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第七章 固体 目录 §1. 晶体 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能 §3. 晶体中粒子的热运动 物质的基本形态 气态 固态 液态 §1. 晶体（1） 晶体： 水晶、金属、钻石、冰等 固体 非晶体: 玻璃、橡胶、塑料、沥青等 一、晶体的宏观特性 §1. 晶体（2） 晶面、晶棱、晶角 晶面角守恒定律 晶体的基本特性： 各向异性：解理面、石蜡熔化实验 熔点： 多晶体：金属 §1. 晶体（3） 二、晶体的微观结构 §1. 晶体（4） 晶格整体平移一定距离后与 自身重合，此距离称为晶格 的平移周期，在不同方向上 有不同的平移周期。最小的 几何单位称为原胞，原胞各 边的尺寸称为点阵常数。 具有平移对称性的晶格，只能 有2、3，4、6重旋转对称性 §1. 晶体（5） 准晶：不具有严格平移对称性， 从而可具有5、8、12重旋转对 称性的物质。 常见的周期点阵：体心立方点阵、面心立方点阵、六方点阵 晶体的表面：表面的存在破坏了晶体严格的平移对称性。 纳米材料：L≈10-9 m §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（1） 试问1：原子为什么会聚在一起形成凝聚体？ 试问2：同样的原子聚在一起为什么会形成物理化学性质截然不同的物质？如碳原子的各种同素异形体。 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（2） 一、晶体中粒子的结合力 离子键 共价键 化学键： 范德瓦耳斯键 氢键 金属键 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（3） 1. 离子键： 库伦吸引力 离子晶体通常由金属和非金属原子以离子键结合。 其构成离子可以在溶剂中以游离的形式存在。 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（4） 2. 共价键： 共用电子对 由共价键的作用组成的晶体称为原子晶体 原子晶体的特点为：硬度大、熔点高、导电性差等 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（5） 3. 范德瓦耳斯键： 分子间的微弱吸引力 由范德瓦耳斯键的作用所组成的晶体 称为分子晶体 分子晶体的特点是：硬度小、熔点低、 易挥发 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（6） 4. 金属键：共用游离电子 各种金属原子以金属键的作用结合成金属 金属键没有方向性 金属具有很好的延展性 游离电子 良好的导电性和导热性 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（7） 5. 氢键： 氢原子参与的特殊化学键 以氢键形式结合的晶体有：冰、氟化氢晶体等 氢键的产生是由于氢原子外层只有一个电子，当它与其他原子形成共价键后，氢原子核几乎完全暴露出来，形成较强的电极性。 对于具体的物质，其原子结合 形式不一定是单纯的，可以是 几种化学键同时起作用。 §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（8） 二、结合力的普遍特性 结合能 五种化学键的共同特征：结合力可以分为排斥和吸引两部分。 在范德瓦尔斯键和离子键情形下，整个晶体的势能可以表示为： 思考，要形成稳定的结构，m和n哪个更大？ 对应的相互作用力为： 思考，相互作用力为零的地方，势能有什么特点？ §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（9） 例：计算由N对一价正负离子交错排列的一维点阵的静电相互作用能量。 最近邻的静电势能： 第n相邻间的静电势能： 总势能： §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（10） 马德隆常数： 一般情况下，离子晶体的静电势能，可以写成： 其中 称为马德隆常数，它的值取决于晶格结构。 总势能可以写成： §2. 晶体中粒子的结合力和结合能（11） 三、晶体弹性的微观解释 压缩情形: 弯曲情形: 剪切情形: 胡克定律的微观理解 §3. 晶体中粒子的热运动（1） 决定物质热学性质的内因是分子力和分子的热运动。 对于气体，热运动的能量占主要地位；对于晶体分子间的势能占主要地位。 晶体中粒子的热运动并不能破坏粒子之间的结合，只是使粒子在平衡位置附近做微小的振动，即热振动。 另一种比较剧烈的热运动是少数粒子脱离结点的运动，从而使粒子由一个地方移到另一个地方。 §3. 晶体中粒子的热运动（2） 一、热振动 振动幅度～0.1晶格常数 振动自由度：3N-6 ～3N 每个自由度的平均能量：kT（动能+势能） 摩尔热容：Cm=3R (杜隆-珀蒂定律) 受热膨胀与格点原子作用力曲线的关系 §3. 晶体中粒子的热运动（3） 二、热缺