第二章晶体的结合 大量原子、分子紧密地、有规则地结合成晶体的原因是由于原子、分子之间存在着 定的相互作用,这些相互作用极大地影响甚至决定了晶体的微观结构乃至宏观物理性 质。本章的主要内容就是在对晶体结合时内能变化的一般规律和原子间相互作用力的分 析的基础上,阐述了不同结合类型中原子间相互作用与晶体内能、晶体的微观结构和宏 观物理性质之间的内在联系。 §2.1晶体的结合能 原子在结合成晶体的过程中,随着原子间距的变化,原子间的相互作用力会发生变 化,原子之间会形成某种形式的键合从而结合成晶体。晶体的结合能或内聚能的变化规 律一方面与原子间的相互作用力密切相关,另一方面又联系着晶体的晶格常数以及体积 弹性模量和抗张强度等宏观性质。因此通过对晶体结合能函数的硏究,有助于深入理解 原子间的作用力对宏观性质的影响,也可以通过宏观性质的测量来验证原子间的作用力 理论。 2.1.1化学键 原子间的相互作用主要取决于外壳层电子,也称为价电子。对于大部分元素来说, 内壳层电子已经闭合,几乎不起作用,而更深壳层的电子则完全可以忽略。为了定量地 表征各种原子的化学性质,引入电离能和电子亲合能来分别衡量原子失去和得到一个电 子的能力。这种能力在一定程度上决定了原子在结合为晶体时所采用的结合类型。 原子的电离能是使基态的原子失去最外层的一个电子所必需的能量,即 基态原子+电离能 正离子+e 电离能可以表征原子对价电子束缚的强弱。电离能随原子序数的变化关系如图2.1 所示,可以看到,同一元素周期里,电离能随原子序数不断增大。惰性元素的电离能都 很大,表示原子很难被激发,而碱金属元素的电离能都很小,所以很容易失去价电子 原子的电子亲合能是一个基态原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量,即 基态原子+e—)负离子+电子亲合能 各种原子的电子亲合能如图22所示。可以看到,卤素原子具有较大的电子亲合能, 说明它们更易于得到一个电子 为了能够综合地表征原子得失电子的能力,穆力肯( Mulliken)定义原子的电负性 原子负电性=0.18(电离能+电子亲和能)第二章 晶体的结合 大量原子、分子紧密地、有规则地结合成晶体的原因是由于原子、分子之间存在着 一定的相互作用，这些相互作用极大地影响甚至决定了晶体的微观结构乃至宏观物理性 质。本章的主要内容就是在对晶体结合时内能变化的一般规律和原子间相互作用力的分 析的基础上，阐述了不同结合类型中原子间相互作用与晶体内能、晶体的微观结构和宏 观物理性质之间的内在联系。 §2.1 晶体的结合能 原子在结合成晶体的过程中，随着原子间距的变化，原子间的相互作用力会发生变 化，原子之间会形成某种形式的键合从而结合成晶体。晶体的结合能或内聚能的变化规 律一方面与原子间的相互作用力密切相关，另一方面又联系着晶体的晶格常数以及体积 弹性模量和抗张强度等宏观性质。因此通过对晶体结合能函数的研究，有助于深入理解 原子间的作用力对宏观性质的影响，也可以通过宏观性质的测量来验证原子间的作用力 理论。 2.1.1 化学键 原子间的相互作用主要取决于外壳层电子，也称为价电子。对于大部分元素来说， 内壳层电子已经闭合，几乎不起作用，而更深壳层的电子则完全可以忽略。为了定量地 表征各种原子的化学性质，引入电离能和电子亲合能来分别衡量原子失去和得到一个电 子的能力。这种能力在一定程度上决定了原子在结合为晶体时所采用的结合类型。 原子的电离能是使基态的原子失去最外层的一个电子所必需的能量，即 基态原子 + 电离能 正离子 + e 电离能可以表征原子对价电子束缚的强弱。电离能随原子序数的变化关系如图 2.1 所示，可以看到，同一元素周期里，电离能随原子序数不断增大。惰性元素的电离能都 很大，表示原子很难被激发，而碱金属元素的电离能都很小，所以很容易失去价电子。 原子的电子亲合能是一个基态原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量，即 基态原子 + e 负离子 + 电子亲合能 各种原子的电子亲合能如图 2.2 所示。可以看到，卤素原子具有较大的电子亲合能， 说明它们更易于得到一个电子。 为了能够综合地表征原子得失电子的能力，穆力肯（Mulliken）定义原子的电负性 为： 原子负电性 = 0.18（电离能+电子亲和能） 1