第三章晶体的结合优秀课件.ppt

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1、第三章晶体的结合第1页，本讲稿共24页什麽使分子、原子维系在一起什麽使分子、原子维系在一起 形成形形色色的周期性结构形成形形色色的周期性结构第2页，本讲稿共24页3.1 内聚能与晶体的力学、热学性质内聚能与晶体的力学、热学性质3.1.1 内聚能 在绝对零度无外力条件下，稳定晶体的原子间距为一定值，r0，对晶体施加拉伸力，体积变大，外力做功rr0，外力所做的功，也使晶体的内能增加第3页，本讲稿共24页排斥力为短程力排斥力为短程力 总合力总合力在在 rm处有最小值处有最小值第4页，本讲稿共24页第5页，本讲稿共24页第6页，本讲稿共24页两原子间两原子间作用势能作用势能第7页，本讲稿共24页求解

2、r0内聚能 与分离成各个孤立的原子的情况相比，各个原子聚合起来形成晶体后，系统的能量将下降其绝对值称为晶体的内聚能第8页，本讲稿共24页 处r=rm处总合力F存在极值第9页，本讲稿共24页3.1.2 晶体的力学性质与热学性质（1 1）体积弹性模量）体积弹性模量假设已知晶体中任意两原子的互作用势能为由N个原子组成的晶体的总结合能第10页，本讲稿共24页忽略表面原子与内部的差异忽略表面原子与内部的差异*V体积内有体积内有N N个原胞，每个原胞体积为个原胞，每个原胞体积为v,u(v)v,u(v)代表代表晶格中每个原胞的平均势能晶格中每个原胞的平均势能 总体积总体积 V=N v，U U为为N N个原胞

3、总的相互作用势个原胞总的相互作用势 U=N u(v)第11页，本讲稿共24页压强压强 P P 作用下，体积增加作用下，体积增加 ，晶体对外做功，晶体对外做功近似的认为大气压强对晶体体积变化影响小近似的认为大气压强对晶体体积变化影响小P=0弹性关系弹性关系：Bm:体体积弹积弹性模量性模量第12页，本讲稿共24页与式与式 比较得到：比较得到：体积弹性模量：体积弹性模量：第13页，本讲稿共24页体积弹性模量定义原子间平衡距离r0，含有N个原胞晶体的体积第14页，本讲稿共24页将 代入（3.1.1），（3.1.3）后分别得 熔点和内聚能的关系第15页，本讲稿共24页u 带正电的原子核和其带负电的核外电

4、子，必然要和他周围的其它原子中的原子核和电子产生静电库仑力。u 原子的最外层电子组态有一定周期性，体现为元素周期表中的周期性。u 按照结合力的不同，分五种典型的结合类型。晶体的结合类型原子间相互作用力原子间相互作用力 的物理根源的物理根源第16页，本讲稿共24页离子晶体离子晶体静电库仑力结合，结构稳定静电库仑力结合，结构稳定结合能数量级：结合能数量级：800 800千焦耳千焦耳/摩尔摩尔导电性能差，熔点高，硬度高，膨胀系数小。导电性能差，熔点高，硬度高，膨胀系数小。对可见光透明，远红外区有一特征吸收峰。对可见光透明，远红外区有一特征吸收峰。第17页，本讲稿共24页共价晶体族族 C Si Ge

5、Sn(灰锡灰锡)金刚石结构金刚石结构 四价四价 每个原子各出一个电子相互每个原子各出一个电子相互共用，在最外层形成共用封闭电子壳层共用，在最外层形成共用封闭电子壳层共价键共价键形成共价晶体形成共价晶体 同一共价键中的同一共价键中的2个电子自旋方向彼此相反。个电子自旋方向彼此相反。金刚石正四面体金刚石正四面体 属复式格子属复式格子 第18页，本讲稿共24页第19页，本讲稿共24页共价键特点 饱和性饱和性 共价键的数目有一最大值共价键的数目有一最大值 方向性方向性 如如diamond沿正四面体的四个顶角沿正四面体的四个顶角。共价晶体的特点C:3280 K Si:1693 K Ge：1209 K导电

6、导电性能差性能差 良好良好绝缘绝缘体体 半半导导体体 硬度高硬度高第20页，本讲稿共24页金属晶体金属晶体价电子组成价电子组成“电子云电子云”族、族、族及过渡元素都是典型的金属晶体族及过渡元素都是典型的金属晶体 （Na Na，MgMg）结合力主要是：原子实和电子云之间的静电库仑结合力主要是：原子实和电子云之间的静电库仑力力金属晶体：要求原子排列最紧密。这样势能最低，金属晶体：要求原子排列最紧密。这样势能最低，结合最稳定因此，大多具有结合最稳定因此，大多具有fccfcc与与hcphcp结构。结构。第21页，本讲稿共24页ufcc 面心立方 Cu Ag Au Aluhcp六角密积 Be Mg Zn

7、 Cdubcc体心立方 Li Na K Rb Cs Mo W 金属晶体性质：良好导电本领金属晶体性质：良好导电本领,结合能结合能比较低比较低 过渡金属结合能比较大过渡金属结合能比较大第22页，本讲稿共24页分子晶体分子晶体第第族族 He Ne Ar Kr Xe二类：极性与非极性二类：极性与非极性瞬时偶极距：正负电中性不重合瞬时偶极距：正负电中性不重合 感应偶极距：感应偶极距：特点：紧密排列特点：紧密排列,面心立方面心立方,透明绝缘体透明绝缘体熔点特低熔点特低 零度下零度下.氢键晶体氢键晶体 (DNA)第23页，本讲稿共24页3.1.3 原子间的互作用力根据结合力的不同，我们把晶体分为五种典型的结合类型，但其中作用力与原子间距的关系却是定性上相同的。吸引力排斥力库仑排斥力（带正电的原子核）泡利不相容原理第24页，本讲稿共24页