高二物理競(jìng)賽晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律課件

1、晶體結(jié)合能的普遍規(guī)律本節(jié)主要內(nèi)容:2.1兩個(gè)原子間的相互作用能2.2晶體總的相互作用能電離能和電子親和能負(fù)電性

Inthisconnectionwemayrecalltherelationbetweenthewell-analyzedtheoryofquantumelectrodynamics(QED)andtheextensivelystudiedphenomenaofsuperconductivity.ThereishardlyanydoubtthatitshouldbepossibletostartfromQEDplustheexistenceofnucleiandelectrons,firsttoestablishthecrystalstructureofsolids,fromthattheelectron-phononinteraction,thentheB.C.S.theory,andfinallysuperconductivity.Asyet,however,noonehassucceededthroughpuretheoreticaldeductioneveninthefirststep,provingtheexistenceofcrystalfromQED.T.D.Lee,ParticlePhysicsandIntroductiontoFieldTheory,Chapter20,P544.

1.1電離能和電子親和能

中性原子失去1個(gè)電子成為+1價(jià)離子時(shí)所需要的能量為第一電離能，從+1價(jià)離子再移去一個(gè)電子所需的能量為第二電離能。電離能越大，原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力越強(qiáng)。1.電離能電離能4.3396.1116.007.889.879.75011.8413.996元素NaMgAlSiPSClAr電離能5.1387.6445.9848.14910.5510.35713.0115.755元素KCaGaGeAsSeBrkr電離能(單位:eV)小大2.電子親和能:中性原子獲得電子成為-1價(jià)離子時(shí)所放出的能量。B為電子親合能。1.2負(fù)電性負(fù)電性=0.18(電離能+親和能)(1)周期表由上到下，負(fù)電性逐漸弱；(2)周期表越往下，一個(gè)周期內(nèi)負(fù)電性的差別也越小。對(duì)比下表各個(gè)周期,可看出以下兩個(gè)特性：IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBLi1.0Na0.9K0.8Be1.5Mg1.2Ca1.0B2.0Al1.5Ga1.5C2.5Si1.8Ge1.8N3.0P2.1As2.0O3.5S2.5Se2.4F4.0Cl3.0Br2.8負(fù)電性

IA、IIA、IIIB負(fù)電性低的元素對(duì)電子束縛較弱，價(jià)電子易于擺脫原子束縛成為共有化電子，因此在形成晶體時(shí)便采取典型的金屬結(jié)合。

IVB、VB具有較強(qiáng)的負(fù)電性，它們束縛電子的能力較強(qiáng)，適于形成共價(jià)結(jié)合。

周期表左端的元素負(fù)電性弱，易于失去電子；而右端的元素負(fù)電性強(qiáng)，易于獲得電子，因此它們形成離子晶體。

E0是晶體的總能量，EN是組成該晶體的N個(gè)原子在自由狀態(tài)時(shí)的總能量，Eb即為晶體的結(jié)合能。晶體的結(jié)合能就是將自由的原子(離子或分子)結(jié)合成晶體時(shí)所釋放的能量。2.1兩個(gè)原子間的相互作用能1.原子間的相互作用力吸引力排斥力庫(kù)侖引力庫(kù)侖斥力泡利原理引起原子間的相互作用力r

兩原子間的距離；A、B、m、n>0,吸引能排斥能2.相互作用勢(shì)能兩原子間的相互作用力假設(shè)相距無(wú)窮遠(yuǎn)的兩個(gè)自由原子間的相互作用能為零，相互作用力為零。(a)相互作用勢(shì)能和原子間距的關(guān)系(b)相互作用力和原子間距的關(guān)系斥力引力最大有效引力(r0平衡時(shí)原子間最近鄰的距離。)r0(r=r0處相互作用能有最小值。)可知n>m，排斥作用是短程的。最大有效引力2.2晶體總的相互作用能則由N個(gè)原子組成的晶體的總的相互作用勢(shì)能為：1234

第i個(gè)原子與晶體中所有其它原子的相互作用勢(shì)能為：設(shè)晶體中第i個(gè)原子與第j個(gè)原子之間的相互作用勢(shì)能為u(rij