固體物理：25 分子力結(jié)合2課件

原子結(jié)合成晶體時(shí),不同原子對(duì)電子的爭奪能力不同（電負(fù)性）,使得原子外層電子作重新分布.

根據(jù)結(jié)合力的性質(zhì)和特點(diǎn),晶體可分為五種基本類型:離子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、分子晶體和氫鍵晶體.原子結(jié)合成晶體時(shí),不同原子對(duì)電子的爭奪能力不同（電負(fù)1

滿殼層電子結(jié)構(gòu)的原子之間靠范德瓦耳斯力結(jié)合.典型的分子晶體:低溫下惰性氣體晶體、有機(jī)化合物晶體.---分子偶極矩的靜電吸引作用產(chǎn)生的力.Debye力(誘導(dǎo)力):非極性分子與極性分子間的作用力。2.4.1范德瓦耳斯力

§2.4分子力結(jié)合Keesen力(取向力):極性分子和極性分子之間的作用力。London力(彌散力):非極性分子與非極性分子之間的作用力。滿殼層電子結(jié)構(gòu)的原子之間靠范德瓦耳斯力結(jié)合.典型的分21極性分子結(jié)合極性分子晶體的結(jié)合力，是由于極性分子存在永久電偶極矩而產(chǎn)生的，這種力稱為范德瓦爾斯-葛生力。相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)極性分子之間的作用力是庫侖力，有確定的方向，并且兩極性分子同極相斥，異極相吸，從而使得所有極性分子的電偶極矩沿著一個(gè)確定的方向取向。+-+-+--++--+極性分子相互作用示意圖-1極性分子結(jié)合極性分子晶體的結(jié)合力，是由于極性分3

一對(duì)平行偶極子的相互作用：+q-q+q-ql1l2rp1、p2

分別為兩偶極子的電偶極矩。

(計(jì)算時(shí)保留到二次方項(xiàng))一對(duì)平行偶極子的相互作用：+q-q+q-ql1l2r42極性分子與非極性分子的結(jié)合p1為電偶極子的電偶極矩，其在延長線上的電場(chǎng)為：

p2為感生偶極矩：

極性分子與非極性分子間的相互作用勢(shì)與距離的六次方成正比。－+－+－+±(：為非極性分子的電子位移極化率)2極性分子與非極性分子的結(jié)合p1為電偶極子的電偶極矩，其在5這種瞬時(shí)偶極矩間的相互作用，產(chǎn)生了非極性分子晶體的結(jié)合力.惰性氣體分子最外層電子為滿殼層不產(chǎn)生金屬結(jié)合和共價(jià)結(jié)合正負(fù)電荷中心重合不存在永久偶極矩不存在相互作用,非極性分子能形成成晶體嗎?

---非極性分子之間存在著瞬間、周期變化的偶極矩.3非極性分子的結(jié)合這種瞬時(shí)偶極矩間的相互作用，產(chǎn)生了非極性分子晶體的結(jié)合力.惰6設(shè)原子1的瞬時(shí)偶極矩為p1瞬時(shí)偶極矩產(chǎn)生的電場(chǎng)為在電場(chǎng)作用下原子2將產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩為p2所以如同非極性分子和極性分子之間的相互作用對(duì)多數(shù)分子，色散力是主要的，只有極性大的分子，取向力才比較顯著.誘導(dǎo)力通常都很小.設(shè)原子1的瞬時(shí)偶極矩為p1瞬時(shí)偶極矩產(chǎn)生的電場(chǎng)為在電場(chǎng)作用下7綜上所述,惰性氣體分子間的吸引勢(shì)與分子間距離r的6次方成反比,故分子晶體的吸引勢(shì)為由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道,排斥勢(shì)與分子間距離r的12次方成反比分子晶體之間的相互作用勢(shì)能為A和B為經(jīng)驗(yàn)參數(shù),由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到.

或---著名的雷納德-瓊斯勢(shì)綜上所述,惰性氣體分子間的吸引勢(shì)與分子間距離r的68根據(jù)極小值條件，我們可求出：平衡間距——1.12σ平衡點(diǎn)的雷納德-瓊斯勢(shì)——ε根據(jù)極小值條件，我們可求出：平衡間距——1.12σ92.4.2分子晶體的結(jié)合能N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：2.4.2分子晶體的結(jié)合能N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：10設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則其中是僅與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)如果已知結(jié)合能函數(shù)的形式,可以計(jì)算原子平衡間距r0、結(jié)合能U(r0)和體積彈性模量K等晶體宏觀性質(zhì).設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則其中11平衡時(shí)最近鄰原子間距離結(jié)合能分子晶體的結(jié)合能：體彈性模量：平衡時(shí)最近鄰原子間距離結(jié)合能分子晶體的結(jié)合能：體彈性模量：12(1)實(shí)驗(yàn)值和理論值基本吻合,說明理論的正確性.注:(2)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(1)實(shí)驗(yàn)值和理論值基本吻合,說明理論的正確性.注:(2)分13解:(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(1)只計(jì)及最近鄰原子；(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰原子。是參考原子i與其它任一原子j的距離rij同最近鄰原子間距R的比值()。試計(jì)算面心立方的A6和A12。例1：由N個(gè)惰性氣體原子構(gòu)成的分子晶體，其總互作用勢(shì)能可表示為式中'',RO解:(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(1)只計(jì)及最近鄰原14RORO15(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。16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；(A12)b=9.11；(A6)b=12.25。解:

Ne取面心立方結(jié)構(gòu)比取體心立方結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。例2：采用雷納德--瓊斯勢(shì)，求體心立方和17Thankyou!ClassisOver!Thankyou!ClassisOver!18固體物理：25分子力結(jié)合2課件19

原子結(jié)合成晶體時(shí),不同原子對(duì)電子的爭奪能力不同（電負(fù)性）,使得原子外層電子作重新分布.

根據(jù)結(jié)合力的性質(zhì)和特點(diǎn),晶體可分為五種基本類型:離子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、分子晶體和氫鍵晶體.原子結(jié)合成晶體時(shí),不同原子對(duì)電子的爭奪能力不同（電負(fù)20

滿殼層電子結(jié)構(gòu)的原子之間靠范德瓦耳斯力結(jié)合.典型的分子晶體:低溫下惰性氣體晶體、有機(jī)化合物晶體.---分子偶極矩的靜電吸引作用產(chǎn)生的力.Debye力(誘導(dǎo)力):非極性分子與極性分子間的作用力。2.4.1范德瓦耳斯力

§2.4分子力結(jié)合Keesen力(取向力):極性分子和極性分子之間的作用力。London力(彌散力):非極性分子與非極性分子之間的作用力。滿殼層電子結(jié)構(gòu)的原子之間靠范德瓦耳斯力結(jié)合.典型的分211極性分子結(jié)合極性分子晶體的結(jié)合力，是由于極性分子存在永久電偶極矩而產(chǎn)生的，這種力稱為范德瓦爾斯-葛生力。相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)極性分子之間的作用力是庫侖力，有確定的方向，并且兩極性分子同極相斥，異極相吸，從而使得所有極性分子的電偶極矩沿著一個(gè)確定的方向取向。+-+-+--++--+極性分子相互作用示意圖-1極性分子結(jié)合極性分子晶體的結(jié)合力，是由于極性分22

一對(duì)平行偶極子的相互作用：+q-q+q-ql1l2rp1、p2

分別為兩偶極子的電偶極矩。

(計(jì)算時(shí)保留到二次方項(xiàng))一對(duì)平行偶極子的相互作用：+q-q+q-ql1l2r232極性分子與非極性分子的結(jié)合p1為電偶極子的電偶極矩，其在延長線上的電場(chǎng)為：

p2為感生偶極矩：

極性分子與非極性分子間的相互作用勢(shì)與距離的六次方成正比。－+－+－+±(：為非極性分子的電子位移極化率)2極性分子與非極性分子的結(jié)合p1為電偶極子的電偶極矩，其在24這種瞬時(shí)偶極矩間的相互作用，產(chǎn)生了非極性分子晶體的結(jié)合力.惰性氣體分子最外層電子為滿殼層不產(chǎn)生金屬結(jié)合和共價(jià)結(jié)合正負(fù)電荷中心重合不存在永久偶極矩不存在相互作用,非極性分子能形成成晶體嗎?

---非極性分子之間存在著瞬間、周期變化的偶極矩.3非極性分子的結(jié)合這種瞬時(shí)偶極矩間的相互作用，產(chǎn)生了非極性分子晶體的結(jié)合力.惰25設(shè)原子1的瞬時(shí)偶極矩為p1瞬時(shí)偶極矩產(chǎn)生的電場(chǎng)為在電場(chǎng)作用下原子2將產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩為p2所以如同非極性分子和極性分子之間的相互作用對(duì)多數(shù)分子，色散力是主要的，只有極性大的分子，取向力才比較顯著.誘導(dǎo)力通常都很小.設(shè)原子1的瞬時(shí)偶極矩為p1瞬時(shí)偶極矩產(chǎn)生的電場(chǎng)為在電場(chǎng)作用下26綜上所述,惰性氣體分子間的吸引勢(shì)與分子間距離r的6次方成反比,故分子晶體的吸引勢(shì)為由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道,排斥勢(shì)與分子間距離r的12次方成反比分子晶體之間的相互作用勢(shì)能為A和B為經(jīng)驗(yàn)參數(shù),由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到.

或---著名的雷納德-瓊斯勢(shì)綜上所述,惰性氣體分子間的吸引勢(shì)與分子間距離r的627根據(jù)極小值條件，我們可求出：平衡間距——1.12σ平衡點(diǎn)的雷納德-瓊斯勢(shì)——ε根據(jù)極小值條件，我們可求出：平衡間距——1.12σ282.4.2分子晶體的結(jié)合能N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：2.4.2分子晶體的結(jié)合能N個(gè)惰性氣體分子總的相互作用能為：29設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則其中是僅與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)如果已知結(jié)合能函數(shù)的形式,可以計(jì)算原子平衡間距r0、結(jié)合能U(r0)和體積彈性模量K等晶體宏觀性質(zhì).設(shè)R為最近鄰兩個(gè)原子間的距離，則其中30平衡時(shí)最近鄰原子間距離結(jié)合能分子晶體的結(jié)合能：體彈性模量：平衡時(shí)最近鄰原子間距離結(jié)合能分子晶體的結(jié)合能：體彈性模量：31(1)實(shí)驗(yàn)值和理論值基本吻合,說明理論的正確性.注:(2)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(1)實(shí)驗(yàn)值和理論值基本吻合,說明理論的正確性.注:(2)分32解:(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(1)只計(jì)及最近鄰原子；(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰原子。是參考原子i與其它任一原子j的距離rij同最近鄰原子間距R的比值()。試計(jì)算面心立方的A6和A12。例1：由N個(gè)惰性氣體原子構(gòu)成的分子晶體，其總互作用勢(shì)能可表示為式中'',RO解:(1)面心立方,最近鄰原子有12個(gè),(1)只計(jì)及最近鄰原33RORO34(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。(2)計(jì)及最近鄰和次近鄰,次近鄰有6個(gè)。35例2：采用雷納德--瓊斯勢(shì)，求體心立方和面心立方Ne