固體物理全部課件chapter 2

第二章晶體的結(jié)合2.1晶體結(jié)合的普遍特征一、結(jié)合力的普遍性質(zhì)晶體的結(jié)合由于粒子間吸引、排斥達(dá)到平衡兩粒子間的互作用勢(shì)庫侖引力勢(shì)------異性電荷庫侖吸引庫侖排斥勢(shì)泡利排斥勢(shì)------同性電荷庫侖排斥泡利原理u(r)rf(r)rr0兩粒子間的互作用勢(shì)兩粒子間的互作用力當(dāng)r=無窮遠(yuǎn)無互作用r=rm時(shí)，吸引力最大r>r0，吸引力>排斥力r=r0時(shí)，f(r0)=0，排引力＝吸斥力

Uc最小

r<r0，排斥力>吸引力f(r)ru(r)rr0rm二、晶體系統(tǒng)互作用勢(shì)U（內(nèi)能函數(shù)）晶體互作用勢(shì)等于粒子間互作用勢(shì)之和忽略表面粒子與體內(nèi)粒子的不同晶體的互作用勢(shì)：晶體互作用力：U(r)VVF(V)V0三、內(nèi)能函數(shù)與晶體的物理性質(zhì)1、內(nèi)能函數(shù)與晶體結(jié)合能結(jié)合能：在絕對(duì)零度時(shí)，自由粒子系統(tǒng)的能量EN與穩(wěn)定晶體的能量E0之差EN

-E0.

結(jié)合能大，晶體粒子間結(jié)合較強(qiáng)。當(dāng)T=0，EN=0，結(jié)合能：U0=-U(V0)

此時(shí)，結(jié)合能等于晶體內(nèi)能。

自由粒子晶體釋放能量提供能量2、內(nèi)能函數(shù)與平衡體積、晶格常數(shù)

V=V0

時(shí)，U(V)最小V0a3、內(nèi)能函數(shù)與體彈性模量彈性模量：4、內(nèi)能函數(shù)與電負(fù)性電負(fù)性：原子得到一個(gè)電子的能力。在元素周期表中，同一周期從左到右電負(fù)性增強(qiáng)；同一族從上到下電負(fù)性減弱。*兩原子電負(fù)性相差較大易形成離子鍵*兩原子電負(fù)性相差較小易形成共價(jià)鍵

2.2離子鍵與離子晶體

一、離子鍵、離子晶體1、離子鍵：電負(fù)性小的金屬原子失去電子成為正離子，電負(fù)性大的非金屬原子得到電子成為負(fù)離子，正負(fù)離子吸引、排斥力相等，形成穩(wěn)定離子鍵。2、離子晶體：由離子鍵結(jié)合成的晶體。二、離子晶體的結(jié)合能1、一對(duì)離子的互作用勢(shì)2、有N個(gè)離子晶體的結(jié)合能離子價(jià)為η的N個(gè)離子，第i

個(gè)離子和第j個(gè)離子間的互作用勢(shì)第i

個(gè)離子與其它N-1個(gè)離子間的互作用勢(shì)

忽略表面與體內(nèi)離子的差異N個(gè)離子的晶體互作用勢(shì)設(shè)R是最近鄰間距（區(qū)別于R0)N個(gè)離子的晶體互作用勢(shì)其中

α馬德隆常數(shù)，由晶體結(jié)構(gòu)決定

NaCl型結(jié)構(gòu)

α=1.747558，CsCl型結(jié)構(gòu)

α=1.76267，

B晶格參數(shù)，由晶體結(jié)構(gòu)決定

n玻恩指數(shù)，NaCln=7.9,KCln=9.62,ZnS

n=5.4

在平衡狀態(tài)R=R0（平衡間距）3、平衡體積V0與平衡時(shí)最近鄰間距R0（1）NaCl型（2）非NaCl型V0——一個(gè)慣用元胞體積N——一個(gè)慣用元胞內(nèi)原子數(shù)

——修正因子，由晶體而定4、U（R）的應(yīng)用R0、平衡體積V0已知B，n已知R0、n已知B、n、R0體彈性模量K0三、離子晶體的特點(diǎn)熔點(diǎn)高、硬度強(qiáng)、電解電導(dǎo)、配位數(shù)高4、離子晶體的結(jié)合能每對(duì)離子間的結(jié)合能（NaCl型β=1）2.3共價(jià)鍵與共價(jià)晶體一、共價(jià)鍵：電負(fù)性相等或相近原子共用一對(duì)自旋相反的電子形成的化學(xué)鍵。（強(qiáng)鍵）成鍵態(tài)：兩電子自旋反平行，電子云在兩原子之間，兩原子相互吸引。反鍵態(tài)：兩電子自旋平行，電子云在原子兩邊，兩原子相互排斥。1、共價(jià)鍵的飽和性：自旋相反的一對(duì)電子配對(duì)后，不再與第三個(gè)電子配對(duì)。反鍵態(tài)成鍵態(tài)Urr0C原子的電子組態(tài)

1S22S12P3形成了4個(gè)等價(jià)的電子軌道SP3雜化

1S22S22P2

典型共價(jià)鍵晶體——金剛石“雜化”——同一個(gè)原子（例如C原子）的能量相近的各個(gè)原子軌道平均混合成一組新的原子軌道的過程。雜化后的一組新軌道（仍是原子軌道），叫做“雜化軌道”。sp3雜化:一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道雜化成四個(gè)sp3雜化軌道

雜化軌道的特點(diǎn)是它們的電子云分別集中在四面體的4個(gè)頂角方向。CC共價(jià)鍵飽和性（泡利原理）方向性（指向電子云密度最大）共價(jià)鍵特點(diǎn)2、共價(jià)鍵的方向性：由原子核指向電子云密度最大的方向。109。28’C原子之間結(jié)合方式正四面體二、原子晶體及其特點(diǎn)1、原子晶體：由共價(jià)鍵結(jié)合成的晶體。2、原子晶體的特點(diǎn)：低配位數(shù)、熔點(diǎn)高、硬度大；電導(dǎo)率低，但某些雜質(zhì)（As、P、B等）進(jìn)入后，電導(dǎo)率將隨之增加。2.4金屬鍵與金屬晶體一、金屬鍵：電負(fù)性較小的金屬原子失去價(jià)電子，形成離子實(shí)，價(jià)電子均勻分布在離子實(shí)之間，金屬鍵就是靠共有化價(jià)電子和離子實(shí)之間的相互作用而形成的。金屬鍵無飽和性和方向性（強(qiáng)鍵）。二、金屬晶體及特點(diǎn)1、金屬晶體：由金屬鍵結(jié)合成的晶體。2、金屬晶體的特點(diǎn)：多采用密堆積，配位數(shù)高，良導(dǎo)體，熔點(diǎn)高。立方密積CN=12CuAgAuAl六角密積CN=12MgZn2.5范德瓦爾斯鍵與分子晶體一、范德瓦爾斯鍵：分子電偶極矩的互作用力形成。（弱鍵）··++++··e+-+-++--瞬時(shí)吸引瞬時(shí)排斥瞬時(shí)電偶極矩的形成二、分子晶體及其特點(diǎn)1、分子晶體：由范德瓦爾斯鍵結(jié)合成的晶體。2、分子晶體的特點(diǎn)：常采用密堆積結(jié)構(gòu)（多為

惰性氣體），配位數(shù)較大熔點(diǎn)低，硬度小。

2.6氫鍵晶體與混合晶體1、氫鍵：在一定的條件下，一個(gè)氫原子可以同時(shí)與兩個(gè)電負(fù)性大的、原子半徑較小的原子相結(jié)合，這種結(jié)合力叫氫鍵。

X—H……Y

共價(jià)鍵庫侖結(jié)合2、氫鍵晶體及特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、硬度小石墨結(jié)構(gòu)3、混合晶體：同時(shí)存在兩種以上化學(xué)鍵結(jié)合成的晶體。

晶體

共價(jià)鍵離子鍵