晶体的结合和弹性ppt课件.ppt

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1、固体物理学第二章晶体的结合和弹性第二章晶体的结合和弹性晶体的结合类型2.2结合力的一般性质2.3非极性分子晶体的结合能2.4离子晶体结合能2.5原子晶体的结合2.6原子的电负性2.7原子的电负性2.1第一节原子的电负性原子的电负性原子结合成晶体时，其外层电子要做重新分布，不同的分布产生了不同类型的结合力。不同类型的结合力导致了晶体结合的不同类型：共价结合、离子结合、金属结合、分子结合和氢键结合。库仑吸引力是原子结合成晶体的动力，是长程力；晶体原子间还存在排斥力，是短程力。一块晶体处于稳定平衡态时，其

2、总能量E0比组成这晶体N个原子在自由时的总能量低，二者之差：Eb=EN-E0称为结合能。中性原子结合成晶体，除了外界的压力和温度等条件的作用外，主要取决于原子最外层电子的作用。所有晶体的结合类型都与原子的电负性有关。电负性表征原子束缚价电子能力的强弱。原子的电负性同一主族不同原子的性质相近，不同主族中的原子失电子难易程度不同。一、原子的电子分布电子组态泡利不相容原理能量最低原理洪特规则原子的电负性电子组态定义：给定原子所有电子的主量子数n和轨道量子数l的组合。主量子数n=1、2、3、…轨道量子数l=

3、0、1、2、3、…（n-1）原子的电负性电子占据轨道的顺序原子的电负性泡利不相容原理定义：包括自旋，不可能存在量子态全同的两个电子。原子的电负性洪特规则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轨道。原子的电负性能量最低原理任何稳定体系，其能量最低。原子的电负性原子的电负性二、电离能使原子失去一个电子所需的能量，称为电离能。电离能元素NaMgAlSiPSClAr电离能5.1387.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素KCaGaGeAsSeB

4、rKr电离能4.3396.1116.007.889.879.7511.8413.996(单位：eV)原子的电负性三、电子亲和能一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放出的能量，叫电子的亲和能。电子亲和能随原子半径的减小而增大，原子半径小，获得一个电子将释放出较大的能量。原子的电负性四、电负性电离能和电子亲和能从不同的角度表征了原子驾驭电子的能力。为了综合表征原子得失电子的能力，定义电负性的概念。选取系数0.18是为了使Li的电负性为1.穆力肯(R.S.Mulliken)原子的电负性由上向下电负性依次

5、减小元素周期表自左至右电负性依次增大电负性小的是金属性元素，电负性大的是非金属性元素。第二节晶体的结合类型晶体的结合类型周期表上同一族的元素具有相似的属性，因此，可以预期原子结合成晶体时，会出现一些比较典型的结合类型，根据结合力的性质把晶体分为五个典型的结合类型，分别为：原子晶体、离子晶体、金属晶体、分子晶体、氢键晶体。晶体的结合类型一、离子晶体依靠正负离子的库仑吸引力结合形成的晶体称为离子晶体。由元素周期表中第Ⅰ族碱金属元素与第Ⅶ族的卤族元素化合而成。碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs和卤族元素

6、F、Cl、Br、I之间形成的化合物，典型的离子晶体有NaCl型和CsCl型。晶体的结合类型离子晶体的特点1、以离子作为结合的基本单元；2、正负离子相间排列，当离子间距大于平衡间距时，库仑作用总效果呈吸引性，当离子间距小于平衡间距时，离子之间产生强烈排斥。当吸引和排斥作用达到平衡时，形成稳定晶体结构；3、正、负离子都具有满壳层电子结构离子，电子分布为球对称分布；4、离子晶体结构稳定，熔点较高，硬度较大，导电性差。晶体的结合类型A、NaCl结构：结合成晶体时，Na原子的价电子转移到Cl原子上，形成Na+

7、和Cl-（都具有满壳层电子结构）。Na+和Cl-各自构成面心立方布拉菲晶格，沿晶胞基矢方向相互移动半个晶格常数套构形成氯化钠结构。Na+和Cl-相间排列，以异号离子为邻。晶体的结合类型B、氯化铯结构结合成晶体时，Cs原子的价电子转移到Cl原子上，形成Cs+和Cl-（都具有满壳层电子结构）。Cs+和Cl-各自构成简单立方布拉菲晶格，沿体对角线方向相互移动1/2对角线长度套构形成氯化铯结构。Cs和Cl-相间排列，以异号离子为邻。晶体的结合类型二、原子晶体元素周期表中第Ⅳ族元素C、Si、Ge、Sn的晶体是

8、典型代表，其主要依靠具有饱和性和方向性的共价键结合。典型的有：金刚石、Si、InSb和半导体。晶体的结合类型共价键及原子晶体的特点1、以原子作为结合的基本单元；2、在结合过程中，自旋相反的两个电子配对，在两个原子核之间的区域形成较大电子云密度，与原子核形成较强吸引力，并使两个原子形成满壳层电子结构。晶体的结合类型3、如果价电子壳层中的电子数目不到半满，形成共价键的数目与价电子数相等。如果价电子壳层中的电子数目超过半满，形成共价键的数目等于未填充的量子态数（共价键的饱和