第二章固体的结合_02.pptVIP

典型的共价键是氢分子共价键，两个氢原子的价电子围绕着两个氢原子核运动形成电子云，在两个氢核之间为两个氢核所共有。 实际上共价键的现代化理论正是氢分子的量子理论开始的。 I族：Ｌi, Na,K具有最低的负电性容易失去电子，因 此，金属与其他元素形成化合物晶体时为离子晶体。 IV族：较强的负电性，得电子能力较强，易形成共价 晶体。IV族元素，如金刚石。 V族：（只能形成三个共价键），由于受到周期性和对 称性的限制，不可能完全靠共价键，还靠范德瓦 尔斯力结合。典型结构为层状。 VI族：形成链，长环。只能把原子连接一个链结构， 如硒，原子依靠共价键形成螺旋状长链，先成 环再靠范德瓦尔斯力结合。 VII族：先形成双原子分子，再靠范力结合为晶体。 VIII族：只靠典型范力结合。 本章小结 1.介绍了离子晶体的特征，推导出晶体内能公式，并利用内能公式求出晶格常数，原胞体积，体变模量等。 2.共价键的特征是自旋相反的电子，电子云的交叠。自旋相反使得大量重叠成为可能。重叠的电子靠静电力和原子核吸引。共价键具有饱和性和方向性的特点。 3. 金属键， 正离子分布在价电子的海洋里。 4. 分子晶体，靠范力（静电力，诱导力，色散力） 结合在一起，熔点很低。 5. 负电性，电离能，亲和能。 习题 N个氢原子组成的惰性气体结晶为体心立方结 构，它的雷纳德－琼斯势为： § 2.2 共价结合 共价结合是靠两个原子各贡献一个电子 —— 形成共 价键 ? IV 族元素C (Z=6)、Si、Ge、Sn (灰锡)等晶体，属金刚石结构 共价键的现代理论 —— 以氢分子的量子理论为基础 —— 设有两个氢原子A和B，在自由状态下时，各有一个电子 —— 归一化电子波函数 分别满足薛定谔方程 —— 原子核的库仑势 —— 当原子相互靠近，波函数交叠，形成共价键 —— 两个电子为两个氢原子所共有 单个原子中的电子的波函数 描写其状态的哈密顿量 薛定谔方程 —— 下标A和B代表两个原子，1和2代表两个电子 ? 分子轨道法 (Molecular Orbital method —— MO method) 简化处理问题 —— 忽略两个电子之间的相互作用V12＝0。 —— 假定两个电子总的波函数 波函数无相互作用 满足薛定谔方程 —— 单电子波动方程 两个电子形成分子轨道波函数 两个等价的原子A和B 选取分子轨道波函数为原子轨道波函数的线性组合 Linear Combination of Atomic Orbitals —— LCAO 分子轨道波函数 —— 变分计算待定因子 —— 归一化常数 C 分子轨道波函数 两种分子轨道之间能量差别 分子轨道波函数 —— 负电子云与原子核之间的库仑作用，成键态能量相对于原子能级降低了，与此同时反键态的能量升高 —— 成键态上可以填充两个自旋相反的电子，使体系的能量下降，意味着有相互吸引的作用。一对为两个原子所共有的自旋相反配对的电子结构称为共价键。 成键态（自旋相反） 反键态（自旋相同） 分子轨道波函数 共价键结合的两个基本特征 —— 饱和性和方向性 ? 饱和性 —— 共价键形式结合的原子能形成的键的数目有一个最大值，每个键含有2个电子，分别来自两个原子 —— 共价键是由未配对的电子形成 IV族 — VII族的元素共价键数目符合8－N原则 价电子壳层如果不到半满，所有电子都可以是不配对的，因此成键的数目就是价电子数目 价电子壳层超过半满时，根据泡利原理，部分电子必须自旋相反配对，形成的共价键数目小于价电子数目 ? 方向性 —— 原子只在特定的方向上形成共价键，各个共价键之间有确定的相对取向 根据共价键的量子理论，共价键的强弱取决于形成共价键的两个电子轨道相互交叠的程度 —— 两个原子在价电子波函数交叠的最大的方向上形成共价键 1931年泡利和斯莱特提出SP3杂化轨道的思想。由于碳的2S,2P轨道能量很接近，一个2S电子会被激发到2P态，这样就有四个未配对的电子，由这四个电子的波函数重新组成四个归一化的波函数： 对于金刚石中C原子形成的共价键，要用“轨道杂化”理论进行解释 C原子 — 6个电子，1s2，2s2和2p2。 —只有2个电子是未配对的 —而在金刚石中每个C原子和4个近邻C原子形成共价键 金刚石共价键的基态由2s和2p波函数的组合构成，有四个未配对的电子 杂化轨道的特点 —— 电子云分别集中在四面体的4个顶角方向上，2个2s和2个2p电子都是未配对的，在四面体顶角方向上形成4个共价键 —— 两个键之间的夹