2013-固體物理-3.0-內(nèi)聚能

晶體結合與彈性常量什么使晶體維系在一起？1.

晶體中原子之間的相互作用晶體或其它固體的內(nèi)聚力應全部歸因于電子的負電荷與原子核的正電荷之間的靜電吸引相互作用磁力對內(nèi)聚力只有微弱影響，萬有引力可以忽略1第3

章§1、晶體結合的基本形式rOr0rm第

3

章

晶體結合與彈性常量原子間相互作用力示意圖F排斥力總合力2吸引力絕對零度和不考慮外力rarnrmU (r)

BU (r)

ArUOr0U (r)aU (r)rU

(r)晶體總內(nèi)能3U

(r)

A

Brm rn其中，能量的零點取在

r→∞處，m<n第

3

章

晶體結合與彈性常量2.

晶體的內(nèi)能吸引和排斥作用對晶體內(nèi)能的貢獻第

3

章

晶體結合與彈性常量F

dU

(r)rUOr0U (r)aU (r)rU

(r)dr4dr在

r=r0

處

F

0

，因此dU(r)

03.

晶體的內(nèi)聚能即在

r=r0

處晶體內(nèi)能具有最小值Uc，也就是說，把晶體的各個原子分解為相距無限遠的、中性自由原子所需的能量為|

Uc

|

，通常稱之為晶體的內(nèi)聚能以自由原子的能量為參考點，原子組成晶體后系統(tǒng)能量的降低。第

3

章

晶體結合與彈性常量以自由原子的能量為參考點（即零點），原子組成晶體后系統(tǒng)能量的降低稱為內(nèi)聚能，或者說也就是把一個晶體拆散成它的組成單元時，外界需提供的能量。它表示晶體結合的強弱，組成晶體時放出的能量多，拆散時供給的能量也多，內(nèi)聚能就大。第

3

章

晶體結合與彈性常量4.

晶體常見的結合方式通常晶體有五種不同的結合方式：范德瓦耳斯結合：氣體

Ar離子結合:

離子晶體共價結合：金剛石金屬結合：金屬氫鍵結合：冰6第

3

章

晶體結合與彈性常量〈1〉離子性結合：以這種形式結合的晶體稱為離子晶體。以正負離子作為組成晶體的結構單元，如NaCl晶體，以

Na

,

Cl

作為結構單元而形成。引力是異類離子間的庫侖引力，斥力來自同類離子間的庫侖斥力及泡利不相容原理，為了能夠穩(wěn)定組合成晶體，正負離子是交替排列的，每一類離子都是以異類離子為最近鄰，泡利原理產(chǎn)生的斥力是短程力，只有電子態(tài)交疊才出現(xiàn)。第

3

章

晶體結合與彈性常量〈2〉共價結合：以共價鍵結合的晶體稱為共價晶體。它是以每個原子貢獻一個電子組成共價鍵而形成的，共價鍵中的兩個電子是自旋反平行的，共價鍵具有飽和性和方向性，一個原子只能與周圍一定數(shù)目的原子組成共價鍵，若原子外層電子不到半滿（少于4個），都可形成共價鍵，若原子的價電子數(shù)大于4，只有8-Z個電子才能形成共價鍵（Z為價電子數(shù)），所謂方向性是指原子只能在價電子出現(xiàn)幾率最大的方向形成共價鍵。第

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章 晶體結合與彈性常量〈3〉金屬性結合：原子組成金屬晶體后，金屬中的原子的價電子脫離母體原子形成自由傳導電子由其與失去了價電子的正原子實之間的庫侖作用而結合，原子實淹沒在自由電子氣體之中，金屬結合傾向于原子按最緊密方式排列，對原子的排列方向無要求，因此金屬較容易發(fā)生形變，原子間可相互移動，有很好的塑性?！?〉范德瓦爾斯互作用：范德瓦爾斯互作用發(fā)生在本來就具有穩(wěn)定組態(tài)的原子與分子之間，由范德瓦爾斯互作用結合而成的晶體稱為分子晶體。第

3

章

晶體結合與彈性常量〈5〉

氫鍵結合：以氫鍵結合的晶體稱為氫鍵晶體。氫有許多獨具的特點：〈a〉氫的原子實是一個質子，尺寸

約10

13

cm，比通常的原子實尺寸要小105倍?！碽〉氫有很高的電離能，約13.6eV(即把氫的核外電子拿走付出的能量),比Na、k高得多。（Na為5.14eV,k為4.34eV)〈c〉只有兩個電子就可構成滿殼層，比其它原子（8個電子）要少。第

3

章

晶體結合與彈性常量5.

原子間吸引力及排斥力的機理吸引力與排斥力的物理原因與晶體的具體結合方式有關對于原子間的吸引力，不同的結合方式有不同的機理，例如：范德瓦耳斯結合原子或分子的電偶極矩之間的相互作用離子結合正負離子之間的庫侖作用力11第

3

章

晶體