固体物理基础26第二章总结.ppt

《固体物理基础26第二章总结.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体物理基础26第二章总结.ppt（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章第二章 晶体中原子的结合晶体中原子的结合总总 结结v晶体结合能的普遍规律晶体结合能的普遍规律v五种基本结合类型五种基本结合类型v元素和化合物结合的规律元素和化合物结合的规律 晶体的结合能就是将自由的原子晶体的结合能就是将自由的原子(离子或分子离子或分子)结合成晶体结合成晶体时所释放的能量。时所释放的能量。E0 0是晶体的总能量，是晶体的总能量，EN是组成该晶体的是组成该晶体的N个原子在自由状态个原子在自由状态时的总能量，时的总能量，Eb即为晶体的结合能即为晶体的结合能。其中第一项表示吸引能，第二项表示排斥能。其中第一项表示吸引能，第二项表示排斥能。A、B、m、n00晶体结合能的普遍规律吸

2、引力吸引力-库仑引力；库仑引力；排斥力排斥力库仑斥力库仑斥力泡利不相容原理泡利不相容原理3.N个原子组成的晶体相互作用势能 其中其中ui、u(rij)为第为第i个原子与其他所有原子间的相互作用势个原子与其他所有原子间的相互作用势能及第能及第i个原子与第个原子与第j个原子间的相互作用势能。个原子间的相互作用势能。设由设由N个原子组成的晶体的体积为个原子组成的晶体的体积为r0a(晶格常数晶格常数)(1(1)(2(2)(3(3)五种基本结合类型离子晶体一定是复式格子。离子晶体一定是复式格子。(2)结合力：结合力：离子键。离子键。(3)配位数；配位数；最大为最大为8。(1)结构：结构：负电性相差较大的

3、原子负电性相差较大的原子+库仑作用力。库仑作用力。(4)互作用势能：互作用势能：(5)体积弹性模量体积弹性模量马德隆常数马德隆常数(6)结合能结合能C：由外层电子主量子数决定的一个常数；由外层电子主量子数决定的一个常数；S：屏屏蔽系数；蔽系数；Z：原子序数原子序数。多价离子半径多价离子半径R：多价离子半径；多价离子半径；n：玻恩指数；玻恩指数；：离子的价数：离子的价数。(7)(7)离子半径离子半径单价离子半径：单价离子半径：(3)配位数：配位数：(2)结合力：结合力：通常取密堆积通常取密堆积,配位数为配位数为12。范德瓦尔斯范德瓦尔斯-伦敦力。伦敦力。具有饱和电结构的原子或分子具有饱和电结构的

4、原子或分子+范德瓦尔斯范德瓦尔斯-伦敦力。伦敦力。(1)(1)结构：结构：(4)互作用势能：互作用势能：式中式中是仅与晶体结构有关的常数。是仅与晶体结构有关的常数。3.原子晶体、金属晶体和氢键晶体 结构：第结构：第族、第族、第族、第族、第族、第族、第族元素都可以形成族元素都可以形成原子晶体。原子晶体。结合力：结合力：共价键共价键饱和性饱和性方向性方向性(1)原子晶体原子晶体 结构：第结构：第族、第族、第族及过渡元素晶体都是典型的金属晶体。族及过渡元素晶体都是典型的金属晶体。多采取配位数为多采取配位数为12的密堆积，少数金属为体心立方结构，的密堆积，少数金属为体心立方结构，配位数为配位数为8。(

5、2)(2)金属晶体金属晶体结合力：金属键。结合力：金属键。结构：氢原子同时与两个负电性较大，而原子半径较小结构：氢原子同时与两个负电性较大，而原子半径较小的原子的原子(O、F、N等等)结合，构成氢键。结合，构成氢键。ABH氢键具有饱和性。氢键具有饱和性。共价键共价键(3)(3)氢键晶体氢键晶体 中性原子失去中性原子失去1个电子成为个电子成为+1价离子时所需要的能量为第一电价离子时所需要的能量为第一电离能，从离能，从+1价离子再移去一个电子所需能量为第二电离能。价离子再移去一个电子所需能量为第二电离能。元素和化合物结合的规律1.电离能：中性原子获得电子成为中性原子获得电子成为-1-1价离子时所放

6、出的能量。价离子时所放出的能量。负电性负电性=(=(电离能电离能+亲和能亲和能)3.负电性：原子的负电性的大小表示原子得失电子能力的强弱。原子的负电性的大小表示原子得失电子能力的强弱。IA、IIA、IIIB负电性低的元素对电子束缚较弱，价电子负电性低的元素对电子束缚较弱，价电子易于摆脱原子束缚成为共有化电子，因此在形成晶体时便采取易于摆脱原子束缚成为共有化电子，因此在形成晶体时便采取典型的金属结合。典型的金属结合。IVB、VB具有较强的负电性，它们束缚电子的能力较强，具有较强的负电性，它们束缚电子的能力较强，适于形成共价结合。适于形成共价结合。周期表左端的元素负电性弱，易于失去电子；而右端的元

7、周期表左端的元素负电性弱，易于失去电子；而右端的元素负电性强，易于获得电子，因此它们形成离子晶体。素负电性强，易于获得电子，因此它们形成离子晶体。1.某晶体中两原子间的相互作用势某晶体中两原子间的相互作用势 ,其中其中A和和B是经验参数是经验参数,都为正值都为正值,r为原子间距为原子间距,_项为引项为引力势力势,_项为斥力势项为斥力势,平衡时最近邻两原子间距平衡时最近邻两原子间距r0=_,含含有有N个原子的这种晶体的总结合能表达式为个原子的这种晶体的总结合能表达式为:_.N个正负离子组成的晶体的库仑作用能为个正负离子组成的晶体的库仑作用能为_.第一第一第二第二若晶体取简立方结构若晶体取简立方结

8、构,只计及最近邻原子只计及最近邻原子A6=_,A12=_;计及次近邻原子计及次近邻原子A6=_,A12=_.66证明证明:(1)由由2N个离子组成的离子晶体的互作用势能个离子组成的离子晶体的互作用势能:1.(2-10)对线型离子晶体对线型离子晶体,在一条直线链上交替地载有电在一条直线链上交替地载有电苛苛 的的2N个离子个离子.(2)若晶体被压缩若晶体被压缩,使使 试证外力对每试证外力对每个离子所做的功个离子所做的功 (1)试试 证平衡时的互作用势能为证平衡时的互作用势能为:一维离子晶体的马德隆常数一维离子晶体的马德隆常数(2)使使(计算时取到二次方项计算时取到二次方项)2.(2-9)设有一离子

9、晶体设有一离子晶体,只计及最近邻离子间的排斥作用时只计及最近邻离子间的排斥作用时,其两其两个离子间的势能具有如下的形式个离子间的势能具有如下的形式:(最近邻间最近邻间)(最近邻以外最近邻以外)其中其中,为参数为参数;R是最近邻距离是最近邻距离.试求平衡时晶体总的互作用势试求平衡时晶体总的互作用势能的表达式能的表达式.晶体共包含晶体共包含2N个离子个离子.解解:以负离子为参考离子以负离子为参考离子,同号取同号取“-”,异号取异号取“+”;令最近邻离子间距离为令最近邻离子间距离为R,则则 ,设最近邻离子数目为设最近邻离子数目为ZNaCl的晶体密度的晶体密度g/cm3,试求试求NaCl晶体中离子间的

10、平衡间距晶体中离子间的平衡间距R0.()解解:设晶体共有设晶体共有2N0个离子个离子,晶体的体积晶体的体积NaCl晶体晶体N0 1023,与与N0对应的质量应为对应的质量应为M=23+35.5=58.5(g)Na原子量Cl原子量阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数压强的最基本效应是缩短原子间距压强的最基本效应是缩短原子间距,从而引起物质性质的变化从而引起物质性质的变化.固体物理的高压研究方法就是把高压设备与常规的实验方法相固体物理的高压研究方法就是把高压设备与常规的实验方法相配合配合,研究压力作用下的物质的有关性质研究压力作用下的物质的有关性质.高压研究能引导人们高压研究能引导人们更好地理解固体材料在

11、大气压下的性质和现象以及只有在高压更好地理解固体材料在大气压下的性质和现象以及只有在高压环境下才能出现的新效应环境下才能出现的新效应.在静态高压实验中在静态高压实验中,通常用到高达通常用到高达105大气压大气压(1011dyncm-2)的压的压力力,在冲击波实验中使用高达在冲击波实验中使用高达107大气压的压力大气压的压力.4.NaCl的体积弹性模量的体积弹性模量K 1011dyncm-2,Mbar(1bar=106dyncm-2)下最近邻距离的变化分数下最近邻距离的变化分数(相对变化相对变化),假定假定K为恒量为恒量.(1巴巴=105帕，帕，1帕帕1牛牛/米米210达因达因/厘米厘米2)解解:对于对于NaCl晶体晶体,V=NR3(N为正负离子总个数为正负离子总个数),R为最近邻离子为最近邻离子距离距离.晶体中最近邻原子间的距离缩短了约晶体中最近邻原子间的距离缩短了约24%.作业：作业：27,28，210