固体物理学教案3精编版

1、贵州大学新型光电子材料与技术研究所1. 晶体的典型结合方式晶体的典型结合方式 晶体内原子之间有五种典型的结合类型: 离子键离子晶体离子晶体，正负离子间静电库能能； 共价键原子晶体原子晶体，共用电子对的交换作用能； 金属键金属晶体金属晶体，正原子实与负电子云的库能能； 分子键分子晶体分子晶体，偶极矩之间互作用能； 氢键氢键晶体氢键晶体，裸露的氢核（带正电）与电负性较大的原子间的互作用能 排斥能排斥能主要来源于泡利斥力贵州大学新型光电子材料与技术研究所2. 电负性电负性 电离能电离能使一个价电子摆脱其原子核的束缚，所必须施加的能量 亲和能亲和能一个中性原子从外界获得一个电子而变成负离子中所释放的能

2、量 电负性电负性原子对电子的束缚能力大小的量度Mulliken定义电负性为：)(AWAieaWA)(Ae1Li)WW(18.0ai贵州大学新型光电子材料与技术研究所3. 电负性与元素结合规律电负性与元素结合规律1) 元素电负性的变化规律元素电负性的变化规律： 同一周期元素，第I族元素电负性最小， 第VII族元素电负性最大 同一族元素，随周期增加，电负性减小 周期表中位于右上角的元素电负性最大，而位于左下角的Cs元素电负性最小2)电负性与元素结合规律：电负性与元素结合规律： 电负性差较大的两元素间多以离子键相结合（NaCl) 电负性接近的元素间多以共价键相结合(C,Si)返回贵州大学新型光电子材

3、料与技术研究所3.2 结合能与晶体的性质结合能与晶体的性质 两原子间的互作用能 晶体结合能 结合能与晶体性质的关系贵州大学新型光电子材料与技术研究所1. 两原子间的互作用能两原子间的互作用能u(r)rrf(r)rormnmrbra) r (udrdu) r (f)r (uu000drdu0rr0drdfmrr贵州大学新型光电子材料与技术研究所晶体的结合能晶体的结合能 晶体结合能：个粒子组成晶体后系统总能量与粒子间无相互作用时能量的差（令无相互作用时势能为零点）为R（Rar)RBRA(2N)rbra(2N)rbra(21)r (u21Ujjnmnjjjj , inijijj , iij最近邻间距

4、最近邻间距mm贵州大学新型光电子材料与技术研究所结合能与晶体性质的关系结合能与晶体性质的关系平衡体积_V 体弹弹模量，_VUVB11R) 1() 1(R0dRdF)1 (RAU)R(UUAmBnR0dRdURBRA)R(U0VV220m0mRRm000mn0RRnm0m00mnmnmnAmmBnnnm贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.3 离子结合与离子晶体离子结合与离子晶体 离子对的形成 离子晶体的几何结构 离子晶体的结合能 马德隆常数贵州大学新型光电子材料与技术研究所1. 离子对的形成离子对的形成 离子晶体由电负性相差较大的元素形成原子间存在电荷的转移，金属原子失去电子变成带正电的正离子

5、，而非金属原子得到电子变成带负电的负离子正负离子靠库仑引力结合在一起 I-VII族组成的晶体是典型的离子晶体，如： NaCl， CsCl II-VI族化合物可以看作离子晶体，如：CdS、ZnS 结合能的数量级约在800 kJ/mol，结构稳定 导电性能差、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。在红外区有一特征峰，但对可见光是透明的贵州大学新型光电子材料与技术研究所2. 离子晶体的几何结构离子晶体的几何结构 离子晶体一定是复式晶格； 每一个离子的周围均为异号离子； 可能的配位数由两种原子的半径比决定：，CsCl结构，配位数：，NaCl型结构，配位数：，闪锌矿型，配位数： 排斥指数37. 1r /r41.

6、 2r /r37. 141. 2r 晶体NaClNaBrKClKBrRbClRbBrn值7.778.098.698.859.139.00贵州大学新型光电子材料与技术研究所离子晶体的结合能离子晶体的结合能nijij02ijrbr4ze)r (u)RBR4ez(2Nrbr4ze2N)r (u21Un02jnjj02j , iijjjjjaRar1马德隆常数贵州大学新型光电子材料与技术研究所马德隆常数马德隆常数jja1马德隆常数只与晶体结构有关NaCl型晶体的马德隆常数：nnnnnnnnnnnnaRaRnnnrkRnjRniRnanananR21232221121232221321332211)()

7、 1(1)(321638. 11.763748. 1ZnSCsClNaCl闪返回贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.4 范德瓦耳斯结合与分子晶体范德瓦耳斯结合与分子晶体 范德瓦耳斯力 分子晶体的晶体结构 分子晶体的结合能贵州大学新型光电子材料与技术研究所1. 范德瓦耳斯力范德瓦耳斯力 范德瓦耳斯力指偶极矩间的相互作用力 瞬时偶极矩非极性分子，弥散力 固有偶极矩极性分子，取向力 诱导偶极矩极性分子，感应力，电荷分布发生畸变 雷纳德琼斯势 离解能与距离有关126)(uijijijrbrar)()(4)(612ijijijrrru贵州大学新型光电子材料与技术研究所分子晶体的结构分子晶体的结构 分子

8、键往往产生于原来具有稳定电子结构的原子或分子之间 惰性元素，价电子已经形成共价键的饱和分子 常常采用密堆积结构分子晶体的结合能分子晶体的结合能雷纳德琼斯势)()(2N)R(U661212RARAjjjjaAaA6612121,1,Rarjj贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.5 共价结合与共价晶体共价结合与共价晶体 氢分子中的共价键 共价键的饱和性与方向性 共价晶体的结构 极性键与非极性键（混合键） 共价晶体的结合能（量子力学）贵州大学新型光电子材料与技术研究所氢分子中的共价键氢分子中的共价键 电子配对理论电子自旋配对 变分法 成键态，反键态 轨道杂化理论分子轨道线性组合法反键态成键态nnn

9、c贵州大学新型光电子材料与技术研究所共价键的饱和性与方向性共价键的饱和性与方向性 饱和性每个原子形成共价键的数目有限（）定则 方向性形成共价键的方向与电子态有关成键在电子云重叠最大方向 S电子球对称分布，P电子哑铃状分布贵州大学新型光电子材料与技术研究所 电子几率分布贵州大学新型光电子材料与技术研究所共价晶体的结构共价晶体的结构 共价键的饱和性与方向性特定结构 典型结构： 正四面体结构（金刚石，闪锌矿） SP3杂化轨道：分子轨道线性组合 AB型化合物闭合SP电子壳层nnccc.2211贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.6金属结合及金属晶体金属结合及金属晶体 金属结合 金属的晶体结构 金属的

10、结合能（量子力学）贵州大学新型光电子材料与技术研究所金属结合金属结合 金属原子电负性小，易失去电子 带正电的原子实大量自由电子（电子气体） 良好的导热导电性，表面光泽（可见光被反射）金属晶体结构金属晶体结构 多采用密堆积结构（12），少量金属也形成配位数稍低的体心立方结构（8） 易发生永久形变良好的延展性贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.7 氢键结合与氢键晶体氢键结合与氢键晶体氢键结合氢键晶体冰返回贵州大学新型光电子材料与技术研究所 氢键结合： 氢原子核外只有一个电子，当这个电子与其他电子配对形成共价键后，H核裸露裸露在外，裸露的H核带正电，还可以与一个电负性较强的原子结合，这种结合称为H键。 冰中的H键： O H O贵州大学新型光电子材料与技术研究所3.8 同分异构体同分异构体 同分异构体：同分异构体：化学式相同，但结构不同，因而性质不同（可有很大差异）。 C的几种同分异构体：的几种同分异构体： 金刚石，石墨，C60分子贵州大学新型光电子材料与技术研究所 金刚石 金刚石石墨贵州大