第三章晶体结合 §1、晶体结合的基本形式 1.内聚能 以自由原子的能量为参考点(即零 点),原子组成晶体后系统能量的降 低称为内聚能,或者说也就是把一个 晶体拆散成它的组成单元时,外界需 提供的能量。它表示晶体结合的强弱 组成晶体时放岀的能量多,拆散时供 合的能量也多,内聚能就大
第三章 晶体结合 §1、晶体结合的基本形式 1.内聚能 以自由原子的能量为参考点（即零 点），原子组成晶体后系统能量的降 低称为内聚能，或者说也就是把一个 晶体拆散成它的组成单元时，外界需 提供的能量。它表示晶体结合的强弱， 组成晶体时放出的能量多，拆散时供 给的能量也多，内聚能就大
2、晶体结合的基本形式 〈1〉离子性结合:以这种形式结合 的晶体称为离子晶体。以正负离子作 为组成晶体的结构单元,如NC晶体, 以M:c作为结构单元而形成。引力是 异类离子间的库仑引力,斥力来自同 类离子间的库仑斥力及泡利不相容原 理,为了能够稳定组合成晶体,正负 离子是交替排列的,每一类离子都是 以异类离子为最近邻,泡利原理产生 的斥力是短程力,只有电子态交叠才 出现
2、 晶体结合的基本形式 〈1〉离子性结合：以这种形式结合 的晶体称为离子晶体。以正负离子作 为组成晶体的结构单元，如 晶体， 以 作为结构单元而形成。引力是 异类离子间的库仑引力，斥力来自同 类离子间的库仑斥力及泡利不相容原 理，为了能够稳定组合成晶体，正负 离子是交替排列的，每一类离子都是 以异类离子为最近邻，泡利原理产生 的斥力是短程力，只有电子态交叠才 出现。 N Cl a + − N cl a
〈2〉共价结合:以共价键结合的晶体称为 共价晶体。它是以每个原子贡献一个电子 组成共价键而形成的,共价键中的两个电 子是自旋反平行的,共价键具有饱和性和 方向性,一个原子只能与周围一定数目的 原子组成共价键,若原子外层电子不到半 满(少于4个),都可形成共价键,若原子 的价电子数大于4,只有8-z个电子才能形 成共价键(Z为价电子数),所谓方向性是 指原子只能在价电子出现几率最大的方向 形成共价键
〈2〉共价结合：以共价键结合的晶体称为 共价晶体。它是以每个原子贡献一个电子 组成共价键而形成的，共价键中的两个电 子是自旋反平行的，共价键具有饱和性和 方向性，一个原子只能与周围一定数目的 原子组成共价键，若原子外层电子不到半 满（少于4个），都可形成共价键，若原子 的价电子数大于4，只有8-Z个电子才能形 成共价键（Z为价电子数），所谓方向性是 指原子只能在价电子出现几率最大的方向 形成共价键
〈3〉金属性结合:原子组成金属 晶体后,金属中的原子的价电子脱离 母体原子形成自由传导电子由其与失 去了价电子的正原子实之间的库仑作 用而结合,原子实淹没在自由电子气 体之中,金属结合倾向于原子按最紧 密方式排列,对原子的排列方向无要 求,因此金属较容易发生形变,原子 间可相互移动,有很好的塑性
〈3〉金属性结合： 原子组成金属 晶体后，金属中的原子的价电子脱离 母体原子形成自由传导电子由其与失 去了价电子的正原子实之间的库仑作 用而结合，原子实淹没在自由电子气 体之中，金属结合倾向于原子按最紧 密方式排列，对原子的排列方向无要 求，因此金属较容易发生形变，原子 间可相互移动，有很好的塑性
〈4〉范德瓦尔斯互作用: 德瓦尔斯互作用发生在 本来就具有稳定组态的原子与 分子之间,由范德瓦尔斯互作 用结合而成的晶体称为分子晶 体
〈4〉范德瓦尔斯互作用： 范德瓦尔斯互作用发生在 本来就具有稳定组态的原子与 分子之间，由范德瓦尔斯互作 用结合而成的晶体称为分子晶 体
对于惰性气体元素的原子,由于瞬 间正负电荷的中心不重合,因此存在瞬 间的电偶极矩,对于这种作用经过量子 力学和统计物理的详细计算,吸引作用 占优势,瞬间偶极矩之间的吸引作用称 为范德瓦尔斯互作用。这种作用是短程 作用,斥力来源于泡利原理,很多惰性 气体晶体都是由这种作用组成的
对于惰性气体元素的原子，由于瞬 间正负电荷的中心不重合，因此存在瞬 间的电偶极矩，对于这种作用经过量子 力学和统计物理的详细计算，吸引作用 占优势，瞬间偶极矩之间的吸引作用称 为范德瓦尔斯互作用。这种作用是短程 作用，斥力来源于泡利原理，很多惰性 气体晶体都是由这种作用组成的
〈5〉氢键结合:以氢键结合的晶体称为氢 键晶体。氢有许多独具的特点 〈a〉氢的原子实是一个质子,尺寸 约10cm,比通常的原子实尺寸要小10°倍 〈b〉氢有很高的电离能,约13.6eV (即把氢的核外电子拿走付出的能量),比 Na、k高得多。(Na为5.14eV,k为4.34eV) 〈c)只有两个电子就可构成满壳层, 比其它原子(8个电子)要
〈5〉氢键结合：以氢键结合的晶体称为氢 键晶体。氢有许多独具的特点： 〈a〉氢的原子实是一个质子，尺寸 约 ，比通常的原子实尺寸要小 倍。 〈b〉氢有很高的电离能，约13.6eV (即把氢的核外电子拿走付出的能量),比 Na、k高得多。（Na为5.14eV,k为4.34eV) 〈c〉只有两个电子就可构成满壳层， 比其它原子（8个电子）要少。 5 cm 10 13 10−
§2、惰性元素晶体 这种晶体中的原子或分子靠范德瓦尔 斯互作用联系,结合单元为分子或原子 如惰性气体HN4Kx等,除以外 般是fc结构,这些晶体的内聚能低(只有 十几或几十kJ/mo),故熔点低,很易升 华为气体,当原子相互靠近到电子态相互 交叠时,由于泡利原理产生排斥力,平衡 时引力与斥力相平衡
§2、惰性元素晶体 这种晶体中的原子或分子靠范德瓦尔 斯互作用联系，结合单元为分子或原子。 如惰性气体 等，除 以外，一 般是fcc结构，这些晶体的内聚能低（只有 十几或几十kJ/mol），故熔点低，很易升 华为气体，当原子相互靠近到电子态相互 交叠时，由于泡利原理产生排斥力，平衡 时引力与斥力相平衡。 He Ne Ar Ke Xe . . . . He
2 R
1、范德瓦尔斯互作用 分子晶体中两个原子间的互作用可用 两个相同的简谐振子来模拟,即用两个 维谐振子来模拟两个原子间瞬时偶极矩的 相互作用。 当两个原子相距很远时,即R足够大时 可认为两原子之间无相互作用,此时系统 的哈密顿量为 +CX2+ 02m2 2n2 若把势能项用振子的频率来表示,有 CXi=mOxI ICx2-Imo2x2
1、范德瓦尔斯互作用 分子晶体中两个原子间的互作用可用 两个相同的简谐振子来模拟，即用两个一 维谐振子来模拟两个原子间瞬时偶极矩的 相互作用。 当两个原子相距很远时，即R足够大时， 可认为两原子之间无相互作用，此时系统 的哈密顿量为： 若把势能项用振子的频率来表示，有： = + + 2 1 2 1 0 2 1 2 CX m P H 2 2 2 2 2 1 2 CX m P + m = c 0 2 1 2 0 2 1 2 1 2 1 CX = m X 2 2 2 0 2 2 2 1 2 1 CX = m X