2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：范德瓦耳斯晶體

1、范德瓦耳斯晶體范德瓦耳斯晶體N個(gè)原子所構(gòu)成晶體的勢(shì)能其中：1/2因子：相互作用能為兩個(gè)原子共有A12 和 A6：與晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)的求和項(xiàng)，類似離子結(jié)合的馬德隆常數(shù)非極性分子晶體中也有晶格常數(shù)r0滿足，平衡狀態(tài)體變模量類比離子結(jié)合中的分析：利用晶格常數(shù)r0和體變模量K，可以推測(cè)晶體結(jié)合能/內(nèi)能晶體的結(jié)合能分子間作用力的一種一種永久偶極之間的作用力，氫鍵發(fā)生在已經(jīng)以共價(jià)鍵與其它原子鍵合的氫原子與另一個(gè)原子之間（X-HY）通常X、Y原子都是電負(fù)性較強(qiáng)的原子氫鍵既可以是分子間的，也可以是分子內(nèi)的鍵能比一般的共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵要小，但強(qiáng)于范德瓦耳斯作用液態(tài)水模擬圖，藍(lán)色虛線為分子間氫鍵鄰硝基苯酚，存在

2、分子內(nèi)氫鍵NH3、H2O、HF存在分子間氫鍵，造成熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較同族氫化物的反常升高鄰硝基苯酚存在分子內(nèi)氫鍵，熔點(diǎn)較存在分子間氫鍵的間硝基苯酚和對(duì)硝基苯酚要低氣態(tài)的羧酸常以二聚體形式存在對(duì)生物體的重要意義：DNA中兩條鏈的堿基通過(guò)氫鍵配對(duì)，不同堿基對(duì)配對(duì)的氫鍵數(shù)目不同，使得雙螺旋的堿基配對(duì)具有專一性四種晶體結(jié)合方式比較晶體類型離子晶體共價(jià)晶體金屬晶體分子晶體晶體組成陰離子、陽(yáng)離子原子原子實(shí)、價(jià)電子電中性分子晶體結(jié)構(gòu)陰、陽(yáng)離子盡可能相間排列，配位數(shù)較大配位數(shù)較低配位數(shù)很高分子密堆結(jié)合力庫(kù)倫吸引力（離子鍵）共價(jià)鍵金屬鍵范德瓦耳斯力、氫鍵結(jié)合力特性無(wú)方向性無(wú)飽和性有方向性有飽和性無(wú)方向性無(wú)飽和性無(wú)方向

3、性無(wú)飽和性鍵強(qiáng)度中強(qiáng)強(qiáng)中強(qiáng)強(qiáng)各種強(qiáng)度弱四種晶體性質(zhì)比較晶體類型離子晶體共價(jià)晶體金屬晶體分子晶體力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度高，硬度大，脆，無(wú)延展性強(qiáng)度高，硬度大，脆，無(wú)延展性各種強(qiáng)度，各種硬度，延展性好強(qiáng)度低，硬度小熱學(xué)性質(zhì)熔體內(nèi)為離子，低膨脹，高熔點(diǎn)熔體內(nèi)為原子，低膨脹，高熔點(diǎn)各種熔點(diǎn)，導(dǎo)熱性好熔體內(nèi)為分子，高膨脹，低熔點(diǎn)電學(xué)性質(zhì)絕緣體，熔體導(dǎo)電絕緣體/半導(dǎo)體，熔體不導(dǎo)電良導(dǎo)體，熔體導(dǎo)電絕緣體，熔體不導(dǎo)電光學(xué)性質(zhì)較高折射率，完整晶體多為透明高折射率高反射率，不透明性質(zhì)為各分子的性質(zhì)典型舉例氯化鉀金剛石銅、鋁有機(jī)分子晶體電離能晶體采取何種結(jié)合方式取決于原子束縛電子能力的強(qiáng)弱電離能：正離子 + (-e) 中性原

4、子使中性原子或離子失去一個(gè)電子所需要的能量同周期從左向右呈增大趨勢(shì)（不是依次增大?。┩髯鍙纳系较鲁蕼p小趨勢(shì)親和能：中性原子 + (-e) 負(fù)離子中性原子吸收一個(gè)電子成為負(fù)離子所放出的能量電離能均為正值（吸收能量），親和能有正有負(fù)與電離能的變化規(guī)律有何聯(lián)系與區(qū)別？HeNeArKrZnCSiVGeFClBrBeMgCaCu綜合考慮了電離能和電子親合能，首先由鮑林提出。電負(fù)性數(shù)值越大，原子在形成化學(xué)鍵時(shí)對(duì)成鍵電子的吸引力越強(qiáng)。鮑林電負(fù)性標(biāo)度：根據(jù)熱化學(xué)數(shù)據(jù)和分子的鍵能，考察AB化合物實(shí)際鍵能與理想純共價(jià)鍵能的差值，據(jù)此確定A、B的電負(fù)性差，并指定F的電負(fù)性為3.98密立根電負(fù)性標(biāo)度：根據(jù)電離能和親

5、和能的平均值建立阿萊電負(fù)性標(biāo)度：以核和成鍵原子的電子靜電作用為基礎(chǔ)建立電負(fù)性是用來(lái)標(biāo)志原子得失電子能力的物理量元素電負(fù)性的規(guī)律1、周期表由左到右，電負(fù)性逐漸增強(qiáng)；2、周期表由上到下，電負(fù)性逐漸減弱；3、周期表向下，一個(gè)周期內(nèi)電負(fù)性的差別降低；電負(fù)性越大/越小，原子越易得/失電子。I AII AIII AIV AV AVI AVII ALiBeBCNOF1.01.52.02.53.03.54.0NaMgAlSiPSCl0.91.21.51.82.12.53.0KCaGaGeAsSeBr0.81.01.51.82.02.42.8I族元素原子對(duì)電子束縛較弱，易失電子，呈金屬性結(jié)合IV族元素是最典型的

6、共價(jià)晶體，如金剛石、單晶硅、鍺、灰錫V、VI、VII族元素先通過(guò)共價(jià)鍵形成片、原子鏈、環(huán)或雙原子分子，再通過(guò)范德瓦耳斯作用結(jié)合為分子晶體VIII族稀有氣體具有穩(wěn)定的滿殼層電子結(jié)構(gòu)，由原子直接通過(guò)范德瓦耳斯作用結(jié)合成分子晶體不同族元素形成化合物，電負(fù)性差別越大，成鍵離子性越強(qiáng)；隨著差別減小過(guò)渡到共價(jià)結(jié)合金剛石磷硒溴稀有氣體元素外層軌道填充滿了電子，電離能很高，電子親合能幾乎為零，生成化合物的傾向很小。直到20世紀(jì)，化學(xué)家都認(rèn)為稀有氣體化合物不存在，并將這些元素稱為“惰性氣體”。鮑林在1933年時(shí)預(yù)測(cè)，原子序數(shù)較大的稀有氣體元素有可能與F和O生成化合物，預(yù)言了KrF6和XeF6的存在，提出XeF8

7、可能是個(gè)不穩(wěn)定的化合物等。1962年，巴特利特在研究無(wú)機(jī)氟化物時(shí)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)氧化性的六氟化鉑可將O2氧化為O2+。由于O2到O2+的電離能（1165 kJmol1）與Xe到Xe+的電離能相差不大（1170 kJmol1），因此他嘗試用PtF6氧化Xe。結(jié)果反應(yīng)得到了橙黃色的固體，其中包括XeFPtF6和XeFPt2F11。這是第一個(gè)制得的稀有氣體化合物。O、Zn的電負(fù)性差(2.33)大于O、Co (2.1) 和O、Ni (2.07)的電負(fù)性差，小于O、Mn的電負(fù)性差(2.43)電負(fù)性差較大的結(jié)合更穩(wěn)定，較小的更易析出金屬晶體在ZnO中，Mn的存在使得ZnO容易失去O，析出Zn納米晶六邊形的Zn納米晶與ZnO基體的重疊會(huì)使得高分辨