晶体中质点的结合力与结合能课件.ppt

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1、1.2晶体中质点的结合力与结合能晶体中质点间的结合力晶体的结合力与结合能一、晶体中质点间的结合力晶体中键的类型晶体中键的表征晶体中离子键、共价键比例的估算晶体中的原子之所以能结合在一起，是因为它们之间存在着结合力和结合能。1.晶体中键的类型按照结合力性质的不同化学键物理键离子键（ionicbond）共价键（covalentbond）金属键（metallicbond）范德华键（VanderVaalsbond）氢键（hydrogenbond）离子键是正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。离子键的特点是没有方向性和饱和性。质点之间主要依靠静电库仑力而结合的晶体称为离子晶体。典型的离子晶

2、体是元素周期表中第I族碱金属元素和第VII族卤族元素结合成的晶体，如NaCl，CsCl等。离子晶体因其依靠强键力静电库仑力结合，故其结构非常稳定。反映在宏观性质上，晶体的熔点高，硬度大，导电性能差，膨胀系数小。大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰（红外光谱特征）。离子键的特点及典型的离子晶体的性质：共价键的特点及典型的原子晶体的性质：共价键是原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产生的键合。共价键的特点是具有方向性和饱和性。靠共价键结合的晶体称为共价晶体或原子晶体。元素周期表中第IV族元素C（金刚石），Si，Ge，Sn（灰锡）等的晶体是典型的共价晶体，它们属

3、金刚石结构。原子晶体具有熔点高，硬度大，导电性能差等特性。各种晶体之间性能差别也很大，例如，熔点方面，C（金刚石）为3280K，Si为1693K，Ge为1209K。导电性方面，金刚石是一种良好的绝缘体，而Si和Ge却只有在极低温度下才是绝缘体，其电阻率随温度升高迅速下降，是典型的半导体材料。金属键的特点及典型的金属晶体的性质：金属键是失去最外层电子（价电子）的原子实和自由电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的结合。金属键的实质是没有方向性和饱和性的共价键。周期表中第I族，第II族元素及过渡元素的晶体是典型的金属晶体。金属晶体最显著的物理性质是具有良好的导电性和导热性。金属的结合

4、能比离子晶体和原子晶体要低一些，但过渡金属的结合能则比较大。范德华键的特点及典型的分子晶体的性质：范德华键（分子键）是通过“分子力”而产生的键合。分子力包括三种力：葛生力（Keesenforce）──极性分子中的固有偶极矩产生的力，德拜力（Debyeforce）──感应偶极矩产生的力，即极性分子和非极性分子之间的作用力，伦敦力（Londonforce）──非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力。当分子力不是唯一的作用力时，它们可以忽略不计。分子晶体分极性和非极性两大类。惰性元素在低温下所形成的晶体是典型的非极性分子晶体，它们是透明的绝缘体，熔点极低，Ne，Ar，Kr，Xe晶体的熔点分别

5、为24K，84K，117K，161K。HCl，H2S等在低温下形成的晶体属于极性分子晶体。氢键的特点：氢键是氢原子同时和两个电负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合所形成的键。氢键也具有饱和性，它是一种特殊形式的物理键。冰（H2O）是一种氢键晶体，铁电材料磷酸二氢钾（KH2PO4）亦具有氢键结合。实际晶体中的键合作用可以用键型四面体来表示。方法是将离子键、共价键、金属键以及范德华键这四种典型的键分别写在四面体的四个顶点上，构成键型四面体，如图所示。四面体的顶点代表单一键合作用，边棱上的点代表晶体中的键由两种键共同结合，侧面上的点表示晶体由三种键共同结合，四面体内任意一

6、点晶体中的键由四种键共同结合。2.晶体中键的表征3.晶体中离子键、共价键比例的估算大多数氧化物及硅酸盐晶体中的化学键主要包含离子键和共价键。为了判断晶体的化学键中离子键所占的比例，可以借助于元素的电负性这一参数来实现。一般情况下，当同种元素结合成晶体时，因其电负性相同，故形成非极性共价键；当两种不同元素结合成晶体时，随两元素电负性差值增大，键的极性逐渐增强。因此，可以查表，也可以用下面的经验公式计算由A、B两元素组成的晶体的化学键中离子键的百分数：离子键%=1－exp[-1/4*（xA－xB）2]式中xA、xB分别为A、B元素的电负性值。例题：计算MgO和GaAs晶体中离子键成分

7、的多少解答：查元素电负性数据得XMg=1.31，XO=3.44，XGa=1.81，XAs=2.18，则MgO离子键%=1－exp[-1/4×（3.44－1.31）2]=0.68GaAs离子键%=1－exp[-1/4×（2.18－1.81）2]=0.04由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。二、晶体的结合力与结合能结合力的一般性质离子晶体晶格能1、结合力的一般性质各种不同的晶体，其结合力的类型和大小是不同的，但在任何晶体中，两个质点间的相互作用力