高二物理競(jìng)賽晶格振動(dòng)與晶體的熱學(xué)性質(zhì)課件

第三章 晶格振動(dòng)與晶體的熱學(xué)性質(zhì)B、誘導(dǎo)力：極性分子電偶極矩在非極性分子上誘導(dǎo)產(chǎn)生電偶極矩，并與之形成靜電引力。- + - +極性分子電偶極矩誘導(dǎo)電偶極矩C、色散力：非極性分子瞬時(shí)電偶極矩統(tǒng)計(jì)漲落形成的靜電引力。-

+ -

+- ---

+ -

+-- + - +- + - +電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生瞬時(shí)偶極子吸引態(tài)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生瞬時(shí)偶極子排斥態(tài)

6

( )

r(r

)12

u(r)

4

分子晶體的結(jié)合能依靠范德瓦耳斯力結(jié)合的兩個(gè)原子的相互作用勢(shì)能(Lennard-Jones勢(shì))

：、

Lennard-Jones勢(shì)參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得出（表2.2-3)。對(duì)包含N個(gè)原子的分子晶體，總相互作用勢(shì)能：612ij

ijNi(

j

))

( )

rrN2U

4

(6

12122( )

A6(r)

r

N

A112iNaA12

i(

j

)1iNa6, A6

i(

j

)rij

airr

最鄰近原子間距離對(duì)面心立方分子晶格，A12

12.13188,

A6

14.453920

0rrU由平衡條件得出平衡原子間距離：1/

612

60/

A

)

1.09r

(2Ab2A12A2E

N

6

8.6N得到分子晶體的結(jié)合能和體彈性模量(表2.2-4)：氫鍵晶體通過(guò)氫原子結(jié)合的晶體稱為氫鍵晶體。OOOHOHH電離能

真空能級(jí)基態(tài)13.6eV冰的氫鍵示意圖氫的電離能很高，難以形成離子鍵，一般只能與其他原子形成共價(jià)鍵。形成共價(jià)鍵后，將氫核暴露出來(lái)，氫核又通過(guò)庫(kù)侖力與負(fù)電性原子結(jié)合，形成一個(gè)氫原子同時(shí)吸引兩個(gè)原子，把兩個(gè)原子結(jié)合起來(lái)，這種結(jié)合力稱為氫鍵。晶體結(jié)合類型與原子負(fù)電性的關(guān)系（晶體結(jié)合的規(guī)律性）LK 1sMNo2

p

2s4

p

5

p

3d

4s3

p

3s5s4d晶體以何種形式結(jié)合，主要取決于原子束縛價(jià)電子的能力。一、原子電離能、親和能、電負(fù)性1、原子電離能

定義：

原子失去一個(gè)電子成為正離子所需要從外界獲得的能量。

真空能級(jí)

真空能級(jí)基態(tài)電離能 13.6eV氫原子原子電離能與元素周期表的關(guān)系在具有Z個(gè)價(jià)電子的原子中，一個(gè)價(jià)電子受到原子實(shí)被（Z-1）個(gè)價(jià)電子屏蔽后剩余的有效核電荷的作用。如果（Z-1）個(gè)價(jià)電子對(duì)原子實(shí)的屏蔽作用是完全的，價(jià)電子只受到一個(gè)正電子電荷

e

的作用。若（Z-1）個(gè)價(jià)電子對(duì)原子實(shí)的屏蔽作用不完全，作用在價(jià)電子的有效核電荷在e

~

ze

之間。價(jià)電子越多，屏蔽越不完全。在元素周期表的同一周期里，電離能從左到右逐步增加。在同一族元素中，從上到下，電離能減少。2、

原子親和能定義：一個(gè)自由原子處于基態(tài)時(shí)俘獲一個(gè)電子成為負(fù)離子時(shí)所釋放的能量。3、原子負(fù)電性（電負(fù)性）定義（R.S.Mulliken定義）：原子負(fù)電性=0.18(原子電離能+原子親和能)負(fù)電性越小，原子越容易失去電子，元素的金屬性越強(qiáng)；負(fù)電性越大，原子越容易得到電子，元素的非金屬性越強(qiáng)。這兩種原子結(jié)合形成的晶體類型趨向離子晶體。隨著原子負(fù)電性差別減小，原子之間的離子性結(jié)合向共價(jià)結(jié)合變化。電負(fù)性較大的同種原子結(jié)合成晶體時(shí)，最外層電子不會(huì)脫離原子，傾向形成共價(jià)晶體。電負(fù)性較小的同種原子結(jié)合成晶體，最外層電子容易脫離原子，成為共有化電子，趨向形成金屬結(jié)合。氫的電負(fù)性很大，難以電離，與其他原子形成共價(jià)鍵后，負(fù)電荷中心與氫核偏離，使氫核可以與另一個(gè)原子結(jié)合，形成氫鍵結(jié)合。原子負(fù)電性與晶體結(jié)合類型的關(guān)系(a)(b)(c)(d)(e)金剛石結(jié)構(gòu)A

原子與

B

原子不等價(jià)，對(duì)A

來(lái)說(shuō)，它的3個(gè)“爪子”的方位在其上面，對(duì)B

來(lái)說(shuō)，它的3個(gè)“爪子”的方位在其下面Cl-Na+理想氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)晶格振動(dòng)1、晶體結(jié)構(gòu)的理想化模型例：理想金剛石結(jié)構(gòu)aa23a1布拉菲點(diǎn)陣1 2 3(n

,

n

,

n

,

0,1,2,3,)晶格平移矢量：R

na

n

a

n

an 1

1 2 2 3 3-+-+-+-+--+--2、晶格振動(dòng)-