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1、晶体结合类型你现在浏览的是第一页，共14页I-VII族组成的晶体是典型的离子晶体，如：族组成的晶体是典型的离子晶体，如：NaCI、CsCI；II-VI族化合物可以看作离子晶体，如：族化合物可以看作离子晶体，如：CdS、ZnS。一、离子晶体一、离子晶体1.类型类型刚球模型：刚球模型：组成离子晶体的原子在得失电子后，电子组成离子晶体的原子在得失电子后，电子组态与惰性原子的电子组态一样，这种电子壳层结构组态与惰性原子的电子组态一样，这种电子壳层结构是稳定的，具有球形对称性，由此可以把正负离子作是稳定的，具有球形对称性，由此可以把正负离子作为钢球来处理。为钢球来处理。2.基本概念基本概念你现在浏览的是
2、第二页，共14页结合力：结合力：正负离子间的静电库仑力正负离子间的静电库仑力。配位体配位体：离子的最邻近的异种离子。：离子的最邻近的异种离子。配位数配位数：异种离子的总数。：异种离子的总数。晶体的结合能晶体的结合能Eb：晶体由晶体由N个原子组成，这些原子的在自由个原子组成，这些原子的在自由时的总能量时的总能量EN与晶体处于稳定状态时的能量（动能和势能）与晶体处于稳定状态时的能量（动能和势能）E0之差。之差。晶体结合能的意义：晶体结合能的意义：结合能对了解组成晶体的粒子间结合能对了解组成晶体的粒子间相互作用的本质，为探索新材料的合成提供了理论指相互作用的本质，为探索新材料的合成提供了理论指导。导
3、。你现在浏览的是第三页，共14页(1）氯化钠型是由两种面心立方结构的离子沿晶轴平移氯化钠型是由两种面心立方结构的离子沿晶轴平移1/2间距而成，配位数为间距而成，配位数为6。NaCI、KCI、AgBr、PbS、MgO等等皆属此类；皆属此类；(2）氯花铯型是由两种简立方结构的离子沿空间对角氯花铯型是由两种简立方结构的离子沿空间对角线位移线位移1/2长度套购而成，配位数为长度套购而成，配位数为8。TiBr、TiI等皆等皆属此类。属此类。3.晶格晶格复式格子。复式格子。4.典型的离子晶体结构典型的离子晶体结构（3）离子结合成分较大的半导体材料离子结合成分较大的半导体材料ZnS等，是由两种各等，是由两种
4、各为面心立方结构的离子沿空间对角线位移为面心立方结构的离子沿空间对角线位移1/4程度套购而成程度套购而成的闪锌矿结构，配位数为的闪锌矿结构，配位数为4。你现在浏览的是第四页，共14页结合能的数量级约在结合能的数量级约在800kJ/mol，结构稳定，结构稳定导导致致4.特性特性导电性能差、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。在红外导电性能差、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。在红外区有一特征峰，但对可见光是透明的区有一特征峰，但对可见光是透明的。你现在浏览的是第五页，共14页晶格：晶格：复式格子复式格子类型：类型：IV族元素族元素C（晶刚石）、（晶刚石）、Si、Ge、Sn(灰锡）的晶灰锡）的晶体。体。结合
5、力：结合力：共价键力。共价键力。特点：特点：饱和性饱和性-形成键的数目（配位数）有一形成键的数目（配位数）有一 最大值；最大值；方向性方向性-各个共价键之间有确定的取向。各个共价键之间有确定的取向。例如：例如：金刚石结构的金刚石结构的4个键的方向是沿着正四面体的个键的方向是沿着正四面体的4个顶角方向，键间的夹角恒为个顶角方向，键间的夹角恒为109028。二、原子晶体（共价晶体二、原子晶体（共价晶体）你现在浏览的是第六页，共14页特性：特性：特性差别较大。典型的原子晶体，具有熔点高、导特性差别较大。典型的原子晶体，具有熔点高、导电性能差、硬度高等特点。电性能差、硬度高等特点。例如：例如：从熔点来
6、看，金刚石约为从熔点来看，金刚石约为3280k、而、而Si为为1693k，Ge为为1209k。从导电性来看，金刚石是一种良好的绝缘体，而从导电性来看，金刚石是一种良好的绝缘体，而Si和和Ge在极低温度下才是绝缘体，同时它们的电阻率随温在极低温度下才是绝缘体，同时它们的电阻率随温度升高而急速的下降，是典型的半导体材料。度升高而急速的下降，是典型的半导体材料。你现在浏览的是第七页，共14页类型：类型：I、II族元素及过渡元素都是典型的金属晶体。族元素及过渡元素都是典型的金属晶体。结合力：主要是由原子实和结合力：主要是由原子实和 电子云之间的静电库仑力，电子云之间的静电库仑力，所以要求排列最紧密。所
7、以要求排列最紧密。晶格：晶格：不喇菲格子。不喇菲格子。原胞：原胞：大多数金属为立方密积和六角密积，配位数均大多数金属为立方密积和六角密积，配位数均为为12。前者如。前者如Cu、Ag、Au、AI，后者如，后者如Be、Mg、Zn、Cd。少数金属具有体心立方结构，如。少数金属具有体心立方结构，如Li、Na、K、Rb、Cs、Mo、W等。等。特性：特性：具有良好的导电性，结合力小，但过渡金属具有良好的导电性，结合力小，但过渡金属的结合能则比较大。的结合能则比较大。三、金属晶体三、金属晶体你现在浏览的是第八页，共14页晶体中粒子的互作用可分为两大类：晶体中粒子的互作用可分为两大类：1.吸引作用吸引作用：是
8、由于异性电荷之间的库仑力，引起：是由于异性电荷之间的库仑力，引起的作用在远距离是主要的。的作用在远距离是主要的。2.排斥作用：排斥作用：一是同性电荷之间的库仑力，二是一是同性电荷之间的库仑力，二是泡利原理所引起，在近距离是主要的。泡利原理所引起，在近距离是主要的。在一适当的距离在一适当的距离 吸引作用吸引作用 =排斥作用排斥作用 晶格处于稳定状态晶格处于稳定状态1.2.2 结合力结合力一一、结合力结合力你现在浏览的是第九页，共14页原子间的相互作用原子间的相互作用由势能由势能u(r)可以按下式计算可以按下式计算互作用力：互作用力：f(r)=-du(r)/dr 当两原子很靠近时，斥当两原子很靠近
9、时，斥力大于引力，力大于引力，总的作用总的作用力力f(r)0。当两原子相离比较远时，当两原子相离比较远时，总的作用力为引力，总的作用力为引力，f(r)0 二二 互作用力、互作用势能和原子间距的关系互作用力、互作用势能和原子间距的关系u(r)rrf(r)rorm斥力斥力吸引力吸引力1.计算计算ro、rm你现在浏览的是第十页，共14页在某一适当距离在某一适当距离ro，引力和斥力相抵消，引力和斥力相抵消，f(r)=0即：即：du(r)/dr|ro=0得得 ro 由：由：df(r)/dr|rm=-d2u(r)/dr2|rm=0 得得 rm你现在浏览的是第十一页，共14页两原子间的互作用势能可用密函数来
10、表达：两原子间的互作用势能可用密函数来表达：u(r)=A/rm+B/rn A、B、m、n为大于零的常数为大于零的常数，第一项表示吸引能，第，第一项表示吸引能，第二项表示斥力能。二项表示斥力能。晶体中总互作用势能为原子或离子对间的互作用势能之和晶体中总互作用势能为原子或离子对间的互作用势能之和用经典的处理方法：用经典的处理方法：先计算两个原子之间的互作用势能，先计算两个原子之间的互作用势能，再把晶体的结构因素考虑进去，综合起来就可以求得晶体再把晶体的结构因素考虑进去，综合起来就可以求得晶体的总势能。的总势能。设晶体中两原子的互作用势能为设晶体中两原子的互作用势能为u(rij),则由则由N个原子组
11、成的个原子组成的晶体其总的互作用势能为：晶体其总的互作用势能为：u(r)=1/2 u(rij)2.求结合能求结合能你现在浏览的是第十二页，共14页已知原子间的结合力、结合能的数学表达式，可以计算已知原子间的结合力、结合能的数学表达式，可以计算晶格常数、体积弹性模量、抗张强度等许多物理量。晶格常数、体积弹性模量、抗张强度等许多物理量。例如：例如：晶胞常数的计算：晶胞常数的计算：原子处于平衡位置时，结合能最小，原子处于平衡位置时，结合能最小，由由 du(r)/dr|ro=0 求晶格常数。求晶格常数。三、结合力、势能的意义三、结合力、势能的意义你现在浏览的是第十三页，共14页 小小 结结1.固体的结
12、合全部归因于电子的负电荷和原子核的正电荷之间的固体的结合全部归因于电子的负电荷和原子核的正电荷之间的静电吸引作用。但不同类型，表现形式不同。静电吸引作用。但不同类型，表现形式不同。离子键是由异性离子的静电吸引而形成；离子键是由异性离子的静电吸引而形成；共价键是反平行自旋的交叠电子，通过静电吸引束缚与它们关联的共价键是反平行自旋的交叠电子，通过静电吸引束缚与它们关联的离子而形成；离子而形成；金属键是靠负电子云同正离子实间的库仑力形成；金属键是靠负电子云同正离子实间的库仑力形成；分子键靠感生偶极矩间的互作用形成分子键靠感生偶极矩间的互作用形成 氢键是氢原子核通过库仑作用与负电性较大的离子结合形成。氢键是氢原子核通过库仑作用与负电性较大的离子结合形成。2.原子间的排斥作用来源于交叠电荷的静电排斥和泡利原理造成的排斥。原子间的排斥作用来源于交叠电荷的静电排斥和泡利原理造成的排斥。3.晶体采用何种结合类型决定于原子束缚电子的能力，这个能力由原子晶体采用何种结合类型决定于原子束缚电子的能力，这个能力由原子的电负性衡量。的电负性衡量。4.晶体结合力是研究其理化性能的基础。晶体结合力是研究其理化性能的基础。你现在浏览的是第十四页，共14页