固体物理：2_3-4 金属性结合.ppt

第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院 2.3 2.3 金属性结合金属性结合 I族、II族元素及过渡元素 典型的金属晶体，最外层电子一般为12个组成晶体时每个原子最外层电子为所有原子所共有原子实 沉浸在电子云价电子 电子云第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院金属晶体结合力 原子实和电子云之间的库仑力，无特殊要求，要求排列越紧密，势能越低，结合越稳定大多数金属 面心立方结构和六角密排,配位数为12BAAca第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院面心立方晶格 Cu、Ag、Au、Al 六角晶格 Be、Mg、Zn、Cd体心立方 Li、Na、K、Rb、Cs、Mo (配位数8) 良好的导电本领 结合能比前面两种晶 体要低一些 过渡金属结合能较大第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院晶体中价电子的分布情况比较晶体中价电子的分布情况比较离子、共价、金属和分子晶体离子、共价、金属和分子晶体- - -保持原来电子结构第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院2-4 2-4 范德瓦尔斯结合范德瓦尔斯结合分子晶体分子晶体 典型的分子晶体：惰性元素以及H2，o2，CH4等气体在低温下形成的晶体。

基本特点：晶体中的原子或分子之间靠范德瓦尔斯键相互结合 性质： 范德瓦尔斯力依赖于原子间电子云的任何交叠，是一 种弱相互作用；故一 般分子晶体都是低熔 点、低沸点且硬度小保持原来电子结构第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院1 1、范德瓦尔斯键、范德瓦尔斯键 范德瓦尔斯作用是一种弱相互作用，是一种瞬时电偶极矩的感应作用a)吸引态(b)排斥态氦原子瞬时偶极子两个氦原子之间由于电子运动产生瞬时偶极子的相互作用两个氦原子之间由于电子运动产生瞬时偶极子的相互作用第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院2 2、分子晶体结合能、分子晶体结合能迈尔等人提出的模型两个原子间的相互作用势能U（r）可以表示为：对于分子晶体：对于离子晶体：范德华引力是存在于分子间的一种不具有方向性和饱和性，作用范围在几百个皮米之间的力它对物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理化学性质有决定性的影响 第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院NN个原子体系的总相互作用能个原子体系的总相互作用能令：则：林纳德-琼斯势对于N个原子组成的分子晶体体系总的相互作用能：第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院分子晶体计算结合能方法分子晶体计算结合能方法 令rij=ajr(r为最近邻距离)，则有：A12A62、计算方法：由结构确定A12和A6， 由 确定r0,代入公式W=-U(r0)1、公式：W=-U(r0)小结第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院例：惰性气体晶体的结合能例：惰性气体晶体的结合能（1）确定A12和A6A12和A6只与晶体结构有关，惰性气体除He外，结构均为面心立方晶格。

公式：方法：与埃夫琴法计算马德隆常数相似，区别在于计算A12和A6时，不需要考虑贡献因子对于面心立方晶格，常选8个立方体为一个大晶胞，只计到第1,2,3近邻情况（见下页图示）第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院例：惰性气体晶体的结合能例：惰性气体晶体的结合能第1近邻第2近邻第3近邻第1近邻：12个 aj=1第2 近邻：6个 aj=第3 近邻：24个 aj=若晶胞再选大些，则数据将更准确些，通常对于面心立方结构：A6=14.45392，A12=12.13188第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院三种立方晶格的三种立方晶格的A A6 6和和A A1212简单立方体心立方面心立方A6A128.406.2012.259.1114.4512.13第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院(2) (2) 求求r r0 0值值(3)求W及K第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院K K的表达式的表达式第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院惰性气体的林纳德惰性气体的林纳德- -琼斯势参数琼斯势参数NeArKrXe(ev) 0.0031 0.0104 0.01400.0200()2.743.403.563.98第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院惰性气体晶体的结合能惰性气体晶体的结合能元素r0()W(eV/原子)K(109Pa)计算 实验计算实验 计算实验Ne2.993.13 -0.027 -0.021.811.1Ar3.713.75 -0.089 -0.083.182.7Kr3.983.99 -0.120 -0.113.463.5Xe4.344.33 -0.172 -0.173.813.6第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院补充问题2：若雷纳德琼斯势为证明：r=1.12时，势能最小，且u(r)=-；当r= 时，u(r)=0；说明和的物理意义。

1)SC (2)fcc (3)bcc (4) 金刚石 (5) 氯化钠补充问题1：由N个原子所组成的晶体的体积V可写为 式中r是最近邻原子间距， 依赖于晶体结构的常数试求下列各种晶体结构的 值第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院证明：证明：（1） 是两分子之间结合能的大小，所以是两分子处处于平衡时时的结结合能大小第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院r= r= 时，时，u u( (r r)=0)=0；说明；说明 的物理的物理意义意义具有长长度量纲纲，其物理意义为义为 互作用势势能为为零时时的两分子间间距第二章 固体的结合2 4 范德瓦尔斯结合东北师范大学物理学院东北师范大学物理学院U(r)r0rr0表现为引力rr0表现为斥力。