固体电子第二章课件

第二章晶体的结合2.1晶体结合的普遍特征一、结合力的普遍性质晶体的结合由于粒子间吸引、排斥达到平衡两粒子间的互作用势引力势u(r)rf(r)rr0库仑排斥势泡利排斥势两粒子间的互作用势两粒子间的互作用力三、内能函数与晶体的物理性质1、内能函数与晶体结合能结合能：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T=0，EN=0，结合能：U0=-U(V0)

此时，结合能等于晶体内能。2、内能函数与平衡体积、晶格常数

V=V0

时，U(V)最小

V0a从能量角度分析，原子能够结合成为晶体的原因，是它们结合起来以后，使整个系统具有了更低的能量。孤立、自由的粒子（包括原子、分子或离子）结合成为晶体时释放的能量称为晶体的结合能W，如果晶体系统在稳定状态对应的内能为U0，则有W=-U0=-U（r0）。

当原子结合成稳定的晶体时，U(r)应为极小，由极小值条件，可以求出r的平衡值r0，由此可以计算平衡时晶格常数和晶胞体积。3、内能函数与体弹性模量弹性模量：4、内能函数与电负性电负性：原子得到一个电子的能力。在元素周期表中，同一周期从左到右电负性增强；同一族从上到下电负性减弱。两原子电负性相差较大易形成离子键两原子电负性相差较小易形成共价键电负性H2.1He…Li1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Ne…Na0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0Ar…K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.8Ni1.8Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8Kr…Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5Xe…Cs0.7Ba0.9La-Lu1.1-1.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.8Bi1.9Po2.0At2.2Rn…Fr0.7Ra0.9Ac-Lr1.1

电负性＝常数（电离能＋亲和能）

常数的选择以方便为原则，例如一种常用的选择方法：为使锂（Li）的负电性为1，选取常数为0.18。

电离能值越大，原子失去电子越难；亲和能值越大；原子获得电子越易。电负性大的原子，易于获得电子。电负性小的原子，易于失去电子。

2.2离子键与离子晶体

一、离子键、离子晶体1、离子键：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、排斥力相等，形成稳定离子键。2、离子晶体：由离子键结合成的晶体。第i个离子与其它N-1个离子间的互作用势

忽略表面与体内离子的差异N个离子的晶体互作用势设R是最近邻间距N个离子的晶体互作用势其中α马德隆常数，由晶体结构决定

B晶格参数，也由晶体结构决定，n玻恩指数在平衡状态R=R0（平衡间距）3、平衡体积V0与平衡时最近邻间距R0（1）NaCl型（2）非NaCl型V0——一个惯用元胞体积N——一个惯用元胞内原子数

——修正因子，由晶体而定NaCl型结构,求K0非NaCl型结构晶体，计算K0

的方法与NaCl型一样三、离子晶体的特点熔点高、硬度强、电解电导、配位数高4、离子晶体的结合能一、共价键：电负性相等或相近原子共用一对自旋相反的电子形成的化学键。（强键）成键态：两电子自旋反平行，电子云在两原子之间，两原子相互吸引。反键态：两电子自旋平行，电子云在原子两边，两原子相互排斥。1、共价键的饱和性：自旋相反的一对电子配对后，不再与第三个电子配对。反键态成键态Urr02.3共价键与共价晶体CC共价键饱和性（泡利原理）方向性（指向电子云密度最大）共价键109。28’C原子之间结合方式正四面体2、共价键的方向性：由原子核指向电子云密度最大的方向。金刚石(C原子)基态1s22s22p2

两个未成对的电子激发态1s22s12p3

四个未成对的电子（sp3杂化）二、原子晶体及其特点1、原子晶体：由共价键结合成的晶体。2、原子晶体的特点：低配位数、熔点高、硬度大；电导率低，但某些杂质（As、P、B等）进入后，电导率将随之增加。立方密积CN=12CuAgAuAl六角密积CN=12MgZn体心立方CN=8LiNaKCs2.5范德瓦尔斯键与分子晶体一、范德瓦尔斯键：分子电偶极矩的互作用力形成。（弱键）··++++··e+-+-++--瞬时吸引瞬时排斥瞬时电偶极矩的形成二、分子晶体及其特点1、分子晶体：由范德瓦尔斯