晶体的结合讲解VIP免费

1 第二章晶体的结合组成晶体的原子能够保持中性稳定的周期性排列，说明原子之间有着强烈的相互作用力。晶体粒子之间的相互作用力包括两种类型：吸引力和排斥力。当原子受到压缩时，这种作用表现为斥力；当晶体受到拉伸时，这种作用表现为引力。当斥力和引力平衡时，晶体保持一定的体积和外形。因此，晶体结构取决于组成晶体的原子的性质及相互作用。从能量的观点来看，一块晶体处于稳定状态时，它的总能量0E （原子的动能和相互作用势能的总和）比组成这晶体的原子处于自由状态时的总能量NE 低。两者之差被定义为晶体的结合能W：即0NWEE 。结合能就是把晶体分离成自由原子所需要的能量。对于晶体中原子相互作用的研究，实际上是量子力学的多粒子问题。由于问题的复杂性，只能采取多种近似的方法进行处理。本章首先介绍晶体结合类型的物理本质，然后利用经典理论重点讨论离子晶体和分子晶体的结合能。§2-1 晶体的结合类型与原子电负性对原子结合成晶体起主要作用的是各原子的最外层的电子。按原子间相互作用的性质，可把晶体分为离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和氢键晶体等等。2．1．1 晶体的结合类型1．离子晶体离子晶体是由正、负离子所组成， 依赖离子之间的静电相互作用结合成晶体。最典型的离子晶体是碱金属元素和卤族元素之间形成的化合物，它们的晶体结构也比较简单，分别属于 NaCl 或 CsCl 两种典型结构。在NaCl 晶体中， Na 和 Cl离子相间排列，每一种离子都是以异性离子为最近邻，总的库仑作用的效果是吸引的。同时，由于Na和 Cl离子都具有满电子壳层结构，当两个离子相互接近电子云发生重叠时，除静电相互作用外，由于泡利不相容原理， 它们之间将产生很强的排斥作用，晶体正是依靠库仑吸引和排斥相平衡结合成稳定的结构。由于离子具有满壳层电子结构，其电荷分布近似于球对称，所以离子键是没有方向性的，是晶格配位数较高的结构。这种离子键是相当强的，其结合能的数量级约为800kJ/mol，离子间的吸引能的数量级约为几eV，因此一般离子晶体的熔点较高，硬度较大。电子不容易脱离开离子， 离子也不容易离开格点位置，所以导电性差， 只是在高温下离子才可以离开正常格点位置并参与导电。大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰。2．共价晶体以共价键相结合的晶体称为共价晶体。在共价晶体中， 相邻原子各出一个未配对的价电子形成自旋相反的共用电子对，这样的键合称为共价键。氢分子...