固体物理学(2-3).ppt

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1、固体物理学(2)(3)王蔚什麽使分子、原子维系在一起形成形形色色的周期性结构2第2章晶体的结合一晶体处于稳定状态时，它的总能量E0总是低于组成这晶体的N个原子在自由时的总能量EN。晶体结合能Eb：Eb=EN-E03内容2.1晶体的结合类型2.2结合力的一般性质2.3原子晶体的结合42.1晶体的结合类型结合力的不同可以将晶体分成五个典型的结合类型:离子晶体原子晶体金属晶体分子晶体氢键晶体5ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAⅧAH化学元素周期表，请您查询！HeLiBe固体元素人造元素BCNOFNeNaMg气体元素液体元素AlSiP

2、SClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRaAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUubUutUuqUupUuhUusUuoCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr61离子晶体组成离子晶体的原子在得失电子后，电子组态与惰性原子的电子组态一样，这种电子壳层结构是稳定的，具有球

3、形对称性，由此可以把正负离子作为钢球来处理。II-VI族化合物可以看作离子晶体，如：CdS、ZnSI-VII族组成的晶体是典型的离子晶体，如NaCI、CsCI典型刚球模型：结合力：正负离子间的静电库仑力7典型的离子晶体结构氯化钠型：两种面心立方结构的离子沿晶轴平移1/2套购而成，配位数为6。有：NaCI、KCI、AgBr、PbS、MgO氯化铯型：两种简立方结构的离子沿空间对角线位移1/2套购而成，配位数为8。有：TiBr、TiI闪锌矿结构：两种各为面心立方结构的离子沿空间对角线位移1/4套购而成，配位数为4。有：半导体材

4、料ZnSCl−Na+8离子晶体特性结合能的数量级约在800kJ/mol，结构稳定导致导电性能差、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。在红外区有一特征峰，但对可见光是透明的。92原子晶体（共价晶体）典型：IV族元素，C（金刚石）、Si、Ge、Sn(灰锡）的晶体。晶格：复式格子结合力：共价键力。共价键特点：饱和性：形成键的数目（配位数）有一最大值方向性：各个共价键之间有确定的取向10原子晶体特性典型原子晶体，熔点高、导电性能差、硬度高。特性差别较大熔点：金刚石为3280k、Si为1693k，Ge为1209k。导电性：金刚石是一种良

5、好的绝缘体，而Si和Ge在极低温度下才是绝缘体，同时它们的电阻率随温度升高而急速的下降，是典型的半导体材料。11３金属晶体典型：I、II族元素及过渡元素都是典型的金属晶体结合力：主要是由原子实和电子云之间的静电库仑力，所以要求排列最紧密。晶格：不喇菲格子。原胞：立方密积，配位数12，如Cu、Ag、Au、AI，六角密积，配位数12，如Be、Mg、Zn、Cd。体心立方，如Li、Na、K、Rb、Cs、Mo、W。特性：导电性好，结合力小，但过渡金属的结合能较大12４分子晶体典型的分子晶体：惰性元素固体结合力：主要依靠瞬时偶极矩的

6、相互作用—范德瓦耳斯力。晶格：以分子（或原子）作为单元密堆集结构排列。特点：结合能很低，导电性能差、熔点低，可见光透明。13５氢键晶体典型的氢键晶体：冰（H２O）结合力：主要依靠氢原子与电负性很大而原子半径较小的两个原子（F、O、N）结合成X—H…Y强键-弱键形式。氢键晶体的结合能一般比较低，但是强于范氏力，氢键具有饱和性。14一般晶体的结合力大多数晶体的结合力是几种结合力综合构成同种成分物质可有几种晶体结构，在一定条件可互相转化石墨晶体和金刚石是同素异构体，金刚石是典型的共价键晶体，石墨的结合力是综合力：一个碳原子的三

7、个价电子与其最近邻的三个原子组成共价键结合，这三个健几乎在同一平面上使晶体呈层状；另一个价电子则较自由地在整个层中活动具有金属键的性质；层与层之间又依靠瞬时偶极距结合。152.2结合力的一般性质晶体中粒子的互作用可分为两大类：吸引作用：异性电荷之间的库仑力引起的作用，在远距离起主要。排斥作用：一是同性电荷之间的库仑力，二是泡利原理所引起，在近距离起主要的。吸引作用=排斥作用晶格处于稳定状态16１原子之间的作用力、作用势能（１）计算：r０、rm由势能u(r)按下式计算互作用力：f(r)=-du(r)/dr当两原子很靠近时，

8、斥力大于引力，总的作用力f(r)0。当两原子相离比较远时，总的作用力为引力，f(r)0u(r)rrf(r)rorm斥力吸引力17在某一适当距离r０，引力和斥力相抵消，则，f(r)=0du(r)/dr

9、r０=0得出r０由，df(r)/dr

10、rm=-d2u(r)/dr2

11、rm=0得出rm18（2）求结合能两原子之间的