固體物理基礎(chǔ)26總結(jié)課件

1、第二章 晶體中原子的結(jié)合總 結(jié)晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律五種基本結(jié)合類型元素和化合物結(jié)合的規(guī)律 晶體的結(jié)合能就是將自由的原子(離子或分子)結(jié)合成晶體時所釋放的能量。1.晶體的結(jié)合能 E0是晶體的總能量，EN是組成該晶體的N個原子在自由狀態(tài)時的總能量，Eb即為晶體的結(jié)合能。2.原子間相互作用勢能其中第一項表示吸引能，第二項表示排斥能。A、B、m、n0晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律吸引力-庫侖引力；排斥力庫侖斥力泡利不相容原理3.N個原子組成的晶體相互作用勢能 其中ui、u(rij)為第i個原子與其他所有原子間的相互作用勢能及第i個原子與第j個原子間的相互作用勢能。4.由相互作用勢能可以求的幾個參量設(shè)由N個原子組

2、成的晶體的體積為r0a(晶格常數(shù))(1)(2)(3)五種基本結(jié)合類型離子晶體一定是復(fù)式格子。(2)結(jié)合力：離子鍵。(3)配位數(shù)；最大為8 。(1)結(jié)構(gòu)：負電性相差較大的原子+庫侖作用力。(4)互作用勢能：1.離子晶體(5)體積彈性模量馬德隆常數(shù)(6)結(jié)合能C：由外層電子主量子數(shù)決定的一個常數(shù)；S：屏蔽系數(shù)；Z：原子序數(shù)。多價離子半徑R：多價離子半徑；n：玻恩指數(shù)；：離子的價數(shù)。(7)離子半徑單價離子半徑：2.非極性分子晶體(3)配位數(shù)：(2)結(jié)合力：通常取密堆積,配位數(shù)為12。范德瓦爾斯-倫敦力。具有飽和電結(jié)構(gòu)的原子或分子+ 范德瓦爾斯-倫敦力。(1)結(jié)構(gòu)：(4)互作用勢能：式中是僅與晶體結(jié)構(gòu)

3、有關(guān)的常數(shù)。3.原子晶體、金屬晶體和氫鍵晶體 結(jié)構(gòu)：第族、第族、第族、第族元素都可以形成原子晶體。結(jié)合力：共價鍵飽和性方向性(1)原子晶體 結(jié)構(gòu)：第族、第族及過渡元素晶體都是典型的金屬晶體。 多采取配位數(shù)為12的密堆積，少數(shù)金屬為體心立方結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為8。(2)金屬晶體結(jié)合力：金屬鍵。 結(jié)構(gòu)：氫原子同時與兩個負電性較大，而原子半徑較小的原子(O、F、N等)結(jié)合，構(gòu)成氫鍵。ABH氫鍵具有飽和性。共價鍵(3)氫鍵晶體 中性原子失去1個電子成為+1價離子時所需要的能量為第一電離能，從+1價離子再移去一個電子所需能量為第二電離能。元素和化合物結(jié)合的規(guī)律1.電離能：中性原子獲得電子成為-1價離子時所放出

4、的能量。負電性=0.18(電離能+親和能)2.電子親和能3.負電性：原子的負電性的大小表示原子得失電子能力的強弱。 IA 、IIA、 IIIB負電性低的元素對電子束縛較弱，價電子易于擺脫原子束縛成為共有化電子，因此在形成晶體時便采取典型的金屬結(jié)合。 IVB、 VB具有較強的負電性，它們束縛電子的能力較強，適于形成共價結(jié)合。 周期表左端的元素負電性弱，易于失去電子；而右端的元素負電性強，易于獲得電子，因此它們形成離子晶體。1.某晶體中兩原子間的相互作用勢 ,其中A和B是經(jīng)驗參數(shù),都為正值,r為原子間距,_項為引力勢,_項為斥力勢,平衡時最近鄰兩原子間距r0=_,含有N個原子的這種晶體的總結(jié)合能表

5、達式為:_.2.由N個正負離子組成的晶體的庫侖作用能為_.一.填空第一第二3.分子晶體的互作用勢能為若晶體取簡立方結(jié)構(gòu),只計及最近鄰原子A6=_,A12=_;計及次近鄰原子A6=_,A12=_.667.56.2證明:(1)由2N個離子組成的離子晶體的互作用勢能:二.證明與計算1.(2-10)對線型離子晶體,在一條直線鏈上交替地載有電苛 的2N個離子. (2)若晶體被壓縮,使 試證外力對每個離子所做的功 (1)試 證平衡時的互作用勢能為:一維離子晶體的馬德隆常數(shù)(2)使(計算時取到二次方項)2.(2-9)設(shè)有一離子晶體,只計及最近鄰離子間的排斥作用時,其兩個離子間的勢能具有如下的形式:(最近鄰間

6、)(最近鄰以外)其中,為參數(shù);R是最近鄰距離.試求平衡時晶體總的互作用勢能的表達式.晶體共包含2N個離子.解:以負離子為參考離子,同號取“-”,異號取“+”;令最近鄰離子間距離為R,則 ,設(shè)最近鄰離子數(shù)目為Z3.實驗測得NaCl的晶體密度=2.16g/cm3,試求NaCl晶體中離子間的平衡間距R0.(已知Na的原子量為23,Cl的原子量為58.5)解:設(shè)晶體共有2N0個離子,晶體的體積NaCl晶體N0=6.0221023,與N0對應(yīng)的質(zhì)量應(yīng)為M=23+35.5=58.5(g)Na原子量Cl原子量阿伏加德羅常數(shù)4.高壓實驗壓強的最基本效應(yīng)是縮短原子間距,從而引起物質(zhì)性質(zhì)的變化.固體物理的高壓研究方法就是把高壓設(shè)備與常規(guī)的實驗方法相配合,研究壓力作用下的物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì).高壓研究能引導(dǎo)人們更好地理解固體材料在大氣壓下的性質(zhì)和現(xiàn)象以及只有在高壓環(huán)境下才能出現(xiàn)的新效應(yīng).在靜態(tài)高壓實驗中,通常用到高達105大氣壓(1011dyncm-2)的壓力,在沖擊波實驗中使用高達107大氣壓的壓力.4.NaCl的體積彈性模量K為2.401011dyncm-2,計算在0.2Mbar (1bar=106dyncm-2)下最近鄰距離的變化分數(shù)(相對變