固體物理-離子性結合課件

1、第二章 固體的結合 晶體結合的類型 晶體結合的物理本質 固體結合的基本形式與固體材料的結構、物理和化學 性質有密切聯(lián)系 第二章 固體的結合 晶體結合的類型 2.1 離子性結合 I 族堿金屬元素 Li、Na、K、Rb、CsVII 族的鹵素元素 F、Cl、Br、I1. 離子晶體結合的特點 CsCl晶體Cs原子失去電子，Cl獲得電子，形成離子鍵 離子為結合單元，電子分布高度局域在離子實的附近，形成穩(wěn)定的球對稱性的電子殼層結構 結合為離子晶體 NaCl， CsCl等 半導體材料 CdS、ZnS 2.1 離子性結合 I 族堿金屬元素 Li 離子晶體的模型：正、負離子 剛球 離子晶體結合力 庫侖吸引力作用

2、 排斥力_靠近到一定程度，由于泡利不相容原理，兩 離子的閉合殼層電子云的交迭產(chǎn)生強大的排斥力 排斥力和吸引力相互平衡時，形成穩(wěn)定的離子晶體 一種離子的最近鄰離子為異性離子 離子晶體的配位數(shù)最多只能是8（例如CsCl晶體） 離子晶體結合的穩(wěn)定性 導電性能差、熔點高、 硬度高和膨脹系數(shù)小 離子晶體的模型：正、負離子 剛球 離子晶體結合力氯化鈉型 NaCl、KCl、AgBr、PbS、MgO (配位數(shù)6) 氯化銫型 CsCl、 TlBr、 TlI（配位數(shù)8） 氯化鈉型 NaCl、KCl、AgBr、PbS、MgO 離子結合成分較大的半導體材料ZnS等（配位數(shù)4） 離子結合成分較大的半導體材料ZnS等（配

3、位數(shù)4） 2. 離子晶體結合的性質 1) 系統(tǒng)內能的計算 晶體內能 所有離子相互吸引庫侖能和重疊排斥能之和以NaCl晶體為例，r 相鄰正負離子的距離 求和遍及所有正負離子 因子1/2：庫侖相互作用能為兩個離子所共有 一個正離子的平均庫侖能 正整數(shù)2. 離子晶體結合的性質 1) 系統(tǒng)內能的計算 晶體內能 正離子的平均庫侖能 正離子的平均庫侖能 一個負離子的平均庫侖能 求和遍及所有正負離子 因子1/2：庫侖相互作用能為兩個離子所共有 一個原胞有兩個離子，其原胞的能量 一個負離子的平均庫侖能 求和遍及所有正負離子 一令 馬德隆常數(shù)取決于晶體的結構幾種常見的晶體晶格的馬德隆常數(shù)離子晶體NaClCsCl

4、ZnS馬德隆常數(shù)1.7481.7631.638令 馬德隆常數(shù)幾種常見的晶體晶格的馬德隆常數(shù)離子晶體相鄰兩個離子因電子云有顯著重疊時的排斥能NaCl計近鄰離子排斥作用，每個原胞平均排斥能 晶體中有N個原胞，系統(tǒng)的內能相鄰兩個離子因電子云有顯著重疊時的排斥能NaCl計近鄰離2) 平衡時晶體的體積和晶格常數(shù) 原子形成晶體以后，系統(tǒng)具有更低的能量 如果分散周期性排列的原子構成的系統(tǒng)，其內能為零 ，形成晶體時內能降低，放出能量W，稱W為結合能W 結合成晶體后系統(tǒng)的內能2) 平衡時晶體的體積和晶格常數(shù) 原子形成晶體以后，系統(tǒng)具有一般條件下, 晶體只受大氣壓作用，對晶體體積的影響很小不考慮熱效應，外界作功等于系統(tǒng)內能增量 如果已知晶體的內能，根據(jù)極值條件來確定晶體平衡時的體積和晶格常數(shù)一般條件下, 晶體只受大氣壓作用，對晶體體積的影響很小不考慮NaCl晶體的內能晶格常數(shù)NaCl的晶格常數(shù)NaCl原胞體積NaCl晶體體積NaCl晶體的內能晶格常數(shù)NaCl的晶格常數(shù)NaCl原胞體積3) 晶體的體變模量和結合能 體變模量平衡狀態(tài)利用體變模量3) 晶體的體變模量和結合能 體變模量平衡狀態(tài)利用體變模量體變模量 實驗測得的晶格常數(shù)