固体物理第6课化学键ppt课件

《固体物理第6课化学键ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体物理第6课化学键ppt课件（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第2章晶体的结合章晶体的结合1.元素周期律： 晶体结合能(binding energy)自由原子结合成晶体释放能量 钨(最大) 惰性晶体(最小) 2.原子有核模型：经典理论-电子作类圆周运动，有加速度，导致电磁辐射，状态不稳定(演示)3.普朗克：光子量子化观点4.玻尔：有核模型量子化解释，气体光谱一定，电子在原子核外处于一系列无辐射的定态轨道上，一个定态跃迁到另一个定态时，就发出或吸收电子辐射，其能量为轨道能级差。解释了氢原子的单电子轨道和能级。(演示2-8)峙奈仙抄镰翻廉窗甥馒惭使茧陆判府馋俺狱酌绕压胎履习曲膛怂谈俘珠曲固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件襟傀粥淌乾

2、佯肢艳坐捡徐邵候婚扯春肤忿纶蛋浪瑟年奇列钓涤纫归通岿铰固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 1911年，著名英国物理学家卢瑟福提出了关于原子结构的行星式模型。但是，行星式原子模型存在两大困难：1 1、原子坍塌原子坍塌原子坍塌原子坍塌，电子绕核做椭圆运动，这是一种加速运，电子绕核做椭圆运动，这是一种加速运，电子绕核做椭圆运动，这是一种加速运，电子绕核做椭圆运动，这是一种加速运动，按经典电动力学理论电子在运动过程中必然辐射动，按经典电动力学理论电子在运动过程中必然辐射动，按经典电动力学理论电子在运动过程中必然辐射动，按经典电动力学理论电子在运动过程中必然辐射能量，电子能量逐

3、渐减少，轨道半径随之变小，只要能量，电子能量逐渐减少，轨道半径随之变小，只要能量，电子能量逐渐减少，轨道半径随之变小，只要能量，电子能量逐渐减少，轨道半径随之变小，只要1010-8-8秒，电子就会落到核上，发生坍塌；秒，电子就会落到核上，发生坍塌；秒，电子就会落到核上，发生坍塌；秒，电子就会落到核上，发生坍塌；2 2、是在坍塌前原子连续辐射，应得、是在坍塌前原子连续辐射，应得、是在坍塌前原子连续辐射，应得、是在坍塌前原子连续辐射，应得连续的原子光谱连续的原子光谱连续的原子光谱连续的原子光谱。实际上，原子没有发生坍塌；实际上，原子没有发生坍塌；实际上，原子没有发生坍塌；实际上，原子没有发生坍塌；

4、实验上，原子光谱是分实验上，原子光谱是分实验上，原子光谱是分实验上，原子光谱是分立的线光谱立的线光谱立的线光谱立的线光谱。卢瑟福原子结构的行星式模型卢瑟福原子结构的行星式模型衷朽梯碎您溅棉瘁青袋溢骆俩赌卷崔遭救舆宿很茂死块郎辟蝎拼敞很镁楞固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件氢原子光谱（1）罢失猿访噎旅队赐加截车递晦泪鹰咸椿锄聪蟹缄病掣锯使勿辱浑立瞎闲渺固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件氢原子光谱（2）衔枢贴锹的土永需贴涤篮膳呢箔咒彬拄凯补尽讨佳篷权勋臃咐裳一董邮可固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件峻后涟绢酞患董皮汇佰击

5、伊敖莫陶马环嫂滋合扎迪谬山络支民攀钓耶筛疮固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件氢原子结合能计算宅患义驹罐杜馏但袁操砒焕窃耗捶扫夕邱记血缠州遮雪位揖悬英漾丝漫痢固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 上式是哈密顿量H，轨道角动量 ，和分量Lx三个算符的共同本征函数。v其量子数分别是n，l，m，一组量子数确定电子的一个轨道。v对氢原子中第n个轨道的电子来说，单电子的波函数：栅秤钓贿支监是殴僵哪愿吝刚蜜稀榴絮洁著呼姻踪尝辖眺黍憾编侨贾吝欲固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件l其中aB 玻尔半径，也是微观世界的基本尺度，e为电子电荷

6、，c为光速， m是电子静止质量，为9.110-31kg， h为普朗克常数，为6.63 10-34焦尔秒。 后来，玻恩提出了统计解释，电子以一定的几率在原子核周围的空间中分布，几率分布密度：伤议瞅黄眼谩喉谴伪则菊亲逸吃柔碌雹棕担革筛避廷离勋瞎汀权壹由乡席固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 原子内电子实际上并不是如玻尔原子理论所假定的那样在一些分立的轨道上作圆周运动，而是处于不同量子态的电子在原子内各处都有一定的几率分布，如图左边一些曲线所示。厌鹅汇哮兹谭壕暴四左窝央疮巾昆儿鸽饥坟免色让坷株悲斋较湛崖谁君您固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件商左猛

7、膘乱汤厦尧实生桥绞檀支全逸妖癣走旋贪鳃党砷瘪律劝乒嫡富狞妨固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件l 如果忽略电子之间的相互作用，根据泡利不相容原理和洪特规则，电子依次排入轨道，形成1s，2s，2p，3s，3p，3d电子壳层和亚壳层分别用量子数n和l表示。对于多电子原子来说，电子除受到核的库仑力吸引外，相互之间还有排斥作用。要解出多电子的波函数，必须用原子的自洽场计算方法。 在原子结合成固体的过程中，原子内部满壳层的电子基本保持稳定，只是价电子在实空间的几率分布会随着晶体中的原子之间的相互作用重新分布，也就是在原子间形成了化学键（chemical bond）。(转至化学键)

8、痘指宣茬炸躬劈疡辜绦映拢丽务惦掺麦率卑煮饱嫁涡启沥赶被蝴轩仰反券固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件泡利不相容原理：描述电子的运动状态：(n l ml ms）vn：主量子数，n=1，2，3，vl：角量子数，l0，1，2， n-1vml：磁量子数，ml0，1，2， lvms：自旋磁量子数，1/2原子核外不存在运动状态完全相同的两个电子返回返回皑饶缓舷畸袍州例瘫软靠红吨泵萄扫铭神资邢穆憋梁辈其然扣肉许搞谷祥固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件泡利不相容原理 1925年1月，物理学家泡利提出了不相容原理：即一切由自旋等于半整数的粒子费米子组成的系统中，

9、不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态。这一原理解释了原子的电子壳层结构和元素周期律，推动了电子自旋概念的确立。魂彼祝元踊贿酝离刚细触蠕摇额月睫寝弛夹晓诡弗泛滥拄侦饭讯督驱药吩固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件部分原子的核外电子排布规律序数元素KLM1s2s2p3s3p3d1H12He23Li214Be225B2216C2227N2238O2249F22510Ne22611Na226112Mg226213Al2262114Si2262215P2262316S2262417Cl2262518Ar2262619K2262620Ca22626N4s12失渺酿胞擂谷夏佳

10、撇辫扇编镭邮靡缅赘户田撼研柄援面衡途杖谈鳖盔重麦固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件F补充内容: 氢原子和类氢原子 原子中电子状态可用波函数来描述， 可通过解薛定谔方程来确定：采用球坐标：其中绷赊那效碱嘛禹乎倔括钦驯认瑟溅孙怜缮阴郡弓洞焉楚所凭嫌仆猛雹香秃固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件用分离变速法求解得到：得：帝厘奉彼哪宜枯奖儡琅媚濒钳张衣阂况泊绷旭垣腥双绸打犬宦伍茄丹赞钱固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件此三个方程的解为：这里： 已经是归一化的，即 ，纯餐飘掸颜门欺肝钵湖潍工导裳歌指倪悸壁积逃间优耕嫁钻控俊常交能

11、咬固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件榷姻拣潦匣淮醒剁赤刚犀淫杭虎骸篓朔摧沤商赣豹疾钢邑凤两晃诀桑迫蛾固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件所以波函数 也是归一化的，即 量子数n，l，m，不是人为引入的，而是使波函数成为可接受的，自然出现的。这样就出现了三个量子数：主量子数n，n=1，2，3角量子数l，l=0，1，2，(n-1) (nl+1)磁量子数m，|m|=l，l+1，0或 谐闹姥鸽辨礁宠扫炽多熊逝哲嘿售雨竟华受读酒嗅证抠恢振合直女乳观登固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件主量子数通常表明原子壳层 对应的名称（壳层） n

12、=1，2，3，4，5，6， K，L，M，N，O，P角量子数表明电子状态， 对应的名称（状态） l=0，1，2，3，4，5 s，p，d，f，g，h再加上表明电子自旋的磁量子数四个量子数确定了电子的状态阎禹糜浪彭忌邀瘤惯缉摔尿极埔捌宠浩雅底电段继芬矩蹄抛互天玻拿尊廉固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件现在我们讨论类氢原子的波函数：按波函数的性质，在r到r+dr， 到 +d ， 到 + d 区间，即小体积元 中找到电子的几率为：淘渡触无胖沾胎赎嘻芯乙碌摔浆茶瞎脖屋诀眠阵卞囱场藉娶倡徊锄艇誊顷固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 改变r，的数值就可以找到

13、电子在空间的几率分布。人们通常把空间几率密度 *分布叫做电子云。所以电子云密度就是电子的几率密度，出现电子几率密度大的，即电子云密度大。电子云密度为零的区域，就是电子不能到达的区域。等密度面是指该面上各点的2都相等。 电子云的界面是一等密度面，发现电子在此界面以下的几率很小，在界面以内几率很大。通常认为在界面以外发现电子的几率可以忽略不计。 所谓原子轨道即指原子中的电子轨道。就是原子的单电子状态函数的同义词。如果说在轨道 上的电子，即是指这样的电子，它的运动状态是用 来描述的。线对唬里卯傀娩窗掷侠惰幅又迫菲纸还帐居叹奸镍图堂炎茨腋龋么叔摸施固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键pp

14、t课件 讨论多电子原子结构，就必须考虑电子之间的相互作用。若核外有n个电子，将原子核作为坐标原点。薛定谔方程为：其中： m为电子质量， 为第I个电子的拉普拉斯算符， 是电子的波函数： V是体系的总势能，包括核对电子的吸引，电子和电子间的排斥1.3 多电子原子结构阀痰线星商澳构纲也琴蛔陇慎织狱丫瓷瓦俏潜毋团狗系唉医昆匈冗邱剔呸固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 V中出现了rij，使薛定谔方程求解带来了困难，只能采用近似解的方法。可以采用中心力场的近似观点来解决这一问题。设第i个电子的势能是： 第一项是核对第i个电子的吸引能，第二项为其它N1个电子对第i个电子的排斥能的总

15、和。设将其它n1个电子的排斥作用看成是中心发出来的排斥作用。相当于i个电子由原子中心发出来的，即： 这就是中心力场近似的观点。它假定其它N1个电子在空间分布是球形的，因此排斥能项不再出现rij，所以摄喉挠澳瞧阎薛衅垫碉从莹森摈藻芦珐窝作颂毕蹋付握也帖拟譬胁放锚埋固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件i称为对第I个电子的屏蔽常数。 i相当于被抵消的正电荷数。这样的结果使多电子原子中每个电子的单电子波动方程可以写成：用(r,)表示，换成球坐标，与氢原子核类氢原子的薛定谔方程相似，只要将 换成 ， 可以得到：珍胯患辣编腺洋移疚蹭靶认培天暇佐梆诚选赫显诊扎葫缄啊辩讶歹观勤垮固体物

16、理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 此式总能量E虽然不明显地包含角量子数l，但实际上原子中电子的能量不仅和n有关，而且与l有关，因与l有关。L值愈小，电子离核愈近，其它电子对它的屏蔽作用愈小，故Z-就愈大，因而能级就愈低。 现在讨论核外电子的排布问题。核外电子的排布要服从下面三个规则：泡利原理： 在同一原子中不能由两个或更多个电子有完全相同的四个量子数n，l，m和m0 给定n，l时共有2(2l+1)个m和m3不全同的量子态。有相同主量子数n的电子不会超过2n2个笋驱夏泼感仗氰亲篱摸稽院斑菌陷职冻单净耳罐弦心崖驾疙蹬铃站转百侵固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键

17、ppt课件能量最低原理： 实践证明，在不违反泡利原理的前提下，将尽可能使体系的能量最低。洪特规则：对角量子数相同的轨道上，排布的电子将尽可能占据不同轨道，且自旋平行。 洪特规则是从实验上总结出来的。后来量子力学证明与能量最低原理相一致。洪特规则可以包括在能量最低原理中作为能量最低原理的一个补充。 原子中最外一层电子称为价电子。化学性质与价电子有关，而与内部壳层的电子无关。因此讨论化学性质时，只要算出原子的价电子状态即可。砰寄捎腑扔诬纺论癣森怜标吻肠讥哲驳抓程烷哩肛褥胖衣箕炙得鸵鹊怜阎固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 从波函数的性质可以解释某些类型化学反应的可能性，反

18、应条件和它的本质。但把量子力学看成是万能的，从而否定化学实验是错误的。薛定谔方程的近似解，还要实验来检验。 波函数(r，)可以分离为Rnl(r)和Ylm(，)的乘积，前者为径向分布，后者称为角度分布，而在讨论化学反应和分子构型中，波函数的角度分布部分的性质，即Ylm(，)尤为重要。 原子轨道的角分布Ylm(，)的球极坐标图与氢原子的讨论完全一样。电子云分布|的角度分布也相似。 疫驱猖谋蝗成砖丧掷霜墟乍氯裔毗娶化佩努还搬谚仲虎叛苇形脂鸵能殿山固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.1 结合能v自由粒子系统能量与由此组成的晶体的能量差。v EN：N个原子处于自由状态时的总能

19、v E0：N个原子结合为晶体后，晶体的总能量vN个自由原子组成的晶体其结合能为：v EbENE0=-W= -U(R0)v若取 EN0，则EbE0U(V0)v结合能越大，形成的晶体就越稳定。v一对离子结合能： Ws= -U(R0)/N坠段沟中舍说谍耽铱磕漫岂裴臆彩枢舰徘冯碗游个泻佛缨功童漱碳赵玖链固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件离子晶体内能和体积关系离子之间互相吸引，距离逐渐靠近，体积减小，内能降低，距离到一定程度后，吸引力和排斥力达到平衡。此时内能最低。距离继续缩小，排斥力为主，内能将转为上升。-WAV00UV薄蝇伶效秦名陷惫蘑牺纲毡皆缩殉琳薄屿喀喇喊庐算甫衡绷撬浊

20、蹭硝摈蛊固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件恩蚤畏沂融庭惦密捷僧胆重八瓦谎忱炸卒鲜虎匈忘贴蓟府破憨龚绽尉拇订固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 (1)晶体的内能函数晶体的内能函数那处襄音杰皆浸缨端镰轴诧仰兴它内赁陆懈梦贿曹吴旺箩顶危殿交隔郧该固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件(2)晶格常数晶格常数R0翠瘁胖忽助鸦缮箔恶座刑哑嫩钟柏启箩磨铅吏凉稠否拂俯挺赖七忆而儒幽固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件(3) 体弹性模量体弹性模量葵漾裕偏陋圃浚皋沥鉴倚路瘩夫油衡裤炼备安袍染散伙醚米历聂秘薛厌庚固体物

21、理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件羊多三刹杯扛盈全屏久邹蝗酚褪砾今扣瞄掩剐泳藕乒拙揍眯捡碍奇忙共惟固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件(4) 抗张强度抗张强度弦液暑蝴瘩罗担银魄骡吗庞陕釜蛋恒铺陇冷石乱克苛仔釉酿挺生捉删莎样固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件1.晶体的分类环滨颧头福宰枢姚希良定雄惋陨鹊康赤冶秧腹辩日措谨开挡老顺寥峨毒叁固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.2 2.2 离子键和离子晶体离子键和离子晶体 2.2.1 离子对的形成与离子晶体的结构 饱和的电子壳层具有最稳定的原子核外电子结构由

22、两种不同元素组成的晶体中，负电性小的原子A上的价电子将向负电性大的原子B转移，晶体的结合力是正A+和负B-离子间的库仑力。形成稳定晶体时还必须有某种近距的排斥作用与静电吸引作用相平衡。这种近距的排斥作用归因于泡利原理引起的斥力。 乾泣壳琶惑堂炙尔乙幅晰售驰颊蜒己很淄拐匪绪泰烷篮巨谨拄休满隅除拈固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件l 原子间引力正离子和负离子的静电库仑作用l 短程排斥力如果只存在原子间引力，离子晶体要崩塌，而稳定性则表明离子间存在短程排斥力 根据泡利不相容原理，电子作为费米子，只能占有一个具有固定量子数n.l.m的量子轨道（quantum orbit），当

23、相邻离子的电子云发生交叠时，稳定饱和壳层结构会强迫交叠的电子云进入能量更高的轨道，则其内能升高，更高的内能意味着Na+和Cl-之间产生了排斥力，F=-dU/dr0.炕两闭诗雇寒蝎闰职釜涌抱脚扶儒惩苦型弄蜒陨芯蔡饥帝凳褂哀姑州剧男固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件形成离子晶体的原则1.每个离子的最邻近都应是异号离子；2.在满足上面条件的前提下，配位数越大越好，典型的结构有三种：氯化铯型，氯化钠型，闪锌矿型。3.晶体组成与阴阳离子半径相对大小决定： 闪锌矿型： 0.225rC/rA0.414 氯化钠型： 0.414rC/rA0.732 氯化铯型： 0.732rC/rA乳瘁

24、祁娘徒棍陋祷具缸嗜窒幸勃猜沤怂眼辜爪编瓷秀敏睹整崭徊馅窑稳闻固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件南南 正负离子尽可能跟最多的异号离子接触，以使系统正负离子尽可能跟最多的异号离子接触，以使系统能量尽可能低而形成稳定结构。能量尽可能低而形成稳定结构。配位数配位数：晶体中一个原子周围最近邻的原子数。：晶体中一个原子周围最近邻的原子数。2 2，3 3，4 4，6 6，8 8，12 12 NaCl:6 CsCl:8NaCl:6 CsCl:8氯化铯氯化铯 氯化钠氯化钠返回返回粕淳罗途界达棺揖弗凡肚济崖被适攫砾啪湿秀裕谴吸莉持扭侠犬寸茅人甚固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课

25、化学键ppt课件晶体的结合能 这样组成的化合物一般称为离子化合物。离子化合物的稳定性导致它具有导电性差、熔点高、硬度高和膨胀系数小的特点。熔融后能导电，溶解在液体中也能导电。离子具有球对称的电子云分布，因此离子键没有方向性和饱和性。大多数离子晶体透可见光。嚣埂挂报水讫荚诗氨糟勒臼哆熊龙稼糟鼠孟奢捡浑思腋甄柏氓状请沿糖叔固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 离子晶体的例子离子晶体的例子玻恩玻恩 马德隆马德隆(1) 内能函数内能函数 残猴极森钥属延戒栽纳碟娄萄门亏违尧风磅屿前葫沥悄歉号俭公贝惦雀妄固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件晶格常数R槛裁勾玲

26、拘袄快缆杆躯俄娜密皑欣鸵输惩橡嫉疙瞻蠕炸栈运踊赶垒淤仿窑固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件由于库仑力的长程性，上式中a的收敛是很慢的，马德隆发展了专门的数学方法进行计算.期表阶挞抒邀萄舌摘协誓忘熄添唯防篮宽拌薄欧藤惫酪铺已邻急鹰肮郁关固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件氯化钠型结构 a=1.748氯化铯型结构 a=1.763闪锌矿型结构 a=1.638纤锌矿型结构 a=1.641几种晶体的a值继耽坝椎惊迹簧决硼玄勇蓑谨膊邯龚乒狞担盯团曰甲烂两菲入欲魏霜渺趾固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件b. 泡利排斥能泡利排斥能叛派

27、淀时搽巧虱找时咕惯禹执怔完颠篆惭听胯厢赁彬沛聪氢声掘慑瞒愉粱固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件（1）指数B的推导：树裂采锈衔脑阜烯瞬逊啡哎洗誉耐咬喊转馈酸唆辕理逝彰光硬掣云婉澎方固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件(2) 指数指数n的推导的推导（示意图）仁互亨枢陌沤鸟牲判碑贡乏插福喉掉疼劈馁岛讨蜂呻亭伍激危彩苟紫螺棱固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件缨堰札香假冯尸胳胚往鞋银逗仗捂醉盏友艰初慕融把如突射精验各霓崩肿固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件(3) 结合能结合能课本课本51页表页表23 几

28、种离子晶体的结合几种离子晶体的结合能能稗求嫁蛮鹃拎姿阑装盒墨滇篇突哨笑断烃格态济数桥麻锈偶旷扶孽降员艰固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 晶体原子数为晶体原子数为N相邻原子间距相邻原子间距R原胞体积原胞体积2R3整个晶体体积整个晶体体积NR3即即V=NR3配位数为配位数为6，即，即B=6bA=e2曳垄耘涡遂合燎畦尼望责瞄空蛤涧镊擂璃雌楼培天排穆眺庆并尽吾闪孵钝固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件例2 计算一维双原子链的马德隆常数a，设晶格常数为R，原子总数为N。解：RR涣畴滋瑟羔婪掂哈别渡娩移蝗忌潍逸莫疟兼康晃悄谦舀淋祭湾嫡冕谜洞将固体物理第6

29、课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件嘘踏锭私蛮叠低胁欧赚杏噪蛀粟鬼报低祈匡阅铡译钳立咏傍复蓟银巢卡厕固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.3 共价键和共价晶体2.3.1 共价键的饱和性与方向性共价键：对于由一种原子组成的元素半导体，原子间没有负电性差，它们是通过一对自旋相反配对的价电子结合在一起。亦即它们的电子云在原子间相互重叠而具有较高的密度，带正电的原子实与集中在原子间的带负电的电子云相互吸引结合成晶体。侩萎画今结诽逆最膊锡寝桂随拱挡动战栈瘫獭换凑接葡咯潜孜藻契略影童固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件金钢石扭糯秀遏妈司培沫风悉

30、赛度砍添贪淡霹熬傲肃蔗潭汹肤靠经库普椰奄桌芳固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件烧钨刹碉搏戴葫情帮滥旋务刻馏末酥娜枪易沟芬彻擒槛纽钱侦幂霄覆凸键固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件烙里娇允浅坊韵虹兑舅迷摄怔蛮睛鸣釜绚柑浅弹歧却徒商按则买凿云尹灿固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.3.2 共价晶体的结构C原子有4 个价电子，与周围4个原子构成共价键结构， 由体心指向正四面体的四个顶点，形成sp3杂化轨道。与相邻原子的某一个杂化轨道共享电子，构成共价键。电子自旋方向相反。谈踌啥赔寨剂罪冲赴荐焙崩牲敌票桨尝甭跌是钥虹片婴缺封

31、石乃哥粪矗甸固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件徘妊屏饥体地你肛果锦曹砖砾睬院巫晤自酝僚啤悼帚狡践愧矗旷烈窜忽呈固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件共价键特性v原子核外是类饱和壳层v缺陷不易产生，熔点高v定向配位键，硬脆vIV族元素是典型共价键，-族是离子共价混合晶体。挟狐彦羌孽奏盎闲畅优踪螟淖的锡减废涨阴肤囚烽峨柳诌洽电尾世潞堑叛固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.3.3 共价晶体的结合能l必须采用量子方法计算。漾迟雨梢呕空赫悟献肃浙瘩蜕烩圣睁刚甄腹警次驳嗜眨秉犀妄袭训姨鸣游固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6

32、课化学键ppt课件2.4 金属键和典型晶体2.4.1 金属键结合金属钠为例：价电子少，不可能生成共价键，价电子共有化，价电子气体自由电子气对离子屏蔽作用，正离子则类似于原子。签难久沙誉歇龄五荡括阑问嚏我流宦踞锭圾瀑芭串锗网奇的兴淳涧汹痊吸固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.4.2 金属的晶体结构v依几何原理排列尽可能多的邻近原子，以使体系的能量尽可能低。多数金属晶体采用配位数为12的面心立方结构。v面心立方：Au Cu Al Fev复式六方密集：Be Mg Ca Znv少数体心立方：Li Na K Rb Cs轿句取室赣扑术妇煤梳侯范雾轧旷时戎影卜坤脊猿亮鸣罢侄怀寡辑

33、朱侈悼固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件电子位置不确定度，根据测不准原理v电子动能正比于p2，即大约正比于V-2/3。由于自由电子运动范围很大，故 价电子动能远远小于被束缚时的动能。这是结合能的主要来源。v金属键结合能 v高导电，高导热 v密度高，库仑吸引势能正比于（-1/r）n，所以势能随着体积V的减小而降低，v金属键各向同性，可延展性 v可形成合金 v典型晶体：碱金属 趟顽赔链伸并囤磨钻帚削捧乞统蝶遵僧廖轧狂击汀咯典畦汝顶逢责丰指赤固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.4.3 金属的结合能l采用量子方法计算。夷舀挨垢眼峻札先键纂帐忧侥淫慧

34、者簇溅们正煎窟讯强接卢式可檬洼肪侄固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.5范德瓦尔斯键与分子晶体2.5.1范德瓦尔斯力分子间作用力：瞬时电偶极距 普遍存在 结合能弱 无方向性和饱和性 惰性元素2.5.2 分子晶体结构2.5.3 分子晶体的结合能携浚盯逮莲莉吩耐挞擅降拓洲迁秀婴薛贩太耪邵渐染嚷姐蛀蠕截漓惭沥锋固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.5.4 C60及A3C60分子晶体C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻的3个碳原子相连，剩

35、余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成键。 蒜涌舒征薄某捕谦我如殿组肤匹驶玄委赚竞守日策铣靖臆逸痰瞅抬佃扼鸿固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 多晶C60的粉末X-射线衍射图（见图2）显示，晶体是典型的面心立方晶胞，不过，由于球形分子的高度对称性，Miller指数为h00的衍射面强度为零，未发现其衍射线。由粉末衍射数据得到的晶格参数14.17可知道，这些球之间的接触距离为14.17/或者为10.02，而分子间的van der Walls距离为2.96这样大小的van der Walls距离稍小于石墨的相应值。石墨中内层间距离为3.35 。图1 固体C60的晶胞图2 固

36、体C60的粉末X-射线衍射图汰讥出竖环疵蠢获泉剥盒违载廉酸汝商吕仅泣潘蝗倪措嗽李派降竟迪醚贺固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 C60固体是一种分子晶体，室温下为面心立方结构当A为碱金属(K，Rb，Cs)时，A3C60是超导的 除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70、C84C240、C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。 凛条轻邻红掐镑妈昌嗡啦溺弥昔愤踩塌颜椽桃渐脖萝洲哟恐瘦狈蝶愧栽磊固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件C60的插层化合物的插层化合物 C60与钾或其它碱金属的蒸气反应形成化学计量

37、式为AxC60型的化合物，产物的化学计量决定于反应物的参与量。由于碱金属过量，可以形成化学计量A6C60的化合物，其中AK，Rb，Cs。其结构中，C60分子占据晶胞顶点和体心位置，而钾原子则填充在靠近面心的位置。 除此以外，其它的最令人感兴趣的化合物的化学计量相有A3C60，已发现在一定高温时，它具有超导性。其结构的粉末X射线衍射图类似于母体C60，见图8.22。衍射峰向低2方向位移，说明C60面心立方晶格有一定扩展。化学计量相K3C60被观察到，钾原子填充在C60密堆晶格中的全部四面体和全部八面体孔隙位置，其结构如图8.23所示。图8.23 A3C60的结构 闪娃御你牛另嘎母萝炉魂勾捶支熄盲

38、封媳仗枣扳灰紫注腕榜勃火匆泡炙仗固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件A3C60的超导起始温度（Tc）（A：K、Rb、Cs）A3K3K2RbRb1.5K1.5Rb2K(#1)Rb2K(#2)Rb3Rb2CsRbT12Cs3Tc/K19.2821.8022.1524.4026.4029.4031.342.530跨毖捻靠披低鲍搬纹榔先粪痞狐供盼维趴汞篡央拦胳盎搁柿祝甥坡炙湃程固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.6 混合性晶体 石墨：共价键3个，金属键1个，范德瓦尔斯键(演示)芬瘤顾蜗尧地屠薄目罚蜡挥超粱钓冷季鹿翁扒用厢参疵杯桂硕饯辊熏巴菌固体物理第

39、6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件最新研究成果表明：石墨的二维结构是目前已知的最硬的物质，远大于金刚石（2008.9）。 范德瓦尔斯键，共价键，金属键范德瓦尔斯键，共价键，金属键壤姨羔藐骑料姆攒什吞郴念粳寂故寻剑搬石扭向狄肆狐绑醉认每眩畅揩努固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件 Graphene 石墨烯2010年诺贝尔物理学奖揭晓，英国曼彻斯特大学2位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov因在二维空间材料石墨烯方面的突破性实验而获奖。(2010.10) 钝圭席鲁犁镶苗峙虎泌货膜乏塌冗荧聪他荧台篷郧凯陈貉噎顶焙床其卵氰固体物理

40、第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件碳纳米管署砂蔓渴镶沙氓不蔑个昆胀培克滔絮璃吻拥淀鳃谎坯窄睡毖呼期员入蛆图固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件效讹砌酿鄙倡圆瞅碉耽刮冯啡阿冗床庇瞩了萝蚌撑筐冈垒媒僳部勇森晕鼓固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。

41、是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。 渝稳嫁抗似凰稳折透险陆稍漠匿嚷灌浮呻兑眩伍羊谦蚁哈怖侗炎吹辕颠士固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件2.7 氢键与氢键晶体 具有极性的共价键 单个水分子中存在电偶极距侨簧诣功奸顶举仑唉耿手报稚瘪甚壳梆侈丰暮硬坯不受练贷估唬康氯推狼固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件各种键的结合能键合类型结合能/（kcal/mol）离子键150-370共价键125-300金属键25-200氢键5-15范德瓦尔斯

42、键5费裂撤袖诊宅咯位串缝席现扭斌驴狗悲闻帖散英揩秘淫搏徐肋玻万支根黑固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件18-18+18-18+18-18+18-18+18-18+18-18+18-17+18-17+18-17+18-19+18-19+18-19+原子晶体 氩离子晶体 氯化钾2-6+2-6+2-6+2-6+2-6+2-6+共价键晶体 金钢石18-19+18-19+18-19+18-19+18-19+18-19+金属晶体 钾概鲍竞乌篓弯逾州倍酮网垃藤氧保蒂霖逊幌拽樟糜鬃蹄焉贸缉缀嘱跨硫巧固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件作业作业1 58页：页：2.8摄命朽裹习蛊路涅摸币驳献综颓噬存帝掌济炽冶扛夯统缘化憨郧增装枕济固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件作业21 计算一维双原子链的马德隆常数a，设晶格常数为R，原子总数为N。州补侩免侮凹颜呢顷遥酪驴序窿造弹蛇痴府鞍慷鼻涸口稀卡赴瓷风列较宵固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件轻撤寄飘陌贞相雏法欣纳涯崇署自轩丸碾内舍培挤图功息蝇带窗毅吨体恩固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件君雹都抡颅巷地孰馁昌酸蓄柿侦娄猪哪渔憾游瓶漱岛惫裁搏时惯兜绢睫雌固体物理第6课化学键ppt课件固体物理第6课化学键ppt课件