2-1 晶体结合.ppt

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1、第二章晶体结合一．原子的负电性原子得失价电子能力的一种度量。其定义为：负电性＝常数（电离能＋亲和能）常数的选择以方便为原则，例如一种常用的选择方法：为使锂（Li）的负电性为1，选上常数为0.18。电离能：让原子失去电子所必需消耗的能量。亲和能：处于基态的中性气态原子获得一个电子所放出的能量。负电性大的原子，易于获得电子.负电性小的原子，易于失去电子。二．离子结合当负电性较小的原子与负电性较大的原子相互接近时，形成正、负离子。正、负离子由于库仑引力而相互靠近，但当它们近到一定程度时，二闭合电子壳层的电子云因重叠而产生排斥力，当吸

2、收力和排斥力平衡时，就形成稳定的离子键。例：NaCl二个一价离子间的库仑势能为设2N个离子组成的晶体，则i＝1的离子与其余（2N－1）个离子的总互作用势能为：由于表面离子数比内部离子数少得多，为简单.忽略表面离子与内部离子的差别，则2N个离子对晶体势能的贡献相同式中α称马德隆（Madelung）常数，它由晶体结构决定。对NaCl结构的晶体，α＝1.748,对CsCl（氯化铯）结构的晶体，α＝1.763。设则三．共价结合当二个负电性相同或接近（尤其是负电性又都较大）彼此靠近时，各贡献一个电子，为两个原子所共有，从而使其结合在一起

3、，这种结合称为共价结合。能把两个原子结合在一起的一对为两个原子所共有的自旋相反配对的电子结构，称为共价键。共价键的特性:饱和性：一个原子所能形成的共价键的数目有一个最大值。若价电子壳层未达到半满，则所有价电子都可能是未配对的，则可成价数＝价电子数N若价电子壳层等于或超过半满，重要的共价晶体，价电子态为S，P态，满壳层时最多可容纳8个电子，未配对的电子数决定于未填充的量子态数，若价电子数为N，则能形成的共价键数目符合（8－N）规则。方向性：相邻原子只在特定方向上形成共价键。成键时，电子云发生交叠，交叠越多键能越大，系统能量越低，

4、键越牢固。#例：金刚石的共价键碳原子的价电子组态为2S22P2，2S2态是填满的，即电子处于自旋已配对的状态，2P态最多可填充6个电子[（2+1）个，P为=1]。而碳原子2P态只有二个电子，则可以认为，这二个电子均是处于自旋均未配对的状态，这时，它最多与其它原子间形成二个共价键。实验事实（1）金刚石中每个原子与周围四个原子形成结合。（2）周围四个原子的排列呈四面体结构，具有等同性，即碳原子与周围原子具有四个等价的共价键。C原子的葫芦状杂化轨道必定大头相对，以保证最大的电子云交叠，系统能量最低。同为C原子，不会形成离子键，由其物

5、理特性也排除了金属键我们只能认为：金刚石中的C原子，不是上述单独C原子的基态为基础的。每个碳原子与周围形成四个等价的共价键，前提条件为每个C原子首先需存在四个自旋未配对的价电子，则只能认为，金刚石的C原子的价电子组态先变成为2S1、2P3，然后这四个价电子产生所谓轨道杂化。杂化后的每个价电子含有（1/4）S和（3/4）P，这样也才与C原子有四个等价的键不矛盾，这样的电子轨道称为SP3杂化轨道。说明：（1）为什么一定要提出“杂化轨道”概念？答：只有这样所得结论，才与实验结果（金刚石有四个共价键且四个键等价指向四面体顶角方向）一致

6、。(2)孤立C原子的2S态能量E2s低于2P态能量E2P即E2s

7、共有，因此可以认为金属晶体是带正电的原子实规则分布在价电子组成的电子云中。晶体的结合力主要为带正电的原子实与负电子云之间的库仑力。五．范德瓦尔斯键结合对于具有稳定结构的原子（如有满壳层结构的惰性元素）之间或价电子已用于形成共价键的饱和分子之间结合成晶体时，原来原子的电子组态不能发生很大变化。而是靠偶极矩的相互作用而结合的，这种力通常称为范德瓦尔斯力。范德瓦尔斯力的表现形式1.葛生（Keesom)互作用力：固有偶极矩间的作用力;2.伦敦（London)互作用力：也称色散力。瞬态偶极矩间的作用力；3.德拜（Deyey)互作用力：也

8、称诱导力。感应偶极矩间的作用力；六．氢键结合氢原子的电子参与形成共价键后，裸露的氢核与另一负电性较大的原子通过静电作用相互结合。说明：1．由上讨论可知，原子结合成晶体时，是以以上哪种结合力结合，很大程度上决定于它负电性特性。2．Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族元素也可以形成共价键，但由于共价键的