固体物理：25 分子力结合2课件

原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（电负性）,使得原子外层电子作重新分布.

根据结合力的性质和特点,晶体可分为五种基本类型:离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和氢键晶体.原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（电负1

满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合.典型的分子晶体:低温下惰性气体晶体、有机化合物晶体.---分子偶极矩的静电吸引作用产生的力.Debye力(诱导力):非极性分子与极性分子间的作用力。2.4.1范德瓦耳斯力

§2.4分子力结合Keesen力(取向力):极性分子和极性分子之间的作用力。London力(弥散力):非极性分子与非极性分子之间的作用力。满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合.典型的分21极性分子结合极性分子晶体的结合力，是由于极性分子存在永久电偶极矩而产生的，这种力称为范德瓦尔斯-葛生力。相距较远的两个极性分子之间的作用力是库仑力，有确定的方向，并且两极性分子同极相斥，异极相吸，从而使得所有极性分子的电偶极矩沿着一个确定的方向取向。+-+-+--++--+极性分子相互作用示意图-1极性分子结合极性分子晶体的结合力，是由于极性分3

一对平行偶极子的相互作用：+q-q+q-ql1l2rp1、p2

分别为两偶极子的电偶极矩。

(计算时保留到二次方项)一对平行偶极子的相互作用：+q-q+q-ql1l2r42极性分子与非极性分子的结合p1为电偶极子的电偶极矩，其在延长线上的电场为：

p2为感生偶极矩：

极性分子与非极性分子间的相互作用势与距离的六次方成正比。－+－+－+±(：为非极性分子的电子位移极化率)2极性分子与非极性分子的结合p1为电偶极子的电偶极矩，其在5这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力.惰性气体分子最外层电子为满壳层不产生金属结合和共价结合正负电荷中心重合不存在永久偶极矩不存在相互作用,非极性分子能形成成晶体吗?

---非极性分子之间存在着瞬间、周期变化的偶极矩.3非极性分子的结合这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力.惰6设原子1的瞬时偶极矩为p1瞬时偶极矩产生的电场为在电场作用下原子2将产生诱导偶极矩为p2所以如同非极性分子和极性分子之间的相互作用对多数分子，色散力是主要的，只有极性大的分子，取向力才比较显著.诱导力通常都很小.设原子1的瞬时偶极矩为p1瞬时偶极矩产生的电场为在电场作用下7综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离r的6次方成反比,故分子晶体的吸引势为由实验数据知道,排斥势与分子间距离r的12次方成反比分子晶体之间的相互作用势能为A和B为经验参数,由实验数据拟合得到.

或---著名的雷纳德-琼斯势综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离r的68根据极小值条件，我们可求出：平衡间距——1.12σ平衡点的雷纳德-琼斯势——ε根据极小值条件，我们可求出：平衡间距——1.12σ92.4.2分子晶体的结合能N个惰性气体分子总的相互作用能为：2.4.2分子晶体的结合能N个惰性气体分子总的相互作用能为：10设R为最近邻两个原子间的距离，则其中是仅与晶体结构有关的常数如果已知结合能函数的形式,可以计算原子平衡间距r0、结合能U(r0)和体积弹性模量K等晶体宏观性质.设R为最近邻两个原子间的距离，则其中11平衡时最近邻原子间距离结合能分子晶体的结合能：体弹性模量：平衡时最近邻原子间距离结合能分子晶体的结合能：体弹性模量：12(1)实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性.注:(2)分子晶体的结合能小，熔点和沸点都很低；硬度比较小(1)实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性.注:(2)分13解:(1)面心立方,最近邻原子有12个,(1)只计及最近邻原子；(2)计及最近邻和次近邻原子。是参考原子i与其它任一原子j的距离rij同最近邻原子间距R的比值()。试计算面心立方的A6和A12。例1：由N个惰性气体原子构成的分子晶体，其总互作用势能可表示为式中'',RO解:(1)面心立方,最近邻原子有12个,(1)只计及最近邻原14RORO15(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。16例2：采用雷纳德--琼斯势，求体心立方和面心立方Ne的结合能之比(说明Ne取面心立方结构比体心立方结构更稳定)。已知(A12)f=12.13；(A6)f=14.45；(A12)b=9.11；(A6)b=12.25。解:

Ne取面心立方结构比取体心立方结构更稳定。例2：采用雷纳德--琼斯势，求体心立方和17Thankyou!ClassisOver!Thankyou!ClassisOver!18固体物理：25分子力结合2课件19

原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（电负性）,使得原子外层电子作重新分布.

根据结合力的性质和特点,晶体可分为五种基本类型:离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和氢键晶体.原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（电负20

满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合.典型的分子晶体:低温下惰性气体晶体、有机化合物晶体.---分子偶极矩的静电吸引作用产生的力.Debye力(诱导力):非极性分子与极性分子间的作用力。2.4.1范德瓦耳斯力

§2.4分子力结合Keesen力(取向力):极性分子和极性分子之间的作用力。London力(弥散力):非极性分子与非极性分子之间的作用力。满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合.典型的分211极性分子结合极性分子晶体的结合力，是由于极性分子存在永久电偶极矩而产生的，这种力称为范德瓦尔斯-葛生力。相距较远的两个极性分子之间的作用力是库仑力，有确定的方向，并且两极性分子同极相斥，异极相吸，从而使得所有极性分子的电偶极矩沿着一个确定的方向取向。+-+-+--++--+极性分子相互作用示意图-1极性分子结合极性分子晶体的结合力，是由于极性分22

一对平行偶极子的相互作用：+q-q+q-ql1l2rp1、p2

分别为两偶极子的电偶极矩。

(计算时保留到二次方项)一对平行偶极子的相互作用：+q-q+q-ql1l2r232极性分子与非极性分子的结合p1为电偶极子的电偶极矩，其在延长线上的电场为：

p2为感生偶极矩：

极性分子与非极性分子间的相互作用势与距离的六次方成正比。－+－+－+±(：为非极性分子的电子位移极化率)2极性分子与非极性分子的结合p1为电偶极子的电偶极矩，其在24这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力.惰性气体分子最外层电子为满壳层不产生金属结合和共价结合正负电荷中心重合不存在永久偶极矩不存在相互作用,非极性分子能形成成晶体吗?

---非极性分子之间存在着瞬间、周期变化的偶极矩.3非极性分子的结合这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力.惰25设原子1的瞬时偶极矩为p1瞬时偶极矩产生的电场为在电场作用下原子2将产生诱导偶极矩为p2所以如同非极性分子和极性分子之间的相互作用对多数分子，色散力是主要的，只有极性大的分子，取向力才比较显著.诱导力通常都很小.设原子1的瞬时偶极矩为p1瞬时偶极矩产生的电场为在电场作用下26综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离r的6次方成反比,故分子晶体的吸引势为由实验数据知道,排斥势与分子间距离r的12次方成反比分子晶体之间的相互作用势能为A和B为经验参数,由实验数据拟合得到.

或---著名的雷纳德-琼斯势综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离r的627根据极小值条件，我们可求出：平衡间距——1.12σ平衡点的雷纳德-琼斯势——ε根据极小值条件，我们可求出：平衡间距——1.12σ282.4.2分子晶体的结合能N个惰性气体分子总的相互作用能为：2.4.2分子晶体的结合能N个惰性气体分子总的相互作用能为：29设R为最近邻两个原子间的距离，则其中是仅与晶体结构有关的常数如果已知结合能函数的形式,可以计算原子平衡间距r0、结合能U(r0)和体积弹性模量K等晶体宏观性质.设R为最近邻两个原子间的距离，则其中30平衡时最近邻原子间距离结合能分子晶体的结合能：体弹性模量：平衡时最近邻原子间距离结合能分子晶体的结合能：体弹性模量：31(1)实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性.注:(2)分子晶体的结合能小，熔点和沸点都很低；硬度比较小(1)实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性.注:(2)分32解:(1)面心立方,最近邻原子有12个,(1)只计及最近邻原子；(2)计及最近邻和次近邻原子。是参考原子i与其它任一原子j的距离rij同最近邻原子间距R的比值()。试计算面心立方的A6和A12。例1：由N个惰性气体原子构成的分子晶体，其总互作用势能可表示为式中'',RO解:(1)面心立方,最近邻原子有12个,(1)只计及最近邻原33RORO34(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。35例2：采用雷纳德--琼斯势，求体心立方和面心立方Ne