高二物理竞赛晶格振动与晶体的热学性质课件.pptx

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1、第三章晶格振动与晶体的热学性质B、诱导力诱导力：极性分子电偶极矩在非极性分子上诱导产生电偶极矩，并与之形成静电引力。-+-+极性分子电偶极矩诱导电偶极矩C、色散力色散力：非极性分子瞬时电偶极矩统计涨落形成的静电引力。- +- +- +- +-+-+-+-+电子运动产生瞬时偶极子吸引态电子运动产生瞬时偶极子排斥态6 () r( r )12 u(r) 4 分子晶分子晶体体的的结合结合能能依靠范德瓦耳斯力结合的两个原子的相互作用势能(Lennard-Jones势) ：、 Lennard-Jones势参数，由实验得出（表2.2-3)。对包含N个原子的分子晶体，总相互作用势能：612ij ijNi( j

2、 ) () rrN2U 4 (6 12122() A6 ( r ) r N A112iNaA12 i( j )1iNa6, A6 i( j )rij airr 最邻近原子间距离对面心立方分子晶格，A12 12.13188, A6 14.453920 0r r U由平衡条件得出平衡原子间距离：1/ 61260/ A ) 1.09r (2Ab2A12A2E N 6 8.6N得到分子晶体的结合能和体弹性模量(表2.2-4)：氢键晶体氢键晶体通过氢原子结合的晶体称为氢键晶体。OOOHOHH电离能 真空能级基态13.6eV冰的氢键示意图氢的电离能很高，难以形成离子键，一般只能与其他原子形成共价键。形成共

3、价键后， 将氢核暴露出来，氢核又通过库仑力与负电性原子结合，形成一个氢原子同时吸引两个原子， 把两个原子结合起来，这种结合力称为氢键。晶体结晶体结合类型与原合类型与原子子负电性的关系（晶体结合负电性的关系（晶体结合的的规律性规律性）LK1sMNo2 p 2s4 p 5 p 3d 4s3 p 3s5s4d晶体以何种形式结合，主要取决于原子束缚价电子的能力。一、原一、原子子电电离离能、亲和能、电负能、亲和能、电负性性1、原子电离能 定义： 原子失去一个电子成为正离子所需要从外界获得的能量。 真空能级 真空能级基态电离能13.6eV氢原子原子电离能与元素周期表的关系在具有Z个价电子的原子中，一个价电

4、子受到原子实被（Z-1）个价电子屏蔽后剩余的有效核电荷的作用。如果（Z-1）个价电子对原子实的屏蔽作用是完全的，价电子只受到一个正电子电 荷 e 的作用。若（Z-1）个价电子对原子实的屏蔽作用不完全，作用在价电子的有效核电荷在e ze 之间。价电子越多，屏蔽越不完全。在元素周期表的同一周期里，电离能从左到右逐步增加。在同一族元素中，从上到 下，电离能减少。2、 原子亲和能定义：一个自由原子处于基态时俘获一个电子成为负离子时所释放的能量。3、原子负电性（电负性）定义（R.S.Mulliken定义）：原子负电性=0.18(原子电离能+原子亲和能)负电性越小，原子越容易失去电子，元素的金属性越强；负

5、电性越大，原子越容易得到电子，元素的非金属性越强。这两种原子结合形成的晶体类型趋向离子晶离子晶体体。 随着原子负电性差别减小，原子之间的离离子性结子性结合合向共价共价结结合合变化。电负性较大的同种原子结合成晶体时，最外层电子不会脱离原子，倾向形成共价晶共价晶体体。 电负性较小的同种原子结合成晶体，最外层电子容易脱离原子，成为共有化电子，趋向形成金属结合金属结合。氢的电负性很大，难以电离，与其他原子形成共价键后，负电荷中心与氢核偏离，使氢核可以与另一个原子结合，形成氢键结氢键结合合。原子原子负负电电性与晶体结合类型的关性与晶体结合类型的关系系(a)(b)(c)(d)(e)金刚石结构A 原子与 B

6、 原子不等价，对A 来说，它 的3个“爪子”的方位在其上面，对B 来 说，它的3个“爪子”的方位在其下面Cl- Na+理想氯化钠晶体结构 晶格振动晶格振动1 1、晶晶体体结构结构的理想化模的理想化模型型例：理想金刚石结构aa23a1布拉菲点阵123(n , n , n , 0,1,2,3,)晶格平移矢量：R n a n a n an1 12233- -+- -+- -+- -+- - -+- - -2 2、晶格、晶格振振动动- -+- -+- - -+- - -+- -+- -+- -+- - -+- -+- -+- -+- -+- -+- -+- -+- - -+-+EE离子围绕平衡位置左右振动，长纵波。波传播方向例一: