2011固物第二章1.pptVIP

* 第二章 固体的结合 本章将阐述原子是依靠怎样的相互作用结合成为固体的。一般固体的结合可以概括为离子性结合、共价结合、金属性结合和范德瓦尔结合四种基本形式。实际固体的结合是以这四种基本形式为基础，可以具有复杂的性质。不仅一个固体材料可以兼有几种结合形式，而且，由于不同结合形式之间存在着一定的联系，实际固体的结合可以具有两种结合之间的过渡性质。固体结合的基本形式与固体材料的结构和物理、化学性质都有密切的联系，因此固体的结合是研究固体材料性质的重要基础。 晶体结合的一般特征 液态 体积缩小的过程 吸引机制 排斥机制 固定的体积 放热 稳定的晶体：排斥和吸引的平衡 化学键----相邻粒子间的强相互作用力 结合键：原子间聚集的结合力。 结合键按大小分类：强键和弱键 强键（化学键）—离子键、共价键、金属键 原子外层电子进行重新分布。 弱键（物理键）—范德瓦尔斯键、氢键 原子外层电子没有（或只有很小）变化。 原子间的相互作用主要取决于外壳层电子，也称为价电子。对于大部分元素来说，内壳层电子已经闭合，几乎不起作用，而更深壳层的电子则完全可以忽略。 各种键的形成： 离子键(ionic bond)：依靠正、负离子间的静电吸引作用稳定地结合成分子，如：电离能低的碱金属与亲和能高的卤素原子形成的分子。 共价键(valence bond):两个原子共用电子的结合。 范德瓦耳斯键(Van der Waals bond)或分子键(molecular bond)：满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力的结合。 氢键(hydrogen bond):氢原子与其他原子形成特殊的键合方式。 金属键(metal bond)：金属原子外层的价电子形成自由电子而可以在整个晶体之间运动，形成的阳离子依靠自由电子联系起来。 第 一 节 晶体结合能的普遍规律 本节主要内容: §2.1.1 两个原子间的相互作用能 §2.1.3 结合能与晶体几个常数的关系 §2.1.2 晶体总的相互作用能 §2.1晶体结合能的普遍规律 晶体的结合能: W0是晶体的总能量，WN是组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量，Wb即为晶体的结合能。 晶体的结合能就是将自由的原子(离子或分子)结合成晶体时所释放的能量。 §2.1.1 两个原子间的相互作用能 1.原子间的相互作用力 吸引力 排斥力 库仑引力 库仑斥力 泡利原理引起 原子间的相互作用力 r 两原子间的距离； A、B、m、n0, 吸引能 排斥能 2.相互作用势能 两原子间的相互作用力 假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作用能为零，相互作用力为零。 (a)互作用势能和原子间距的关系 (b)互作用力和原子间距的关系 斥力 引力 最大有效引力 (r0平衡时原子间最近邻的距离。) r0 (r=r0处相互作用能有最小值。) 可知n m，排斥作用是短程的。 最大有效引力 §2.1.2 晶体总的相互作用能 则由N个原子组成的晶体的总的相互作用势能为： i j 1 2 3 4 rij 第i个原子与晶体中所有其它原子的相互作用势能为： 设晶体中第i个原子与第j个原子之间的相互作用势能为u(rij )， *