晶體的結(jié)合和彈性分解PPT教案

1、會計(jì)學(xué)1晶體的結(jié)合和彈性分解晶體的結(jié)合和彈性分解晶體的結(jié)合類型2.2.2 2結(jié)合力的一般性質(zhì)2.2.3 3非極性分子晶體的結(jié)合能2.2.4 4離子晶體結(jié)合能2.2.5 5原子晶體的結(jié)合2.2.6 6原子的電負(fù)性2.2.7 7原子的電負(fù)性2.2.1 1第1頁/共106頁第一節(jié) 原子的電負(fù)性第2頁/共106頁原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性原子結(jié)合成晶體時(shí)，其外層電子要做重新分布，不同的分布產(chǎn)生了不同類型的結(jié)合力。不同類型的結(jié)合力導(dǎo)致了晶體結(jié)合的不同類型：。庫侖吸引力是原子結(jié)合成晶體的動力，是長程力；晶體原子間還存在排斥力，是短程力。一塊晶體處于穩(wěn)定平衡態(tài)時(shí)，其總能量E0比組成這晶體N個(gè)原子在自由時(shí)的總能

2、量低，二者之差：稱為。第3頁/共106頁中性原子結(jié)合成晶體，除了外界的壓力和溫度等條件的作用外，主要取決于原子最外層電子的作用。所有晶體的結(jié)合類型都與原子的電負(fù)性有關(guān)。電負(fù)性表征原子束縛價(jià)電子能力的強(qiáng)弱。原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性同一主族不同原子的性質(zhì)相近，不同主族中的原子失電子難易程度不同。第4頁/共106頁電子組態(tài)泡利不相容原理能量最低原理洪特規(guī)則原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性第5頁/共106頁電子組態(tài)定義：給定原子所有電子的主量子數(shù)n和軌道量子數(shù)l的組合。主量子數(shù)n=1、2、3、 軌道量子數(shù)l=0、1、2、3、 （n-1）原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性第6頁/共106頁電子占據(jù)軌道的順序原子的電負(fù)性原

3、子的電負(fù)性第7頁/共106頁泡利不相容原理定義：包括自旋，不可能存在量子態(tài)全同的兩個(gè) 電子。原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性第8頁/共106頁洪特規(guī)則電子依能量由低到高依次進(jìn)入軌道并先單一自旋平行地占據(jù)盡量多的等價(jià)軌道。原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性第9頁/共106頁能量最低原理任何穩(wěn)定體系，其能量最低。原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性第10頁/共106頁原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性使原子失去一個(gè)電子所需的能量，稱為。電離能元素元素NaMgAlSiPSClAr電離能電離能5.1387.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素元素KCaGaGeAsSeBrKr電離能電離能4.3396.1

4、116.007.889.879.7511.8413.996(單位：eV)第11頁/共106頁原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性一個(gè)中性原子獲得一個(gè)電子成為負(fù)離子所釋放出的能量，叫電子的。電子親和能隨原子半徑的減小而增大，原子半徑小，獲得一個(gè)電子將釋放出較大的能量。第12頁/共106頁原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性電離能和電子親和能從不同的角度表征了原子駕馭電子的能力。為了綜合表征原子得失電子的能力，定義電負(fù)性的概念。原子的電負(fù)性=0.18（電離能+親和能）選取系數(shù)0.18是為了使Li的電負(fù)性為1.第13頁/共106頁原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性由上向下電負(fù)性依次減小元素周期表自左至右電負(fù)性依次增大電負(fù)性小的是金屬

5、性元素，電負(fù)性大的是非金屬性元素。第14頁/共106頁第二節(jié) 晶體的結(jié)合類型第15頁/共106頁周期表上同一族的元素具有相似的屬性，因此，可以預(yù)期原子結(jié)合成晶體時(shí)，會出現(xiàn)一些比較典型的結(jié)合類型，根據(jù)結(jié)合力的性質(zhì)把晶體分為五個(gè)典型的結(jié)合類型，分別為：原子晶體、離子晶體、金屬晶體、分子晶體、氫鍵晶體。第16頁/共106頁一、離子晶體一、離子晶體依靠正負(fù)離子的庫侖吸引力結(jié)合形成的晶體稱為離子晶體。由元素周期表中第族堿金屬元素與第族的鹵族元素化合而成。堿金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs和鹵族元素F、Cl、Br、I之間形成的化合物，典型的離子晶體有NaCl型和CsCl型。第17頁/共106頁離子晶體的

6、特點(diǎn)離子晶體的特點(diǎn)1、以離子作為結(jié)合的基本單元；2、正負(fù)離子相間排列，當(dāng)離子間距大于平衡間距時(shí)，庫侖作用總效果呈吸引性，當(dāng)離子間距小于平衡間距時(shí)，離子之間產(chǎn)生強(qiáng)烈排斥。當(dāng)吸引和排斥作用達(dá)到平衡時(shí)，形成穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)；3、正、負(fù)離子都具有滿殼層電子結(jié)構(gòu)離子，電子分布為球?qū)ΨQ分布；4、離子晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，硬度較大，導(dǎo)電性差。第18頁/共106頁A A、NaCl結(jié)構(gòu)： 結(jié)合成晶體時(shí)，Na原子的價(jià)電子轉(zhuǎn)移到Cl原子上，形成Na+和Cl-（都具有滿殼層電子結(jié)構(gòu)）。Na+和Cl-各自構(gòu)成面心立方布拉菲晶格，沿晶胞基矢方向相互移動半個(gè)晶格常數(shù)套構(gòu)形成氯化鈉結(jié)構(gòu)。Na+和Cl-相間排列，以異號離子為鄰。

7、第19頁/共106頁B B、氯化銫結(jié)構(gòu) 結(jié)合成晶體時(shí)，Cs原子的價(jià)電子轉(zhuǎn)移到Cl原子上，形成Cs+和Cl-（都具有滿殼層電子結(jié)構(gòu)）。Cs+和Cl-各自構(gòu)成簡單立方布拉菲晶格，沿體對角線方向相互移動1/2對角線長度套構(gòu)形成氯化銫結(jié)構(gòu)。Cs和Cl-相間排列，以異號離子為鄰。第20頁/共106頁二、原子晶體二、原子晶體元素周期表中第族元素C、Si、Ge、Sn的晶體是典型代表，其主要依靠具有飽和性和方向性的共價(jià)鍵結(jié)合。典型的有：金剛石、Si、InSb和半導(dǎo)體。第21頁/共106頁共價(jià)鍵及原子晶體的特點(diǎn)共價(jià)鍵及原子晶體的特點(diǎn)1、以原子作為結(jié)合的基本單元；2、在結(jié)合過程中，自旋相反的兩個(gè)電子配對，在兩個(gè)原

8、子核之間的區(qū)域形成較大電子云密度，與原子核形成較強(qiáng)吸引力，并使兩個(gè)原子形成滿殼層電子結(jié)構(gòu)。第22頁/共106頁3、如果價(jià)電子殼層中的電子數(shù)目不到半滿，形成共價(jià)鍵的數(shù)目與價(jià)電子數(shù)相等。如果價(jià)電子殼層中的電子數(shù)目超過半滿，形成共價(jià)鍵的數(shù)目等于未填充的量子態(tài)數(shù)（共價(jià)鍵的飽和性）；4、原子只能在特定方向上形成共價(jià)鍵（共價(jià)鍵的方性）；5、共價(jià)的強(qiáng)弱決定于形成共價(jià)鍵的兩個(gè)電子波函數(shù)的交疊程度；6、共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，硬度大，導(dǎo)電性差，范性差；第23頁/共106頁金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)中，每個(gè)碳原子與4個(gè)鄰近碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，共價(jià)鍵之間的夾角為 ，形成正四面體結(jié)構(gòu)。/109 28第24頁/共

9、106頁第25頁/共106頁三、金屬晶體三、金屬晶體 當(dāng)金屬原子結(jié)合形成晶體時(shí)，價(jià)電子不再束縛在原子上，而在整個(gè)晶體中運(yùn)動，形成共有化運(yùn)動負(fù)電子云和固定在格點(diǎn)上的正離子，正離子與負(fù)電子云之間的庫侖吸引力稱為金屬鍵。 金屬鍵使金屬原子結(jié)合形成晶體，稱為金屬晶體。第26頁/共106頁第27頁/共106頁第28頁/共106頁金屬鍵及金屬晶體的特點(diǎn)金屬鍵及金屬晶體的特點(diǎn)1、金屬鍵強(qiáng)度低于離子鍵強(qiáng)度；2、金屬鍵對原子排列的具體形式?jīng)]有特殊要求，原子排列越緊密，庫侖勢能越低。晶體體積越小，負(fù)電子云密度越高，庫侖相互作用勢能越低，晶體結(jié)合越穩(wěn)定（體積效應(yīng)）；第29頁/共106頁3、金屬晶體傾向于密堆積結(jié)構(gòu)，

10、Au、Ag、Cu為面心立方（或Be、Mg、Zn六角密排）結(jié)構(gòu)或體心立方結(jié)構(gòu)，配位數(shù)12或8；4、金屬晶體導(dǎo)熱性好、導(dǎo)電性好，范性好；第30頁/共106頁四、分子晶體四、分子晶體定義：定義：具有滿電子殼層結(jié)構(gòu)的原子或分子組成的晶體稱為分子晶體。 分子晶體可分為極性分子晶體、非極性分子晶體。 分子晶體的結(jié)合力范德瓦耳斯力（包括靜電力、誘導(dǎo)力、色散力三種）特點(diǎn)：特點(diǎn)：熔點(diǎn)很低，絕緣體；典型的有具有面心結(jié)構(gòu)的惰性元素（Ne、Ar)的晶體。第31頁/共106頁范德瓦耳斯（Van der Waals）,荷蘭科學(xué)家，因氣體和液體狀態(tài)方程獲諾貝爾物理學(xué)獎。第32頁/共106頁五、氫鍵晶體五、氫鍵晶體 氫原子可

11、以同時(shí)和兩個(gè)負(fù)電性很大而原子半徑較小的原子（O、F、N)相結(jié)合，這種特殊結(jié)合稱為氫鍵；氫鍵的性質(zhì)復(fù)雜，這里僅舉例說明，冰(H2O)是一種氫鍵晶體。如下圖示：第33頁/共106頁第34頁/共106頁六、綜合鍵六、綜合鍵組成石墨的一個(gè)碳原子有四個(gè)價(jià)電子：三個(gè)價(jià)電子與最近鄰的三個(gè)碳原子組成共價(jià)鍵結(jié)合。另一個(gè)電子則自由地在整個(gè)層中活動，具有金屬鍵的性質(zhì)，這是石墨具有較好導(dǎo)電本領(lǐng)的根源.第35頁/共106頁第36頁/共106頁第三節(jié) 結(jié)合力的一般性質(zhì)第37頁/共106頁各種不同的晶體，其結(jié)合力的類型和大小是不同的。但在任何晶體中，兩個(gè)粒子間的相互作用力或互作用勢與它們間的距離的關(guān)系在定性上是相同的。第3

12、8頁/共106頁晶體中粒子的相互作用可分為吸引作用和排斥作用兩大類。前者是遠(yuǎn)程的，后者是近程的，在某一適當(dāng)距離，兩者平衡，使晶格處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，吸引作用來源于異性電荷之間的庫侖引力，而排斥作用則來自于兩個(gè)方面：一方面是同性電荷之間的庫侖斥力，另一方面是泡利不相容原理所引起的排斥。第39頁/共106頁兩原子間互作用勢能兩原子間互作用勢能圖中給出相互作用隨原子間距變化的一般關(guān)系曲線。兩個(gè)原子的相互作用勢能u(r) 的曲線如圖（a）示：由勢能u(r)可以計(jì)算互作用力： rrurf第40頁/共106頁由互作用力曲線圖（由互作用力曲線圖（b b）看出：）看出：當(dāng)兩原子很靠近時(shí)，斥力大于引力，總的作用

13、為斥力，f(r)0; 當(dāng)兩原子比較遠(yuǎn)時(shí)，引力大于斥力，總的作用為引力，f(r) m m nmrBrA第44頁/共106頁晶體中總的互作用勢能晶體中總的互作用勢能經(jīng)典理論經(jīng)典理論：若晶體中的互作用勢能可視為是原（離）子對間的互作用勢能之和，那么可通過先計(jì)算兩個(gè)原子間的互作用勢能，然后再把晶格結(jié)構(gòu)的因素考慮進(jìn)去，綜合起來就可以求得晶體的總勢能，這就是經(jīng)典的處理方法。第45頁/共106頁設(shè)晶體中兩原子的互作用勢能為u(rij)，則由N個(gè)原子組成的晶體其總的互作用勢能為1( )( )2NNijijU ru r式中引入1/2因子是由于u(rij)與u(rji)本是同一個(gè)互作用勢能，計(jì)算了兩次。第46頁/

14、共106頁另外由于晶體的表面層原子數(shù)目比內(nèi)部原子數(shù)目少得多，如果忽略表面層原子和內(nèi)部原子對勢能貢獻(xiàn)的差別，這不會引起大的誤差，因此上式可簡化，得到N個(gè)粒子組成的晶體的總的互作用勢能為：1( )(),22(1,2 3)ijjNNUruu rjj、 .、 N第47頁/共106頁在0K時(shí)，晶體的結(jié)合能近似等于原子互作用勢能的絕對值。結(jié)合能第48頁/共106頁體積彈性模量原子總的互作用勢能（的簡化式）的大小由兩個(gè)因素決定：一是原子的數(shù)目，二是原子的間距。把這兩個(gè)因素歸納成一個(gè)因素：原子總的互作用勢能是晶體體積的函數(shù)。下面我們試圖利用原子互作用勢能求出與體積有關(guān)的常數(shù)晶體的體積彈性模量。第49頁/共10

15、6頁由熱力學(xué)可知，壓縮系數(shù)的定義：單位壓強(qiáng)引起的體積的相對變化，即1TVkVP 而體積彈性模量等于壓縮系數(shù)的倒數(shù)，1TPKVkV 第50頁/共106頁在絕熱近似下，晶體體積增大，晶體對外做功，對外做的功等于內(nèi)能的減少，即PdVdU 也就是UPV 將上式代入體積彈性模量，有第51頁/共106頁02021VPKVkV這樣就得到了晶體平衡時(shí)的體積彈性模量。下面將UPV 在平衡點(diǎn)附近展成級數(shù)0022VVUUUPVVVV 第52頁/共106頁在平衡點(diǎn)，晶體的勢能最小，即00VUV若取線性項(xiàng)，則有0220VUVPVKVV 當(dāng)周圍環(huán)境的壓強(qiáng)不太大時(shí)，P可視為一個(gè)微分小量，則第53頁/共106頁0PKVV 因

16、為晶格具有周期性，晶體的體積總可化成3VR在平衡點(diǎn)，勢能取極小值，即00RdUdR第54頁/共106頁00222022209VRRUUVVR由于于是0220209RRUKVR第55頁/共106頁第 四 節(jié) 非極性分子晶體的結(jié)合能第56頁/共106頁一、瞬時(shí)偶極矩一、瞬時(shí)偶極矩非極性分子晶體(e.g.惰性元素晶體)的結(jié)合力是由瞬時(shí)偶極矩的互作用引起的,稱為范德瓦爾斯范德瓦爾斯- -倫敦力倫敦力。當(dāng)瞬時(shí)觀察分子時(shí)，原子核和電子間呈現(xiàn)出周期變化的瞬時(shí)偶極矩，分子間就靠這個(gè)偶極矩間的互作用而結(jié)合。電子繞原子核旋轉(zhuǎn)的一般情況第57頁/共106頁某時(shí)刻,兩個(gè)分子具有下圖的位置,兩個(gè)分子間有一個(gè)引力,分子間

17、勢能最低：某時(shí)刻,兩分子具有下圖的位置,兩個(gè)分子間有一個(gè)斥力,分子間勢能最高：第58頁/共106頁二、非極性分子晶體總的互作用勢二、非極性分子晶體總的互作用勢按照玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)分布律,溫度越低,處于相互吸引的幾率比處于相互排斥狀態(tài)的幾率要多得多,于是分子便結(jié)合成晶體。一維線性振子模型一維線性振子模型r為兩振子平衡點(diǎn)間的距離下面用線性振子模型處理分子間的互作用力。第59頁/共106頁當(dāng)r很大則兩振子間無互作用，此時(shí)系統(tǒng)的總能量E為：（c為恢復(fù)力常數(shù)）每個(gè)振子具有相同的頻率：012cm第60頁/共106頁若兩分子靠得很近，足以發(fā)生相互作用的話，互作用勢能u12為2222120211214eeeeur

18、rxxrxrx22211011114111exxxxrrrrr 第61頁/共106頁因?yàn)閞x1、x2，上式可以近似為： 212121233022e x xex xurr 于是，系統(tǒng)中能量為：20ec為分子極化系數(shù)第62頁/共106頁為討論方便，引入正則坐標(biāo)1122121212xxxx代入上式，有2/22/211222222PcPcEmm第63頁/共106頁式中/3/31212ccrccr/03/0311221122cmrcmr振子的振動頻率為第64頁/共106頁引入正則坐標(biāo)后，可以把兩個(gè)互作用的振子看作為正則坐標(biāo)系中以不同頻率作“獨(dú)立”振動的振子。振子的振動能：12En h0,1,2,n 系統(tǒng)

19、的零點(diǎn)振動能：/01122Ehh第65頁/共106頁1 21 20332002611122232hrrhhr/01122Ehh第66頁/共106頁由此可見，有了互作用后，能量就降低了，即202632Ehr 這說明分子間的范德瓦爾斯-倫敦力引起的互作用勢能與r-6成正比。考慮到三維情況，兩個(gè)三維振子的互作用勢能為20621 364Ehr 第67頁/共106頁實(shí)驗(yàn)上測得兩分間的斥力與r-12成正比，因此一對分子間總的互作用勢能可表示成： 612ABu rrr 第68頁/共106頁兩分子之間的相互作用，用著名的兩分子之間的相互作用，用著名的雷納德雷納德 - -瓊斯勢表示瓊斯勢表示其中其中6124)(

20、rrruBAAB4;261非 極 性 分 子 晶 體 的 結(jié) 合 能非 極 性 分 子 晶 體 的 結(jié) 合 能第69頁/共106頁 利用雷納德利用雷納德 - -瓊斯勢可以給出分子晶體的結(jié)合能瓊斯勢可以給出分子晶體的結(jié)合能。其勢能曲線如圖所示。其勢能曲線如圖所示。 第70頁/共106頁由N個(gè)原子組成的分子晶體互作用勢能為：1261262UNAARRA12,A6都是只與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。/12121jjAa/661jjAa第71頁/共106頁第五節(jié) 離子晶體的結(jié)合能第72頁/共106頁離子晶體的經(jīng)典理論是由玻恩、馬德隆等人在量子力學(xué)之前已建立。根據(jù)離子的最外層電子組態(tài)的飽和性，近似地把正、負(fù)里子看作

21、是球形對稱的，因此可以把其作為點(diǎn)電荷來處理。下面以NaCl晶體為例來計(jì)算其結(jié)合能：一、離子晶體的結(jié)合能一、離子晶體的結(jié)合能第73頁/共106頁對于具有N個(gè)正、負(fù)離子組成的晶體，根據(jù)( )()22iijjNNUruu r(1,2 3 .)jjN 、 、結(jié)合能為：20 11()24njjjNebrr U正號對應(yīng)相異離子間的互作用負(fù)號對應(yīng)相同離子間的互作用第74頁/共106頁設(shè)最近鄰離子間的距離為R，則 是與晶體結(jié)1,jjraRja構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。2011()24nnjjjjNebURaRa 令令njjbBa1Njja 稱為，它是僅與晶體幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。第75頁/共106頁20()24nNeBUR

22、R 平衡時(shí)，002210024nRRdUNenBdRRR 21004neBRn第76頁/共106頁離子晶體在平衡時(shí)的結(jié)合能：2000118bNeEU RRn由彈性模量0220209RRUKVR有：2400172eKnR第77頁/共106頁由X射線衍射測出R0，實(shí)驗(yàn)測出晶體的體積彈性模量K，由上式可以求出參量n:4002721RnKe 第78頁/共106頁兩點(diǎn)：A.離子晶體的結(jié)合能主要來自庫侖能，而排斥能僅是庫侖能絕對值的1/n;B.離子晶體的結(jié)合能與成正比，再次看看離子晶體的結(jié)合能：2000118bNeEU RRn越大，離子晶體越穩(wěn)定，因此，馬德隆常數(shù)又稱為。第79頁/共106頁二二. .馬德

23、隆常數(shù)的計(jì)算馬德隆常數(shù)的計(jì)算由由 的定義式，將求和逐項(xiàng)寫出的定義式，將求和逐項(xiàng)寫出, ,并不能得到收斂的結(jié)果并不能得到收斂的結(jié)果。為此，埃夫琴（。為此，埃夫琴（EvjenEvjen）發(fā)展了一套求）發(fā)展了一套求 的有效方法。的有效方法。設(shè)想把晶體分成許多大的晶胞，使每個(gè)晶胞中設(shè)想把晶體分成許多大的晶胞，使每個(gè)晶胞中包含的正負(fù)離子數(shù)目相同，因而每個(gè)大晶胞是電中性的。包含的正負(fù)離子數(shù)目相同，因而每個(gè)大晶胞是電中性的。若選取某一大晶胞中心的離子為參考離子，則其它離子的若選取某一大晶胞中心的離子為參考離子，則其它離子的作用可分為大晶胞內(nèi)的離子和大晶胞外的離子兩部分。作用可分為大晶胞內(nèi)的離子和大晶胞外的離

24、子兩部分。第80頁/共106頁由于大晶胞是電中性的由于大晶胞是電中性的, ,如果大晶胞足夠大如果大晶胞足夠大, ,那么那么其它大晶胞作為整體對參考離子的作用就很微弱其它大晶胞作為整體對參考離子的作用就很微弱, ,所以只要考慮大晶胞內(nèi)離子對參考離子的作用所以只要考慮大晶胞內(nèi)離子對參考離子的作用即可。即可。這個(gè)大晶胞通常稱為埃夫琴晶胞。這個(gè)大晶胞通常稱為埃夫琴晶胞。第81頁/共106頁B. 以參考點(diǎn)為原點(diǎn)0，建立坐標(biāo)系；C. 把原點(diǎn)周圍的離子區(qū)分成幾個(gè)圈層：最近鄰、次近鄰在次近鄰、D. 分別計(jì)算出這幾個(gè)圈層中各個(gè)離子的aj，然后代入公式。A. 選擇合適大小的埃夫琴晶胞；埃夫琴晶胞；第82頁/共10

25、6頁例如：以例如：以NaClNaCl晶體為例，取某大晶胞中心的晶體為例，取某大晶胞中心的ClCl- -為參考離為參考離子子, ,則它到其它離子的距離為則它到其它離子的距離為r rj j：0第83頁/共106頁1/2222123jjrr nnnraria123nnn、為整數(shù)，最近鄰離子間距，為1/2222123jannn由圖知，離參考離子最近的有6 6個(gè)正離子，其位置可表示為(1,0,0),(0,1,0),(0,0, 1),因而aj=1,但每個(gè)離子只有1/2是屬于本晶體的。第84頁/共106頁同樣,次近鄰有1212個(gè)負(fù)離子,其位置可用(1,1,0)代表,每個(gè)離子的 ，但每個(gè)離子只能有1/4屬于本

26、晶胞。再次近鄰有8個(gè)正離子，其位置可用(1,1,1)代表，每個(gè)離子的 ，而每個(gè)離子只有1/8屬于本晶胞。于是11111161281.45724823 2ja 3ja 大晶胞取得越大，結(jié)果更精確，精確取值為大晶胞取得越大，結(jié)果更精確，精確取值為1.747565 第85頁/共106頁三、離子半徑三、離子半徑在說離子半徑之前，先說說原子半徑。原子核的尺寸很小，原子的尺寸主要由核外電子云決定。原子構(gòu)成晶體時(shí)，其電子云已不同于孤立原子的電子云。對于同種原子來說，在不同的晶體結(jié)構(gòu)中其半徑不同。對于金屬晶體，原子的半徑稱為金屬半徑金屬半徑；對于原子晶體，稱為共價(jià)半徑共價(jià)半徑；對于分子晶體，稱為范德瓦爾斯半徑

27、范德瓦爾斯半徑。第86頁/共106頁金屬半徑定義為金屬原子半徑為核間距的一半；共價(jià)半徑定義為核間距的一半；范德瓦爾斯半徑定義為相鄰分子間兩個(gè)近鄰的非成鍵原子核間距的一半；第87頁/共106頁離子半徑是描述原子核到其最外層電子的平均距離，它將集中反映了核對核外電子的吸引和核外電子之間相互排斥的平衡效果。實(shí)際上無法給出精確不變的離子半徑，隨著價(jià)態(tài)不同，離子半徑也不同。第88頁/共106頁特別是，離子晶體中，正負(fù)離子半徑一般不等，那如何確定離子的半徑呢？泡林認(rèn)為，離子的大小主要取決于最外層電子的分布，對于等電子離子，離子半徑與有效電荷 成反比，即ZCRZC外層電子主量子數(shù)決定的常數(shù)，Z為原子序數(shù)，

28、為屏蔽常數(shù)。第89頁/共106頁下面以下面以NaClNaCl為例說明：為例說明：電子移動前電子移動后第90頁/共106頁第五節(jié) 原子晶體的結(jié)合第91頁/共106頁原子晶體的結(jié)合是由共價(jià)鍵形成的。共價(jià)鍵的特性有二，即飽和性和方向性?，F(xiàn)說明如下：價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論認(rèn)為原子中未成對的電子，可以和另一原子中一個(gè)自旋相反的未成對電子配對，配對的電子即形成一個(gè)共價(jià)鍵。第92頁/共106頁飽和性飽和性根據(jù)泡利不形容原理，當(dāng)原子中的電子一旦配對后，便不能再與第三個(gè)電子配對。因此當(dāng)一個(gè)原子與其它原子結(jié)合時(shí)，形成共價(jià)鍵的數(shù)目有一個(gè)最大值，這個(gè)最大值決定于它所含的未配對電子數(shù)，這個(gè)特性稱為共價(jià)鍵的飽和性。第9

29、3頁/共106頁方向性方向性當(dāng)兩個(gè)自旋方向相反的未配對電子結(jié)合成共價(jià)鍵后，電子云發(fā)生交迭。共價(jià)鍵越穩(wěn)固，電子云交迭的越厲害。因此原子與共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，必定選取電子云密度最大的方位，這就是共價(jià)鍵方向性的物理本質(zhì)。第94頁/共106頁第六節(jié) 原子的電負(fù)性請與第一節(jié)合并2014、4、9第95頁/共106頁一、電離能一、電離能 使原子失去一個(gè)電子所需要的能量，稱為原子的電離能，它是用來量度原子對價(jià)電子束縛程度的物理量。 從原子中移去第一個(gè)電子所需要的能量，稱為第一電離能。而從價(jià)離子中移去一個(gè)電子所需要的能量，稱為第二電離能。 可以證明，第二電離能一定大于第一電離能。 第96頁/共106頁電離能可以表征原子對價(jià)電子束縛的強(qiáng)弱。電離能隨原子序數(shù)的變化關(guān)系如圖所示。 可以看到，可以看到，同一元素同一元素周期里，電離能隨原子序周期里，電離能隨原子序數(shù)不斷增大。數(shù)不斷增大。 惰性元素的電離能都惰性元素的電離能都很大，表示原子很難被激很大，表示原子很難被激發(fā)，而堿金屬元素的電離發(fā)，而堿金屬元素的電離能都很小，所以很容易失能都很小，所以很容易失去價(jià)電子。去價(jià)電子。 第97頁/共106頁二、電子親和能二、電子親和能 用來描述原子對價(jià)電子束縛程度的另一個(gè)物理量是電子親和能。 電子親和能是指中性原子獲得一個(gè)電子并成為負(fù)離子所釋放出的能量。 親和過程并不是電離過