高二物理竞赛课件：范德瓦耳斯晶体

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范德瓦耳斯晶体

1范德瓦耳斯晶体N个原子所构成晶体的势能其中：1/2因子：相互作用能为两个原子共有A12和A6：与晶格结构有关的求和项，类似离子结合的马德隆常数非极性分子晶体中也有晶格常数r0满足，平衡状态体变模量类比离子结合中的分析：利用晶格常数r0和体变模量K，可以推测晶体结合能/内能晶体的结合能

2分子间作用力的一种一种永久偶极之间的作用力，氢键发生在已经以共价键与其它原子键合的氢原子与另一个原子之间（X-H···Y）通常X、Y原子都是电负性较强的原子氢键既可以是分子间的，也可以是分子内的键能比一般的共价键、离子键和金属键要小，但强于范德瓦耳斯作用液态水模拟图，蓝色虚线为分子间氢键邻硝基苯酚，存在分子内氢键

3NH3、H2O、HF存在分子间氢键，造成熔点、沸点较同族氢化物的反常升高邻硝基苯酚存在分子内氢键，熔点较存在分子间氢键的间硝基苯酚和对硝基苯酚要低气态的羧酸常以二聚体形式存在对生物体的重要意义：DNA中两条链的碱基通过氢键配对，不同碱基对配对的氢键数目不同，使得双螺旋的碱基配对具有专一性

4四种晶体结合方式比较晶体类型离子晶体共价晶体金属晶体分子晶体晶体组成阴离子、阳离子原子原子实、价电子电中性分子晶体结构阴、阳离子尽可能相间排列，配位数较大配位数较低配位数很高分子密堆结合力库伦吸引力（离子键）共价键金属键范德瓦耳斯力、氢键结合力特性无方向性无饱和性有方向性有饱和性无方向性无饱和性无方向性无饱和性键强度中强~强中强~强各种强度弱

5四种晶体性质比较晶体类型离子晶体共价晶体金属晶体分子晶体力学性质强度高，硬度大，脆，无延展性强度高，硬度大，脆，无延展性各种强度，各种硬度，延展性好强度低，硬度小热学性质熔体内为离子，低膨胀，高熔点熔体内为原子，低膨胀，高熔点各种熔点，导热性好熔体内为分子，高膨胀，低熔点电学性质绝缘体，熔体导电绝缘体/半导体，熔体不导电良导体，熔体导电绝缘体，熔体不导电光学性质较高折射率，完整晶体多为透明高折射率高反射率，不透明性质为各分子的性质典型举例氯化钾金刚石铜、铝有机分子晶体

6电离能晶体采取何种结合方式取决于原子束缚电子能力的强弱电离能：正离子+(-e)→中性原子使中性原子或离子失去一个电子所需要的能量同周期从左向右呈增大趋势（不是依次增大！）同主族从上到下呈减小趋势

7亲和能：中性原子+(-e)→负离子中性原子吸收一个电子成为负离子所放出的能量电离能均为正值（吸收能量），亲和能有正有负与电离能的变化规律有何联系与区别？HeNeArKrZnCSiVGeFClBrBeMgCaCu

8综合考虑了电离能和电子亲合能，首先由鲍林提出。电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。鲍林电负性标度：根据热化学数据和分子的键能，考察AB化合物实际键能与理想纯共价键能的差值，据此确定A、B的电负性差，并指定F的电负性为3.98密立根电负性标度：根据电离能和亲和能的平均值建立阿莱电负性标度：以核和成键原子的电子静电作用为基础建立电负性是用来标志原子得失电子能力的物理量

9元素电负性的规律1、周期表由左到右，电负性逐渐增强；2、周期表由上到下，电负性逐渐减弱；3、周期表向下，一个周期内电负性的差别降低；电负性越大/越小，原子越易得/失电子。IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIALiBeBCNOF1.01.52.02.53.03.54.0NaMgAlSiPSCl0.91.21.51.82.12.53.0KCaGaGeAsSeBr0.81.01.51.82.02.42.8

10I族元素原子对电子束缚较弱，易失电子，呈金属性结合IV族元素是最典型的共价晶体，如金刚石、单晶硅、锗、灰锡V、VI、VII族元素先通过共价键形成片、原子链、环或双原子分子，再通过范德瓦耳斯作用结合为分子晶体VIII族稀有气体具有稳定的满壳层电子结构，由原子直接通过范德瓦耳斯作用结合成分子晶体不同族元素形成化合物，电负性差别越大，成键离子性越强；随着差别减小过渡到共价结合金刚石磷硒溴

11稀有气体元素外层轨道填充满了电子，电离能很高，电子亲合能几乎为零，生成化合物的倾向很小。直到20世纪，化学家都认为稀有气体化合物不存在，并将这些元素称为“惰性气体”。鲍林在1933年时预测，原子序数较大的稀有气体元素有可能与F和O生成化合物，预言了KrF6和XeF6的存在，提出XeF8可能是个不稳定的化合物等。1962年，巴特利特在研究无机氟化物时，发现强氧化性的六氟化铂可将O2氧化为O2+。由于O2到O2+的电离能（1165kJ·mol–1）与Xe到Xe+的电离能相差不大（1170kJ·mol–1），因此他尝试用PtF6氧化Xe。结果反应得到了橙黄色的固体，其中包括XeFPtF6和XeFPt2F11。这是第一个制得的稀有气体化合物。

12O、Zn的电负性差(2.33)大于O、Co(2.1)和O、Ni(2.07)的电负性差，小于O、Mn的电负性差(2.43)电负性差较大的结合更稳定，较小的更易析出金属晶体在ZnO中，Mn的存在使得ZnO容易失去O，析出Zn纳米晶六边形的Zn纳米晶与ZnO基体的重叠会使得高分辨透射电镜像(HRTEM)产生莫尔条纹，对右图做出了解释Y.Wangetal.,MnbehaviorsinMn-implantedZnO,ActaMaterialia57(2009)2291–2299