第章晶体结合ppt课件.ppt

(1)离子晶体：通过正、负离子之间的静电库仑力作用结合。
(2)共价晶体：通过相邻原子间因共用电子对而形成的共价键结合而成的。
(3)金属晶体：组成金属的原子失去最外层价电子被所有原子公有，这样，失去最外层价电子的离子实“沉浸”在由价电子组成的“电子海洋”中，通过离子实与电子之间的静电库仑力结合形成金属晶体。(4)分子晶体：通过分子间范德瓦尔斯力结合而成的。非极性分子晶体是通过分子之间的瞬时偶极矩之间的相互作用结合而成的。极性分子晶体是通过分子中的固有偶极矩之间的相互作用以及感应偶极矩之间的相互作用结合而成的。
（5）氢键晶体：通过氢键结合而成。2.1.1结合力的普遍性质
（1）晶体的结合由于粒子间吸引、排斥力达到平衡，形成稳定的晶体。这种互作用力又称为键力。两个原子间的相互作用势能U(r)和相互作用力f(r)随原子间距的变化规律如图所示（2）两粒子间的互作用势由吸引势和排斥势构成:

吸引势主要是库仑引力，表示为：

(a,m大于0常数)（3）排斥作用起源于：（a）同性电荷之间的库仑力；（b）由于Pauli不相容原理的限制所引起的排斥作用。
排斥势可表示为：

b是晶格参量，n是玻恩指数，都是实验确定的常数（4）两粒子间的互作用势可写为：

与之对应，两粒子间的互作用势可表示为：
（5）当两个原子相距无限远时,互作用势趋於零。粒子从远处靠近，互作用能降低，在r=r0处达极小值。随着r的进一步降低，排斥作用加强，互作用势上升。
（6）当r=r0时，f(r0)=0，粒子间的吸引力和排斥力大小相等，系统处於势能最低的稳定状态。r0被称为平衡间距。
（7）当r>r0时，吸引力大於排斥力，总作用是吸引；当r<r0时，排斥力大于吸引力，总作用表现为排斥力,f(r)>0。
2.1.2内能函数
（1）内能函数：描述晶体互作用势U(r)随晶体体积V变化的函数。晶体互作用势等于粒子间互作用势之和，N个粒子的总互作用势：

因子1/2是因为u(rij)和u(rji)是相同的，求和时计算了两次。（2）忽略表面粒子与体内粒子的不同（因其数目远小于体内粒子数）晶体的互作用势可简化为：

晶体互作用力：
当V=V0时，F(V0)=02.1.3内能函数与晶体的物理性质
1.晶体的结合能（点阵能）
（1）组成晶体：放出能量；
自由粒子：吸收能量。
（2）结合能：在绝对零度时，自由粒子系统的能量EN与稳定晶体的能量E0之差。EN-E0结合能大，晶体粒子间结合较强。当选择T=0时，EN=0，则结合能U0等於平衡体积下的内能：U0=-U(V0)。
2.内能函数与平衡体积、晶格常数
（1）V=V0时，U(V)最小，晶体互作用力为0。

3.体弹性模量
（1）晶体受外力时体积的变化。即∆P与-∆V/V之比。

T=0时，

弹性模量可由实验测定。
4.电负性
电负性：衡量某种元素的原子对外层电子吸引能力，电负性愈大，表示其吸引电子的能力愈强。

电负性=0.18（原子电离能+电子亲和势）。
原子电离能：使一个原子失去一个最外层电子所需的能量，用来表征原子对价电子束缚的强弱程度。
电子亲和势：一个中性原子获得一个电子成为负离子所放出的能量，是表征原子束缚电子能力大小的量。H
2.1结论：同一周期元素自左至右电负性逐渐增大，同一族元素自上而下电负性逐渐减小，过渡族元素的电负性比较接近。

电负性定性判断晶体类型：
（1）当两个成键原子的电负性差值较大时，晶体结合往往采取离子键；
（2）同种原子之间的成键，主要是共价键或金属键；
（3）电负性差值小的原子之间成键主要是共价键。
2.2.1离子键
（1）离子键：电负性相差很大的原子靠近时，电负性小的金属原子失去电子成为正离子，电负性大的非金属原子得到电子成为负离子，正负离子吸引相互靠近，电子云重叠产生泡利排斥，正负离子吸引、排斥力达到平衡时，形成稳定离子键。
（2）离子晶体：由离子键结合成的晶体。
（2）一对离子之间的静电库仑吸引势为：

一对离子之间的排斥势为：

一对正负离子的互作用势：
2.2.2离子晶体的结合能
1.有N个离子晶体的结合能
离子价为η的N个离子，第i个离子和第j个离子间的互作用势为：

第一项为库仑能，同号取“+”，异号取“-”，第二项为排斥能。

第i个离子与其它N-1个个离子间的互作用势：

忽略表面与体内原子的差异N个离子晶体互作用势：

设，R是最近邻间距：

α为马德隆常数，当参考距离R选定以后，可根据晶体的几何结构计算出来。（1）马德隆常数计算（2）B的确定
在平衡状态R=R0（平衡间距），已知R0，由得出：

已知B常数，由，求出平衡体积。
（3）n的确定
NaCl结构
平衡时晶体体积：V0=NR03
体弹性模量：
非NaCl型离子晶体结构
平衡时晶体体积：V0