固体电子第二章

固体电子第二章第一页，共二十九页，2022年，8月28日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第二页，共二十九页，2022年，8月28日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第三页，共二十九页，2022年，8月28日二、晶体系统互作用势U（内能函数）晶体互作用势等于粒子间互作用势之和忽略表面粒子与体内粒子的不同晶体的互作用势：晶体互作用力：U(r)VVF(V)V0第四页，共二十九页，2022年，8月28日三、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第五页，共二十九页，2022年，8月28日从能量角度分析，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。第六页，共二十九页，2022年，8月28日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第七页，共二十九页，2022年，8月28日三、电负性一种晶体采取何种结合方式，其内在因素是什么?——取决于原子束缚电子能力的强弱。Mulliken原子电负性定义：电离能——使原子失去一个电子所需要的能量亲和能——中性原子吸收一个电子成为负离子所放出的能量原子的电负性

——用来标志原子得失电子能力的物理量第八页，共二十九页，2022年，8月28日电负性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第九页，共二十九页，2022年，8月28日

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。第十页，共二十九页，2022年，8月28日

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。第十一页，共二十九页，2022年，8月28日二、离子晶体的结合能1、一对离子的互作用势2、有N个离子晶体的结合能离子价为η的N个离子，第i

个离子和第j个离子间的互作用势第十二页，共二十九页，2022年，8月28日第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是最近邻间距第十三页，共二十九页，2022年，8月28日N个离子的晶体互作用势第十四页，共二十九页，2022年，8月28日其中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，由晶体而定第十五页，共二十九页，2022年，8月28日4、U（R）的应用R0、平衡体积V0已知B，n已知R0、n已知B、n、R0体弹性模量K0第十六页，共二十九页，2022年，8月28日NaCl型结构,求K0非NaCl型结构晶体，计算K0

的方法与NaCl型一样第十七页，共二十九页，2022年，8月28日三、离子晶体的特点熔点高、硬度强、电解电导、配位数高4、离子晶体的结合能第十八页，共二十九页，2022年，8月28日一、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共价键与共价晶体第十九页，共二十九页，2022年，8月28日C原子的电子组态

1S22S12P3形成了4个等价的电子轨道SP3杂化

1S22S22P2

典型共价键晶体——金刚石

杂化轨道的特点是它们的电子云分别集中在四面体的4个顶角方向。第二十页，共二十九页，2022年，8月28日CC共价键饱和性（泡利原理）方向性（指向电子云密度最大）共价键第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日109。28’C原子之间结合方式正四面体第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日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。第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日2.4金属键与金属晶体一、金属键：电负性较小的金属原子失去价电子，形成离子实，价电子均匀分布在离子实之间，金属键就是靠共有化价电子和离子实之间的相互作用而形成的。金属键无饱和性和方向性（强键）。二、金属晶体及特点1、金属晶体：由金属键结合成的晶体。2、金属晶体的特点：多采用密堆积，配位数高，良导体，熔点高。第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日立方密积CN=12CuAgAuAl六角密积CN=12MgZn体心立方CN=8LiNaKCs第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日2.5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第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日二、分子晶体及其特点1、分子晶体：由范德瓦尔斯键结合成的晶体。2、分子晶体的特点：常采用密堆积结构（多为

惰性气体），配位数较大熔点低，硬度小。

第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日1、氢键：在一定的条件下