-2304813475205343-3545-156实验值52.9＜04412074200.43487＜048.4＜0单位：kJ/molCl+eCl-+3.61eV1.原子的电负性1.4结合能Cl+Cl-+7.9eVNaNa+定义：孤立的中性原子结合释放的能量称为结合能，或者说把晶体分解成一个个孤立的中性原子需要的能量。结合能越大，原子结合越稳定，熔点越高。1.原子的电负性1.5电负性为统一地衡量不同原子得失电子的难易程

4、度，选定某原子的电负性为参考值，把其他原子电负性与此参考值相比较。穆力肯定义泡利定义原子的电负性=0.18（电离能+亲和能）单位：eVE(A-B)=[E(A-A)*E(B-B)]1/2+96.5(xA-xB)单位：kJ/mol规定氟的电负性为4.0。规定Li的电负性为1.0。结合能1.原子的电负性1.5电负性通常把元素易于失去电子的倾向称为元素的金属性，把元素易于获得电子的倾向称为元素的非金属性。2.晶体的结合类型2.1共价结合由电负性较大的同种原子结合成晶体时，最外层的电子都不会脱离原来的原子，称这类晶体为原子晶体。两个原子接近时,只有自旋方

5、向相反的单电子可以相互配对(两原子轨道重叠),使电子云密集于两核间,系统能量降低,形成稳定的共价键。联结两个原子的一对电子称为配对电子，电子配对的方式称为共价键。2.晶体的结合类型共价键的饱和性当一个原子与其它原子结合时，能够形成共价键的数目有一个最大值，这个最大值决定于它所含的未配对的电子数，这个特性称为共价键的饱和性。共价键的方向性两个原子在以共价键结合时，必定选取尽可能使其电子云密度为最大的方位，电子云交迭得越厉害，共价键越稳固。共价晶体的硬度高，熔点高，热膨胀系数小，导电性差。2.晶体的结合类型2.2离子结合一种容易失去电子的元素和一种

6、容易俘获电子的元素结合在一起，其中一个变成正离子，另一个变成负离子，最终形成离子晶体。离子晶体的硬度高，熔点高，热膨胀系数小，导电性差。离子晶体结合过程中的动力显然是正负离子之间的库仑力。一种离子的最近邻只能为异号离子。氯化钠结构、氯化铯结构是典型的离子晶体结构共价键与离子键的区别2.晶体的结合类型2.晶体的结合类型2.3金属结合第一、二主族及过渡元素，由于电负性小，在构成元素晶体时，晶格上既有金属原子，又有失去了电子的金属离子，二者随时在变化。模型：金属中所有的原子都失掉了最外层的价电子而成为原子实，原子实浸没在共有电子的电子云中。金属晶体结

7、合过程中的动力是原子实和共有化电子之间的静电库仑力。原子越紧凑，电子云与原子实就越紧密，库仑能就越低。金属晶体有良好的导电性、导热性和延展性。Nature,354(1991),56:报道碳纳米管现象特点：软，而且熔点低。伦敦力（色散力）2.4分子结合葛生力德拜力（诱导力）范德瓦尔斯力没有方向性和饱和性，一般这种晶体都尽可能采用密堆积方式。单原子分子或共价分子由范德瓦尔斯力凝聚而成的晶体+-极性分子+_非极性++--+-+-2.晶体的结合类型+-+-分子中与电负性大的原子X以共价键相连的氢原子，还可以和另一个电负性大的原子Y之间形成一种弱的键称为

8、氢键。氢键2.5氢键结合氢键有方向性和饱和性冰是典型的氢键晶体，主要靠氢键结合，氢原子不但与一个氧原子形成共价键，还和另一水分子中氧原子相吸引，后者结