2013-固体物理-3.0-内聚能

晶体结合与弹性常量什么使晶体维系在一起？1.

晶体中原子之间的相互作用晶体或其它固体的内聚力应全部归因于电子的负电荷与原子核的正电荷之间的静电吸引相互作用磁力对内聚力只有微弱影响，万有引力可以忽略1第3

章§1、晶体结合的基本形式rOr0rm第

3

章

晶体结合与弹性常量原子间相互作用力示意图F排斥力总合力2吸引力绝对零度和不考虑外力rarnrmU (r)

BU (r)

ArUOr0U (r)aU (r)rU

(r)晶体总内能3U

(r)

A

Brm rn其中，能量的零点取在

r→∞处，m<n第

3

章

晶体结合与弹性常量2.

晶体的内能吸引和排斥作用对晶体内能的贡献第

3

章

晶体结合与弹性常量F

dU

(r)rUOr0U (r)aU (r)rU

(r)dr4dr在

r=r0

处

F

0

，因此dU(r)

03.

晶体的内聚能即在

r=r0

处晶体内能具有最小值Uc，也就是说，把晶体的各个原子分解为相距无限远的、中性自由原子所需的能量为|

Uc

|

，通常称之为晶体的内聚能以自由原子的能量为参考点，原子组成晶体后系统能量的降低。第

3

章

晶体结合与弹性常量以自由原子的能量为参考点（即零点），原子组成晶体后系统能量的降低称为内聚能，或者说也就是把一个晶体拆散成它的组成单元时，外界需提供的能量。它表示晶体结合的强弱，组成晶体时放出的能量多，拆散时供给的能量也多，内聚能就大。第

3

章

晶体结合与弹性常量4.

晶体常见的结合方式通常晶体有五种不同的结合方式：范德瓦耳斯结合：气体

Ar离子结合:

离子晶体共价结合：金刚石金属结合：金属氢键结合：冰6第

3

章

晶体结合与弹性常量〈1〉离子性结合：以这种形式结合的晶体称为离子晶体。以正负离子作为组成晶体的结构单元，如NaCl晶体，以

Na

,

Cl

作为结构单元而形成。引力是异类离子间的库仑引力，斥力来自同类离子间的库仑斥力及泡利不相容原理，为了能够稳定组合成晶体，正负离子是交替排列的，每一类离子都是以异类离子为最近邻，泡利原理产生的斥力是短程力，只有电子态交叠才出现。第

3

章

晶体结合与弹性常量〈2〉共价结合：以共价键结合的晶体称为共价晶体。它是以每个原子贡献一个电子组成共价键而形成的，共价键中的两个电子是自旋反平行的，共价键具有饱和性和方向性，一个原子只能与周围一定数目的原子组成共价键，若原子外层电子不到半满（少于4个），都可形成共价键，若原子的价电子数大于4，只有8-Z个电子才能形成共价键（Z为价电子数），所谓方向性是指原子只能在价电子出现几率最大的方向形成共价键。第

3

章 晶体结合与弹性常量〈3〉金属性结合：原子组成金属晶体后，金属中的原子的价电子脱离母体原子形成自由传导电子由其与失去了价电子的正原子实之间的库仑作用而结合，原子实淹没在自由电子气体之中，金属结合倾向于原子按最紧密方式排列，对原子的排列方向无要求，因此金属较容易发生形变，原子间可相互移动，有很好的塑性。〈4〉范德瓦尔斯互作用：范德瓦尔斯互作用发生在本来就具有稳定组态的原子与分子之间，由范德瓦尔斯互作用结合而成的晶体称为分子晶体。第

3

章

晶体结合与弹性常量〈5〉

氢键结合：以氢键结合的晶体称为氢键晶体。氢有许多独具的特点：〈a〉氢的原子实是一个质子，尺寸

约10

13

cm，比通常的原子实尺寸要小105倍。〈b〉氢有很高的电离能，约13.6eV(即把氢的核外电子拿走付出的能量),比Na、k高得多。（Na为5.14eV,k为4.34eV)〈c〉只有两个电子就可构成满壳层，比其它原子（8个电子）要少。第

3

章

晶体结合与弹性常量5.

原子间吸引力及排斥力的机理吸引力与排斥力的物理原因与晶体的具体结合方式有关对于原子间的吸引力，不同的结合方式有不同的机理，例如：范德瓦耳斯结合原子或分子的电偶极矩之间的相互作用离子结合正负离子之间的库仑作用力11第

3

章

晶体