固體中的原子鍵合習(xí)題+答案

PAGEPAGE5第七章《固體中的原子鍵合》習(xí)題是否有與庫侖力無關(guān)的晶體結(jié)合類型？[解答]共價結(jié)合中，電子雖然不能脫離電負(fù)性大的原子，但靠近的兩個電負(fù)性大的原子可以各出一個電子，形成電子共享的形式，即這一對電子的主要活動范圍處于兩個原子之間，通過庫侖力，把兩個原子連接起來。離子晶體中，正離子與負(fù)離子的吸引力就是庫侖力。金屬結(jié)合中，原子實依靠原子實與電子云間的庫侖力緊緊地吸引著。分子結(jié)合中，是電偶極矩把原本分離的原子結(jié)合成了晶體。電偶極矩的作用力實際就是庫侖力。氫鍵結(jié)合中，氫先與負(fù)性大的原子形成共價結(jié)合后，氫核與負(fù)電中心不在結(jié)合，迫使它通過庫侖力再與另一個電負(fù)性大的原子結(jié)合?？梢?，所有晶體結(jié)合類型都與庫侖力有關(guān)。如何理解庫侖力是原子結(jié)合的動力？[解答]晶體結(jié)合中，原子間的排斥力是短程力，在原子吸引靠近的過程中，把原本分離的原子拉近的動力只能是長程力，這個長程吸引力就是庫侖力。所以，庫侖力是原子結(jié)合的動力。晶體的結(jié)合能，晶體的內(nèi)能，原子間的相互作用勢能有何區(qū)別？[解答]自由粒子結(jié)合成晶體過程中釋放出的能量，或者把晶體拆散成一個個自由粒子所需要的能量，稱為晶體的結(jié)合能。原子的動能與原子間的相互作用勢能之和為晶體的內(nèi)能。在OK時，原子還存在零點振動能。但零點振動能與原子間的相互作用勢能的絕對值相比小得多。所以，在OK時原子間的相互作用勢能的絕對值近似等于晶體的結(jié)合能。原子間的排斥作用取決于什么原因？[解答]相鄰的原子靠得很近，以至于它們內(nèi)層閉合殼層的電子云發(fā)生重疊時，相鄰的原子間便產(chǎn)生巨大排斥力。也就是說，原子間的排斥作用來自相鄰原子內(nèi)層閉合層殼電子云的重疊。原子間的排斥作用和吸引作用有何關(guān)系？起主導(dǎo)的范圍是什么？[解答]在原子由分散無規(guī)則的中性原子結(jié)合成規(guī)則排列的晶體過程中，吸引力起了主要作用。在吸引力的作用下，原子間的距離縮小到一定程度，原子間才出現(xiàn)排斥力。當(dāng)排斥力與吸引力相等時，晶體達(dá)到穩(wěn)定結(jié)合狀態(tài)?？梢?，晶體要達(dá)到穩(wěn)定結(jié)合狀態(tài)，吸引力與排斥力缺一不可。設(shè)此時相鄰原子間的距離為，當(dāng)相鄰原子間的距離時，吸引力起主導(dǎo)作用；當(dāng)相鄰原子間的距離時，排斥力起主導(dǎo)作用。共價結(jié)合為什么有“飽和性”和“方向性”？[解答]設(shè)N為一個原子的價電子數(shù)目，對于ⅣA，ⅤA，ⅥA，ⅦA族元素，價電子殼層一共有8個量子態(tài)，最多能接納（8—N）個電子，形成（8—N）個共價鍵，這就是共價結(jié)合的“飽和性”。共價鍵的形成只在特定的方向上，這些方向是配對電子波函數(shù)的對稱軸方向，在這個方向上交迭的電子云密度最大。這就是共價結(jié)合的“方向性”。共價結(jié)合，兩原子電子云交疊產(chǎn)生吸引，而原子靠近時，電子云交疊會產(chǎn)生巨大的排斥力，如何解釋？[解答]共價結(jié)合，形成共價鍵的配對電子，它們的自旋方向相反，這兩個電子的電子云交迭使得體系的能量降低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但當(dāng)原子靠得很近時，原子內(nèi)部滿殼層電子的電子云交迭，量子態(tài)相同的電子產(chǎn)生巨大的排斥力，使得系統(tǒng)的能量急劇增大。試解釋一個中性原子吸收一個電子一定要放出能量的現(xiàn)象。[解答]當(dāng)一個中性原子吸收一個電子變成一個負(fù)離子，這個電子能穩(wěn)定地進(jìn)入原子的殼層中，這個電子與原子核的庫侖吸引能的絕對值一定大于它與其他電子的排斥能。但這個電子與原子核的庫侖吸引能是一個負(fù)值。也就是說，當(dāng)中性原子吸收一個電子變成負(fù)離子后，這個離子的能量要低于中性原子的能量。因此，一個中性原子吸收一個電子一定要放出能量。為什么許多金屬為密積結(jié)構(gòu)？[解答]金屬結(jié)合中，受到最小能量原理的約束，要求原子實與共有電子電子云間的庫侖能要盡可能的低。原子實越緊湊，原子實與共有電子電子云靠得就越緊密，庫侖能就越低。所以，許多金屬的結(jié)構(gòu)為密積結(jié)構(gòu)。何為雜化軌道？[解答]為了解釋金剛石中碳原子具有4個等同的共價鍵，1931年泡林（Pauling）和斯萊特(Slater)提出了雜化軌道理論，碳原子有4個價電子，它們分別對應(yīng)，，，量子態(tài)，在構(gòu)成共價鍵時，它們組成了4個新的量子態(tài)；；；。4個電子分別占據(jù)，，，新軌道，在四面體頂角方向形成4個共價鍵。11.如何理解電負(fù)性可用電離能加親和能來表征?解答：使原子失去一個電子所需要的能量稱為原子的電離能,電離能的大小可用來度量原子對價電子的束縛強弱.一個中性原子獲得一個電子成為負(fù)離子所釋放出來的能量稱為電子親和能.放出來的能量越多,這個負(fù)離子的能量越低,說明中性原子與這個電子的結(jié)合越穩(wěn)定.也就是說,親和能的大小也可用來度量原子對電子的束縛強弱.原子的電負(fù)性大小是原子吸引電子的能力大小的度量.用電離能加親和能來表征原子的電負(fù)性是符合電負(fù)性的定義的你認(rèn)為固體的彈性強弱主要由排斥作用決定呢,還是吸引作用決定?[解答]

如上圖所示,

0r附近的力曲線越陡,

當(dāng)施加一定外力,

固體的形變就越小.

0r附近力曲線的斜率決定了固體的彈性性質(zhì).

而0r附近力曲線的斜率主要取決于排斥力.

因此,

固體的彈性強弱主要由排斥作用決定.

固體呈現(xiàn)宏觀彈性的微觀本質(zhì)是什么?[解答]

固體受到外力作用時發(fā)生形變,

外力撤消后形變消失的性質(zhì)稱為固體的彈性.

設(shè)無外力時相鄰原子間的距離為0r,

當(dāng)相鄰原子間的距離r>0r時,

吸引力起主導(dǎo)作用;

當(dāng)相鄰原子間的距離r<0r時,

排斥力起主導(dǎo)作用.

當(dāng)固體受擠壓時,

r<0r,

原子間的排斥力抗擊著這一形變.

當(dāng)固體受拉伸時,

r>0r,

原子間的吸引力抗擊著這一形變.

因此,

固體呈現(xiàn)宏觀彈性的微觀本質(zhì)是原子間存在著相互作用力,

這種作用力既包含著吸引力,

又包含著排斥力.一維原子鏈，正負(fù)離子間距為，試證：馬德隆常數(shù)為即：（可代入r0值，也可不代入）（3）體彈性模量由體彈性模量公式：（4）m=2，n=10，，w=4eV，求α、β①