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1、晶体的结合2.1.1晶体结合能的普遍性一、结合能1、晶体中的原子(离子、分子)之间存在结合力，使原子(离子、分子)之排成为晶体。2、晶体结合能就是将自由的原子（离子或分子）结合成晶体时所释放的能量。§2.1晶体的结合能E0是晶体的总能量，EN是组成该晶体的N个原子在自由状态时的能量，Eb即为晶体的结合能。二、晶体结合能的一般规律1、原子间的相互作用力吸引力——库伦引力排斥力——库仑斥力泡利原理引起2、原子间的相互作用势能r——两原子间的距离原子间相互作用力假设两个相距无穷远的自由原子相互作用力为
2、零，相互作用能为零（a）相互作用势能和原子间距的关系（b）相互作用力和原子间距的关系r0,斥力r>r0,f(r)<0,引力r=r0,f(r)=0,u(r)minr=rm,f(r)最大有效引力r=r0=0（r0为平衡时原子间最近邻的距离）r=r0>0（r0为平衡时原子间最近邻的距离）>0可知n>m,排斥作用是短程的。最大有效引力2.1.2晶体总的相互作用能设晶体中第i个原子与第j个原子之间的相互作用势能为u(ij),第i个原子与晶体中所有其它原子的相互需作用势能为：则由N个原子徐
3、成的晶体的总相互作用势能为：因为晶体中原子数很多，因此晶体表面原子与晶体内部原子的差别可以忽略，上式近似为：U（r）=原子数目原子间距晶体体积的函数U（v）若取EN=0，则晶体的结合能为：2.1.3结合能与晶体几个常量的关系1、压缩系数和体积弹性模量（体积压缩模量）压缩系数：单位压强引起的体积的相对变化率。体积弹性模量是压缩系数的倒数：由热力学第一定律：平衡时体积弹性模量：抗张强度就是晶体能承受的最大张力（即晶格中原胞间的最大引力）。§2.2离子键与离子晶体1、形成于周期表I-VII,II-VI
4、离子之间。2、吸引力是离子之间的静电吸引力;排斥力由电子云交叠和核力产生。3、体结构一般为复式格子，典型的离子晶体有NaCl,CsCl，ZnS。II-VI族化合物CdS,ZnS等一也可看成离子晶体。以I-VII为例Na，K,Rb，Cs最外层有一个电子F,CI,Br,I......最外层有七个电子电子组态碱金属与前一个惰性原子的电子组态相同，卤素离子与后一个惰性原子电子组态相同→→→→这种电子壳层结构是稳定的，具有球对称性。离子晶体的结构：1）NaCI型两种面心结构的离子次晶轴平移1/2间距，配位
5、数为6。由于结合力是库仑力，一种离子周围必是异种离子，必是复式格子。（NaCI、KCI、AgBr、Pbs、Mgo）2)CsCI型两种简立方结构的离子沿空间对角线位移1/2长度套构而成，配位数为8。CsCl,TiBr,TiI3)ZnS型两种各为面心立方结构的离子沿空间对角线位移1/4长度套构而I成的闪锌矿结构，配位数仅为4。离子晶体结合能若以u(rij)表示离子i、j之间的相互作用能，吸引能,排斥能,'同号取“-”异号取“+”“'”表示求和不包括j=i的项。若晶体由N个正负离子组成，略去表面离子的
6、特性'令设最近邻离子间的距离为R，则是与晶体结构有关的数。'''''式中为马德隆常数，它是仅与晶体几何结构有关的常数。2.平衡时体积弹性模量K与n的关系及晶体的结合能设离子最近邻距离为R，由N个离子组成的晶体的体积：体积弹性模量为：推导略§2.3共价键与共价晶体1、原子晶体:元素周期表中第IV族元素C(金刚石)，Si,Ge，Sn的晶体是原子晶体典型的代表。2、结构：属金刚石结构，相邻原子各出一个电子相互共用从而在最外层形成公用的封闭电子壳层，这样的原子键合称为共价键。故原子晶体称共价晶体。离子晶
7、体结合力:——库仑吸引力作用——排斥力－靠近到一定程度，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层电子云的交迭产生强大的排斥力——排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体*一种离子的最近邻离子为异性离子—吸引作用*离子晶体的配位数最多只能是8(例如CsCl晶体)离子晶体的特点:离子晶体结合稳定导致:稳定性能差、熔点高、硬度高和膨胀系数小等，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。金刚石C61S22S12P3共价键是由2S和2P波函数组成的下列4种新的电子状态组成：金刚石是复式格
8、子1、饱和性2、方向性以共价键形式结合的原子所能形成的数目有一个最大值。各个共价键之间有确定的相对取向。共价键特点：原子晶体的性能特点：熔点高、导电性差、硬度高等，各晶体之间差别也很大，如熔点，金刚石3280K,Si1693K,Ge1209K。导电性:金刚石、绝缘体、Si,Ge、半导体。除了典型的离子晶体(NaCI等)和原子晶体外，还有许多晶体既是离子性结合又是共价性结合。饱和性经验公式：当原子的价电子壳层不到半满时，所有的价电子都未配对，共价键数目与价电子数不相等N=n（N为价电子数）；当原子
