非極性分子晶體.ppt

第三節(jié) 非極性分子晶體,本節(jié)主要內(nèi)容:,2.3.1 非極性分子晶體的結(jié)構(gòu),2.3.2 非極性分子晶體的結(jié)合能,2.3.3 非極性分子晶體的特征,2.3 非極性分子晶體,范德瓦爾斯力：分子偶極矩的靜電吸引作用產(chǎn)生的力。,極性分子永久偶極矩間的相互作用力稱為范德瓦爾斯-葛生力。,非極性分子被極性分子的電場(chǎng)極化而產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極矩與極性分子永久偶極矩間的相互作用力稱為范德瓦爾斯-德拜力。,非極性分子的瞬時(shí)偶極矩間相互作用力稱為范德瓦爾斯-倫敦力。,2.3.1 非極性分子晶體結(jié)構(gòu),1.結(jié)構(gòu),具有飽和電結(jié)構(gòu)的原子或分子+范德瓦爾斯-倫敦力。惰性氣體分子He、Ne、Ar、Kr、Xe在低溫下形成非極性分子晶體。,3.配位數(shù),2.結(jié)合力,通常取密堆積,配位數(shù)為12。,范德瓦爾斯-倫敦力。,2.3.2 非極性分子晶體的結(jié)合能,1.模型,兩個(gè)相距為r的全同線性諧振子1和2，每個(gè)諧振子帶有一個(gè)正電荷+q和負(fù)電荷-q，正負(fù)電荷之間的距離分別為x1和x2，粒子沿x軸振動(dòng)。,2.計(jì)算,(1)當(dāng)r很大時(shí)，兩振子間沒(méi)有相互作用，兩振子的總能量,兩個(gè)分子間的相互作用勢(shì)能,據(jù)量子力學(xué)的結(jié)果，諧振子的振動(dòng)能量為：,零點(diǎn)振動(dòng)能為：,(2)當(dāng)兩個(gè)振子靠得很近時(shí)，兩個(gè)振子間會(huì)發(fā)生相互作用，,相互作用勢(shì)能為：,(計(jì)算時(shí)保留到二次方項(xiàng)),推導(dǎo)略,令,分子的極化系數(shù),振子的零點(diǎn)振動(dòng)能,兩個(gè)振子的相互作用能,-吸引能,兩個(gè)振子的相互作用能,排斥能,一對(duì)分子間的互作用勢(shì)能為：,或,-著名的雷納德-瓊斯勢(shì),式中,N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：,-吸引能,設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則,是僅與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。,2.平衡時(shí)體積彈性模量和晶體的結(jié)合能,平均每個(gè)原子的能量u0為：,(1)晶體的結(jié)合能,晶體的結(jié)合能：,平衡時(shí)最近鄰原子間距離,平衡時(shí)總的互作用勢(shì)能,2.3.3 非極性分子晶體的特征,分子晶體的結(jié)合能小，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很低；硬度比較小。,(2)體積彈性模量,根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu),求出,體積彈性模量K,對(duì)于面心立方,單胞體積：,n為每個(gè)單胞中的原子個(gè)數(shù),解:,(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。,例2：采用雷納德-瓊斯勢(shì)，求體心立方和面心立方Ne的結(jié)合能之比(說(shuō)明Ne取面心立方結(jié)構(gòu)比體心立方結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定)。,已知(A12)f=12.13； (A6)f=14.45；