本讲目的:为何这种结构 第7讲视野拓展:晶体为什么 形成这样的结构? 结合性质←第7章也不能回答 这个问题。比如对右图,第7 章的核心就是告知这是有离子 性倾向的共价结合 结构性质:我们更关心为何形 成如此结构。本讲借助 orbital physics*阐述该问题←学习 *基本观点:原子轨道分布、填充 情况及其相互作用决定原子的近 程几何结构 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 1 本讲目的：为何这种结构 • 第7讲视野拓展：晶体为什么 形成这样的结构？ • 结合性质第7章也不能回答 这个问题。比如对右图，第7 章的核心就是告知这是有离子 性倾向的共价结合 • 结构性质：我们更关心为何形 成如此结构。本讲借助orbital physics来阐述该问题学习 * 基本观点：原子轨道分布、填充 情况及其相互作用决定原子的近 程几何结构
第12讲、固体结合(第七章内容) 1.分子轨道理论→轨道物理学 2.元素晶体 3.其他例子 基础: orbital physics→电子的轨道分布 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 2 第12讲、固体结合(第七章内容) 1. 分子轨道理论轨道物理学 2. 元素晶体 3. 其他例子 基础：orbital physics电子的轨道分布
0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 3
、分子轨道理论 分子中的单电子态称为分子轨道 分子轨道由原子轨道线性组合而成 由原子轨道组合成分子轨道,满足三个条件 对称性匹配 2.能级相近; 3.轨道最大重叠 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 4 1、分子轨道理论 • 分子中的单电子态称为分子轨道 • 分子轨道由原子轨道线性组合而成 • 由原子轨道组合成分子轨道，满足三个条件 1. 对称性匹配； 2. 能级相近； 3. 轨道最大重叠
a.原子轨道 基础:原子薛定谔方程的解 原子轨道:径向*角分量(球谐函数) R 电子波函数分径向和角度部分 *决定重叠的是价波函数作用半径和角分布部分 *结合时已经在作用半径内,所以起作用是角分布 *对构型,重叠起作用,由波函数的角度分部决定 *只讨论价电子波函数角分布 *只讨论轨道量子数=0,1,2→s,p,(轨道的角度部分 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 5 a. 原子轨道 • 基础：原子薛定谔方程的解 • 原子轨道：径向*角分量(球谐函数) • 电子波函数分径向和角度部分 * 决定重叠的是价波函数作用半径和角分布部分 * 结合时已经在作用半径内，所以起作用是角分布 * 对构型，重叠起作用，由波函数的角度分部决定 * 只讨论价电子波函数角分布 * 只讨论轨道量子数l=0, 1, 2s, p, d轨道的角度部分 ,, , nlm nl Ylm r R r
1s轨道 y 2p轨道与3p,轨道 px 3
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 6
3d轨道 3d22 3d 3dx 3dx 3dvz
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 7
4f轨道 4f2 4fxz2 4f1z2 880 4f 4f(x2-y) 4fx 4fy(3x2-y2y
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 8
b.原子轨道的相互作用 ·晶体由原子组合而成 *原子互相靠近会形成化学键 成键主要是由原子外层电子间的相互作用 ·轨道物理学解释 *晶体的几何构型(主要指局域结构)由组成晶体原子 的电子波函数的相互作用交迭)决定 ·轨道类型 *a轨道 *z轨道 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 9 b. 原子轨道的相互作用 • 晶体由原子组合而成 * 原子互相靠近会形成化学键 • 成键主要是由原子外层电子间的相互作用 • 轨道物理学解释 * 晶体的几何构型(主要指局域结构) 由组成晶体原子 的电子波函数的相互作用(交迭)决定 • 轨道类型 * σ轨道 * π轨道
原子轨道对称性匹配 Z PZ p,-pz a5s ao 0.10.0.68/ inche 固体结合
10.107.0.68/~jgche/ 固体结合 10 原子轨道对称性匹配 s+s s-s pz+pz dxz+pz pz-pz dxz-pz pz+s dzx+s dxz+px