固体物理第2章预案.pptx

第2章固体的结合? 2-1 离子晶体:离子性结合? 2-2 共价晶体:共价结合? 2-3 金属晶体:金属性结合? 2-4 分子晶体:范德瓦耳斯结合和氢键结合? 2-5 元素和化合物晶体结合的规律性?掌握固体结合的基本形式与固体材料的结构、物理和化学性质的联系?了解不同结合方式的计算原理 2-1 离子性结合?失去电子的形成阳离子,获得电子的形成阴离子,两者之间形成离子键?结合单元为离子,电子高度局域化分布在离子实的附近, 形成稳定的球对称性的电子壳层结构?离子晶体的模型:正、负离子——刚球?离子晶体结合力?吸引力:库仑作用?排斥力:靠近到一定程度,由于泡利不相容原理,两个离子的闭合壳层电子云的交迭产生强大的排斥力?排斥力和吸引力相互平衡时,形成稳定的离子晶体?一种离子的最近邻离子为异性离子?离子晶体的配位数:最多只能是 8 ?离子晶体结合的稳定性: 导电性能差、熔点高、硬度高和膨胀系数小 2-1 离子性结合的种类?配位数 8,简单立方嵌套: CsCl 、 TlBr 、 TlI ?配位数 6,面心立方嵌套: NaCl 、 KCl 、 AgBr 、 PbS ?配位数 4,面心立方嵌套: ZnS 2-1 配位数和粒子半径比的关系半径比(r + /r -)配位数配位粒子构型< 2直线 ~ 3平面三角形 ~ 4四面体 ~ 6八面体 ~ 8立方体> 12截角立方体?思考:半径比如何计算而来? ?思考:哪几种情况不可能出现在离子晶体中?为什么? 2-1 原理:系统内能表达?晶体内能:所有离子之间的相互吸引库仑能和电子云重叠排斥能之和?以 NaCl 晶体为例, r :相邻正负离子的距离?单个离子的平均库仑能? :正/负离子库伦势能?求和:所有该离子以外的离子对其产生的库伦能? :该离子以外的离子为正或负产生的差别?因子 1/2 :库仑相互作用能为两个离子所共有 1 2 3 1 2 3 2 1 2 3 2 2 2 2 2 2 1/ 2 , , 0 1 2 3 1 ( ) ( 1) ' , , , 2 4 ( ) n n n n n n q n n n n r n r n r ??? ?? ?? ??为正整数 1 2 3 ( 1) n n n ? ?? 2 2 2 2 2 2 2 2 1/ 2 0 1 2 3 0 ( ) 4 ( ) 4 q q n r n r n r ?? ????? ? r 2-1 原理:系统内能表达?一个原胞有一个正离子和一个负离子, 其原胞的能量?令?马德隆常数,取决于晶体结构?几种常见的晶体晶格的马德隆常数 1 2 3 1 2 3 2 2 2 2 2 2 2 1/ 2 , , 0 1 2 3 ( ) ( 1) ' 4 ( ) n n n n n n q n r n r n r ??? ?? ?? ?? 1 2 3 1 2 3 2 2 2 2 2 1/ 2 , , 0 1 2 3 0 ( 1) ' 4 ( ) 4 n n n n n n q q r n n n r ??? ??? ????? ?? 1 2 3 1 2 3 2 2 2 1/ 2 , , 1 2 3 ( 1) ' ( ) n n n n n n n n n ?? ????? ?? NaCl CsCl ZnS 思考:为什么库伦能是吸引作用? 2-1 原理:系统内能表达?相邻两个离子因电子云有显著重叠时的排斥能?排斥能的经验表达: 前一种更能体现出排斥力随 r 减小而陡峻上升的特点; 为了便于分析,采取后一种? NaCl :只计近邻离子, 每个原胞平均排斥能?晶体中有 N个原胞,系统的内能?其中 0/ r rnbber ?或6 nbr 2020 [