2013-固體物理-3.0-內(nèi)聚能

晶體結(jié)合與彈性常量什么使晶體維系在一起？1.

晶體中原子之間的相互作用晶體或其它固體的內(nèi)聚力應(yīng)全部歸因于電子的負(fù)電荷與原子核的正電荷之間的靜電吸引相互作用磁力對(duì)內(nèi)聚力只有微弱影響，萬有引力可以忽略1第3

章§1、晶體結(jié)合的基本形式rOr0rm第

3

章

晶體結(jié)合與彈性常量原子間相互作用力示意圖F排斥力總合力2吸引力絕對(duì)零度和不考慮外力rarnrmU (r)

BU (r)

ArUOr0U (r)aU (r)rU

(r)晶體總內(nèi)能3U

(r)

A

Brm rn其中，能量的零點(diǎn)取在

r→∞處，m<n第

3

章

晶體結(jié)合與彈性常量2.

晶體的內(nèi)能吸引和排斥作用對(duì)晶體內(nèi)能的貢獻(xiàn)第

3

章

晶體結(jié)合與彈性常量F

dU

(r)rUOr0U (r)aU (r)rU

(r)dr4dr在

r=r0

處

F

0

，因此dU(r)

03.

晶體的內(nèi)聚能即在

r=r0

處晶體內(nèi)能具有最小值Uc，也就是說，把晶體的各個(gè)原子分解為相距無限遠(yuǎn)的、中性自由原子所需的能量為|

Uc

|

，通常稱之為晶體的內(nèi)聚能以自由原子的能量為參考點(diǎn)，原子組成晶體后系統(tǒng)能量的降低。第

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章

晶體結(jié)合與彈性常量以自由原子的能量為參考點(diǎn)（即零點(diǎn)），原子組成晶體后系統(tǒng)能量的降低稱為內(nèi)聚能，或者說也就是把一個(gè)晶體拆散成它的組成單元時(shí)，外界需提供的能量。它表示晶體結(jié)合的強(qiáng)弱，組成晶體時(shí)放出的能量多，拆散時(shí)供給的能量也多，內(nèi)聚能就大。第

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章

晶體結(jié)合與彈性常量4.

晶體常見的結(jié)合方式通常晶體有五種不同的結(jié)合方式：范德瓦耳斯結(jié)合：氣體

Ar離子結(jié)合:

離子晶體共價(jià)結(jié)合：金剛石金屬結(jié)合：金屬氫鍵結(jié)合：冰6第

3

章

晶體結(jié)合與彈性常量〈1〉離子性結(jié)合：以這種形式結(jié)合的晶體稱為離子晶體。以正負(fù)離子作為組成晶體的結(jié)構(gòu)單元，如NaCl晶體，以

Na

,

Cl

作為結(jié)構(gòu)單元而形成。引力是異類離子間的庫侖引力，斥力來自同類離子間的庫侖斥力及泡利不相容原理，為了能夠穩(wěn)定組合成晶體，正負(fù)離子是交替排列的，每一類離子都是以異類離子為最近鄰，泡利原理產(chǎn)生的斥力是短程力，只有電子態(tài)交疊才出現(xiàn)。第

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章

晶體結(jié)合與彈性常量〈2〉共價(jià)結(jié)合：以共價(jià)鍵結(jié)合的晶體稱為共價(jià)晶體。它是以每個(gè)原子貢獻(xiàn)一個(gè)電子組成共價(jià)鍵而形成的，共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子是自旋反平行的，共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，一個(gè)原子只能與周圍一定數(shù)目的原子組成共價(jià)鍵，若原子外層電子不到半滿（少于4個(gè)），都可形成共價(jià)鍵，若原子的價(jià)電子數(shù)大于4，只有8-Z個(gè)電子才能形成共價(jià)鍵（Z為價(jià)電子數(shù)），所謂方向性是指原子只能在價(jià)電子出現(xiàn)幾率最大的方向形成共價(jià)鍵。第

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章 晶體結(jié)合與彈性常量〈3〉金屬性結(jié)合：原子組成金屬晶體后，金屬中的原子的價(jià)電子脫離母體原子形成自由傳導(dǎo)電子由其與失去了價(jià)電子的正原子實(shí)之間的庫侖作用而結(jié)合，原子實(shí)淹沒在自由電子氣體之中，金屬結(jié)合傾向于原子按最緊密方式排列，對(duì)原子的排列方向無要求，因此金屬較容易發(fā)生形變，原子間可相互移動(dòng)，有很好的塑性?！?〉范德瓦爾斯互作用：范德瓦爾斯互作用發(fā)生在本來就具有穩(wěn)定組態(tài)的原子與分子之間，由范德瓦爾斯互作用結(jié)合而成的晶體稱為分子晶體。第

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章

晶體結(jié)合與彈性常量〈5〉

氫鍵結(jié)合：以氫鍵結(jié)合的晶體稱為氫鍵晶體。氫有許多獨(dú)具的特點(diǎn)：〈a〉氫的原子實(shí)是一個(gè)質(zhì)子，尺寸

約10

13

cm，比通常的原子實(shí)尺寸要小105倍?！碽〉氫有很高的電離能，約13.6eV(即把氫的核外電子拿走付出的能量),比Na、k高得多。（Na為5.14eV,k為4.34eV)〈c〉只有兩個(gè)電子就可構(gòu)成滿殼層，比其它原子（8個(gè)電子）要少。第

3

章

晶體結(jié)合與彈性常量5.

原子間吸引力及排斥力的機(jī)理吸引力與排斥力的物理原因與晶體的具體結(jié)合方式有關(guān)對(duì)于原子間的吸引力，不同的結(jié)合方式有不同的機(jī)理，例如：范德瓦耳斯結(jié)合原子或分子的電偶極矩之間的相互作用離子結(jié)合正負(fù)離子之間的庫侖作用力11第

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章

晶體