固体物理全部课件chapter 2

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库仑引力势------异性电荷库仑吸引库仑排斥势泡利排斥势------同性电荷库仑排斥泡利原理u(r)rf(r)rr0两粒子间的互作用势两粒子间的互作用力当r=无穷远无互作用r=rm时，吸引力最大r>r0，吸引力>排斥力r=r0时，f(r0)=0，排引力＝吸斥力

Uc最小

r<r0，排斥力>吸引力f(r)ru(r)rr0rm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。

自由粒子晶体释放能量提供能量2、内能函数与平衡体积、晶格常数

V=V0

时，U(V)最小V0a3、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

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。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（区别于R0)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

NaCl型结构

α=1.747558，CsCl型结构

α=1.76267，

B晶格参数，由晶体结构决定

n玻恩指数，NaCln=7.9,KCln=9.62,ZnS

n=5.4

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、离子晶体的结合能每对离子间的结合能（NaCl型β=1）2.3共价键与共价晶体一、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Urr0C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”——同一个原子（例如C原子）的能量相近的各个原子轨道平均混合成一组新的原子轨道的过程。杂化后的一组新轨道（仍是原子轨道），叫做“杂化轨道”。sp3杂化:一个s轨道和三个p轨道杂化成四个sp3杂化轨道

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。CC共价键饱和性（泡利原理）方向性（指向电子云密度最大）共价键特点2、共价键的方向性：由原子核指向电子云密度最大的方向。109。28’C原子之间结合方式正四面体二、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。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。立方密积CN=12CuAgAuAl六角密积CN=12MgZn2.5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。

2.6氢键晶体与混合晶体1、氢键：在一定的条件下，一个氢原子可以同时与两个电负性大的、原子半径较小的原子相结合，这种结合力叫氢键。

X—H……Y

共价键库仑结合2、氢键晶体及特点：熔点低、硬度小石墨结构3、混合晶体：同时存在两种以上化学键结合成的晶体。

晶体

共价键离子键