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第一章 晶体结构 10.各类晶体的配位数（最近邻原子数）是多少？ 解：7种典型的晶体结构的配位数如下表1.1所示： 晶体结构 配位数 晶体结构 配位数 面心立方 六角密积 12 氯化钠型结构 6 体心立方 8 氯化铯型结构 8 简立方 6 金刚石型结构 4 12.试证明体心立方格子和面心立方格子互为正倒格子。 解：我们知体心立方格子的基矢为： 根据倒格子基矢的定义，我们很容易可求出体心立方格子的倒格子基矢为： 由此可知，体心立方格子的倒格子为一面心立方格子。同理可得出面心立方格子的倒格子为一体心立方格子，所以体心立方格子和面心立方格子互为正倒格子。 13. 对于六角密积结构，固体物理学原胞基矢为 试求倒格子基矢。 解：根据倒格子基矢的定义可知： ＝ ＝ = 第2章? 晶体的结合 1.是否有与库仑力无关的晶体结合类型? ??? 共价结合中, 电子虽然不能脱离电负性大的原子, 但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子, 形成电子共享的形式, 即这一对电子的主要活动范围处于两个原子之间, 通过库仑力, 把两个原子连接起来. 离子晶体中, 正离子与负离子的吸引力就是库仑力. 金属结合中, 原子实依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着. 分子结合中, 是电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体. 电偶极矩的作用力实际就是库仑力. 氢键结合中, 氢先与电负性大的原子形成共价结合后, 氢核与负电中心不在重合, 迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合. 可见, 所有晶体结合类型都与库仑力有关. 2.如何理解库仑力是原子结合的动力? ??? 晶体结合中, 原子间的排斥力是短程力, 在原子吸引靠近的过程中, 把原本分离的原子拉近的动力只能是长程力, 这个长程吸引力就是库仑力. 所以, 库仑力是原子结合的动力. 3.晶体的结合能, 晶体的内能, 原子间的相互作用势能有何区别? ??? 自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量, 或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量, 称为晶体的结合能. ??? 原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能. ??? 在0K时, 原子还存在零点振动能. 但零点振动能与原子间的相互作用势能的绝对值相比小得多. 所以, 在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能. 4.原子间的排斥作用取决于什么原因? ??? 相邻的原子靠得很近, 以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时, 相邻的原子间便产生巨大排斥力. 也就是说, 原子间的排斥作用来自相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠.? ? 5. 原子间的排斥作用和吸引作用有何关系? 起主导的范围是什么? ??? 在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体过程中, 吸引力起到了主要作用. 在吸引力的作用下, 原子间的距离缩小到一定程度, 原子间才出现排斥力. 当排斥力与吸引力相等时, 晶体达到稳定结合状态. 可见, 晶体要达到稳定结合状态, 吸引力与排斥力缺一不可. 设此时相邻原子间的距离为, 当相邻原子间的距离时, 吸引力起主导作用; 当相邻原子间的距离时, 排斥力起主导作用. 6.共价结合为什么有 “饱和性”和 “方向性”? [解答] ??? 设N为一个原子的价电子数目, 对于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，价电子壳层一共有8个量子态, 最多能接纳(8- N)个电子, 形成(8- N)个共价键. 这就是共价结合的 “饱和性”. ??? 共价键的形成只在特定的方向上, 这些方向是配对电子波函数的对称轴方向, 在这个方向上交迭的电子云密度最大. 这就是共价结合的 “方向性”. 13.有一晶体，在平衡时的体积为，原子之间总的相互作用能为，如果原子间相互作用能由下式给出： ， 试证明弹性模量可由给出。 解：根据弹性模量的定义可知 …………………（1） 上式中利用了的关系式。 设系统包含个原子，则系统的内能可以写成 ……………（2） 又因为可把个原子组成的晶体的体积表示成最近邻原子间距的函数，即 ………………（3） 上式中为与晶体结构有关的因子（如面心立方结构，）。 又因为 ………………（4） ……………（5） 考虑平衡条件，得，那么（5）式可化为 ……（6） 将（6）式代入（1）式得： 14.上题表示的相互作用能公式中，若，，且两原子构成稳定分子时间距为m，离解能为4eV，试计算和之值。 解：在平衡位置时有 …………