二章節(jié)晶體結合課件

1、第二章 晶體結合一原子的負電性 原子得失價電子能力的一種度量。其定義為： 負電性常數(shù)（電離能親和能） 常數(shù)的選擇以方便為原則，例如一種常用的選擇方法：為使鋰（Li）的負電性為1，選上常數(shù)為0.18。 電離能： 讓原子失去電子所必需消耗的能量。 親和能： 處于基態(tài)的中性氣態(tài)原子獲得一個電子所放出的能量。 負電性大的原子，易于獲得電子. 負電性小的原子，易于失去電子。二離子結合 當負電性較小的原子與負電性較大的原子相互接近時，形成正、負離子。 正、負離子由于庫侖引力而相互靠近，但當它們近到一定程度時，二閉合電子殼層的電子云因重疊而產生排斥力，當吸收力和排斥力平衡時，就形成穩(wěn)定的離子鍵。 例：NaC

2、l 二個一價離子間的庫侖勢能為 設2N個離子組成的晶體，則i1的離子與其余（2N1）個離子的總互作用勢能為： 由于表面離子數(shù)比內部離子數(shù)少得多，為簡單.忽略表面離子與內部離子的差別，則2N個離子對晶體勢能的貢獻相同 三共價結合 當二個負電性相同或接近（尤其是負電性又都較大）彼此靠近時，各貢獻一個電子，為兩個原子所共有，從而使其結合在一起，這種結合稱為共價結合。 能把兩個原子結合在一起的一對為兩個原子所共有的自旋相反配對的電子結構，稱為共價鍵。 共價鍵的特性:飽和性：一個原子所能形成的共價鍵的數(shù)目有一個最大值。 若價電子殼層未達到半滿，則所有價電子都可能是未配對的，則 可成價數(shù)價電子數(shù)N 若價電

3、子殼層等于或超過半滿，重要的共價晶體，價電子態(tài)為S，P態(tài)，滿殼層時最多可容納8個電子，未配對的電子數(shù)決定于未填充的量子態(tài)數(shù)，若價電子數(shù)為N，則能形成的共價鍵數(shù)目符合（8N）規(guī)則。 方向性： 相鄰原子只在特定方向上形成共價鍵。 成鍵時，電子云發(fā)生交疊，交疊越來多， 鍵能越大，系統(tǒng)能量越低，鍵越牢固。例：金剛石的共價鍵 孤立碳原子的價電子組態(tài)為2s22P2，2S2態(tài)是填滿的，即電子處于自旋已配對的狀態(tài)，2P態(tài)最多可填充6個電子（2L+1）個，P為L=1。 而碳原子2P態(tài)只有二個電子，則可以認為，這二個電子均是處于自旋均未配對的狀態(tài)，這時，它最多與其它原子間形成二個共價鍵。 實驗事實（1）金剛石中每

4、個原子與周圍四個原子形成結合。（2）周圍四個原子的排列呈四面體結構，具有等同性，即碳原子與周圍原子具有四個等價的共價鍵。C原子的葫蘆狀雜化軌道必定大頭相對，以保證最大的電子云交疊，系統(tǒng)能量最低。 同為C原子，不會形成離子鍵，由其物理特性也排除了金屬鍵 說明： （1）為什么一定要提出“雜化軌道”概念？ 答：只有這樣所得結論，才與其中實驗結果（金剛石有四個共價鍵且四個鍵等價指向四面體頂角方向）一致。(2) 孤立C原子的2S態(tài)能量E2s低于2P態(tài)能量E2P 即E2s E2P，孤立C原子中的電子從2s態(tài)躍遷到2P態(tài)，需吸收能量，即系統(tǒng)總能量上升，而在形成金剛石晶體的過程中，各原子自旋“未配對”的電子云

5、交疊，系統(tǒng)能量反而下降，所以才可以結合成穩(wěn)定的晶體。 由此可知 對同種元素，孤立原子和組成晶體后的原子的最低能量狀態(tài)的電子云分布可以不同（電子態(tài)可不同）。五范德瓦爾斯鍵結合 對于具有穩(wěn)定結構的原子（如有滿殼層結構的惰性元素）之間或價電子已用于形成共價鍵的飽和分子之間結合成晶體時，原來原子的電子組態(tài)不能發(fā)生很大變化。而是靠偶極矩的相互作用而結合的，這種力通常稱為范德瓦爾斯力。由于電荷的熱運動，而使原子（分子）產生瞬時電偶極矩，它又使其它原子（或分子）產生感應電偶極矩。范德瓦爾斯力的表現(xiàn)形式 1.葛生（Keesom)互作用力：固有偶極矩間的作用力;2.德拜（Deyey)互作用力：也稱誘導力。感應偶極矩間的作用力；3.倫敦（London)互作用力：也稱色散力。瞬態(tài)偶極矩間的作用力.六氫鍵結合 （請自學）說明： 1 由上討論可知，原子結合成晶體時，是以以上哪種結合力結合，很大程度上決定于它負電性特性。 2 、族元素也可以形成共價鍵，但由于共價鍵的飽和性，族元素只能形成三個共價鍵，、族元素則只能分別形成二個，一個共價鍵，但僅有三個、二個、一個共價鍵不能形成三維晶體。所以對族元素三個共價鍵常在一個平面上，形成層狀結構，而各層間則靠范德瓦爾斯力結合，對族元素，二個共價鍵常形成環(huán)狀結構，各個環(huán)之間依靠范德瓦爾斯力結合；對于族元素，常由一個共價鍵先組成分子，而分子之間依