高二物理競賽晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律課件

1、晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律本節(jié)主要內(nèi)容:2.1兩個原子間的相互作用能2.2晶體總的相互作用能電離能和電子親和能負(fù)電性

Inthisconnectionwemayrecalltherelationbetweenthewell-analyzedtheoryofquantumelectrodynamics(QED)andtheextensivelystudiedphenomenaofsuperconductivity.ThereishardlyanydoubtthatitshouldbepossibletostartfromQEDplustheexistenceofnucleiandelectrons,firsttoestablishthecrystalstructureofsolids,fromthattheelectron-phononinteraction,thentheB.C.S.theory,andfinallysuperconductivity.Asyet,however,noonehassucceededthroughpuretheoreticaldeductioneveninthefirststep,provingtheexistenceofcrystalfromQED.T.D.Lee,ParticlePhysicsandIntroductiontoFieldTheory,Chapter20,P544.

1.1電離能和電子親和能

中性原子失去1個電子成為+1價離子時所需要的能量為第一電離能，從+1價離子再移去一個電子所需的能量為第二電離能。電離能越大，原子對價電子的束縛能力越強。1.電離能電離能4.3396.1116.007.889.879.75011.8413.996元素NaMgAlSiPSClAr電離能5.1387.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素KCaGaGeAsSeBrkr電離能(單位:eV)小大2.電子親和能:中性原子獲得電子成為-1價離子時所放出的能量。B為電子親合能。1.2負(fù)電性負(fù)電性=0.18(電離能+親和能)(1)周期表由上到下，負(fù)電性逐漸弱；(2)周期表越往下，一個周期內(nèi)負(fù)電性的差別也越小。對比下表各個周期,可看出以下兩個特性：IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBLi1.0Na0.9K0.8Be1.5Mg1.2Ca1.0B2.0Al1.5Ga1.5C2.5Si1.8Ge1.8N3.0P2.1As2.0O3.5S2.5Se2.4F4.0Cl3.0Br2.8負(fù)電性

IA、IIA、IIIB負(fù)電性低的元素對電子束縛較弱，價電子易于擺脫原子束縛成為共有化電子，因此在形成晶體時便采取典型的金屬結(jié)合。

IVB、VB具有較強的負(fù)電性，它們束縛電子的能力較強，適于形成共價結(jié)合。

周期表左端的元素負(fù)電性弱，易于失去電子；而右端的元素負(fù)電性強，易于獲得電子，因此它們形成離子晶體。

E0是晶體的總能量，EN是組成該晶體的N個原子在自由狀態(tài)時的總能量，Eb即為晶體的結(jié)合能。晶體的結(jié)合能就是將自由的原子(離子或分子)結(jié)合成晶體時所釋放的能量。2.1兩個原子間的相互作用能1.原子間的相互作用力吸引力排斥力庫侖引力庫侖斥力泡利原理引起原子間的相互作用力r

兩原子間的距離；A、B、m、n>0,吸引能排斥能2.相互作用勢能兩原子間的相互作用力假設(shè)相距無窮遠的兩個自由原子間的相互作用能為零，相互作用力為零。(a)相互作用勢能和原子間距的關(guān)系(b)相互作用力和原子間距的關(guān)系斥力引力最大有效引力(r0平衡時原子間最近鄰的距離。)r0(r=r0處相互作用能有最小值。)可知n>m，排斥作用是短程的。最大有效引力2.2晶體總的相互作用能則由N個原子組成的晶體的總的相互作用勢能為：1234

第i個原子與晶體中所有其它原子的相互作用勢能為：設(shè)晶體中第i個原子與第j個原子之間的相互作用勢能為u(rij