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材料设计与计算方法第二章晶体的几何结构和分类(1)

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1、第二章晶体的几何结构与分类编辑课件第一性原理计算读文献建结构计算写论文第一性原理计算从头算法，只需要知道结构就行。编辑课件用MS建结构回忆：导入一个结构File/Import/Structures :/ C，Si，Ge，主族 N，P，As，Sb，主族 O，S，Se，Te 主族 F，Cl，Br，这些元素具有较强的负电性，它们束缚电子比较牢固，获取电子的能力较强。这种情况适于形成共价结合。成键符合8 N定那么，在晶体结构上有明显的反映。编辑课件元素结合的规律性主族元素：最典型的结构是金刚石结构。C形成的金刚石，Si，Ge晶体也具有金刚石结构。锡在13度以下的稳定相也具有金刚石结构。编辑课件元素结合的规律性主族元素形成最典型的共价晶体。它们按C、Si、Ge、Sn、Pb的顺序，负电性不断减弱。负电性最强的金刚石具有最强的共价键，它的典型的绝缘体。负电性最弱的铅是金属。在中间的共价晶体硅和锗是典型的半导体。13以下的是具有金刚石结构的灰锡，是半导体；13以上的是金属性的白锡。编辑课件元素结合的规律性主族元素只能形成三个共价键。由于通常完全依靠每一个原子和三个近邻相结合不可能形成一个三维

2、晶格结构，因而族元素的结合具有复杂的性质。N-210度，雪花状固体和P首先形成共价结合的分子，再由范式力结构成晶体。编辑课件白磷P4分子元素结合的规律性2004年7月德俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，晶体结构如下图编辑课件元素结合的规律性主族的As，Sb，Bi形成层状晶体：原子先通过共价键结合成以下图的层状结构。它包括上下两层，每层的原子通过共价键与另一层中的三个原子结合。层状结构再通过微弱的范式力结合起来。编辑课件元素结合的规律性主族原子只能形成两个共价键。因而依靠共价键只能把原子联结成为一个链结构。S和Se 可以形成环状的分子，如左以下图，S8，Se8环状结构，再依靠范式力结合成晶体。Se和Te原子可以依靠共价键形成螺旋状长链，长链靠范式力平行排列成晶体，如右以下图。编辑课件元素结合的规律性主族原子只能形成一个共价键。因此，它们靠共价键只能形成双原子分子，而后通过范式力结合成晶体。编辑课件元素结合的规律性主族的惰性气体原子是满壳层结构。因而它在低温下凝结成的晶体，只能完全依靠微弱的范式作用把原子结合起来，形成典型的范德瓦尔斯晶体。编辑课件化合物结合的规律性不

3、同元素的组合形成合金或化合物晶体。不同的金属元素之间依靠金属性结合成合金固溶体。金属性结合与一般化合物不同，所包含不同元素的比例不是严格限定的，而是可以有一定的变化范围，甚至可以按任意比例形成合金。这个特点对于合金在技术上的广泛利用具有重要的意义。编辑课件化合物结合的规律性周期表左端与右端的元素负电性有显著差异，左端易失去电子，右端的易得到电子，因此它们形成离子晶体。比方：主族：Li,Na,K.与主族：F,Cl,Br副族：Cu,Ag,Au.与主族：F,Cl,Br主族：Mg,Ca,.与主族：O,S,Se副族：Zn,Cd,.与主族：O,S,Se 编辑课件化合物结合的规律性随着元素之间负电性差异的减小，离子性的结合逐渐过渡为共价结合。比方：主族Al,Ga,In,与主族N,P,As,碱金属卤化物具有NaCl或CsCl的典型离子晶格结构，一般为绝缘体。-族化合物具有类似ZnS结构，是良好的半导体。编辑课件结构优化优化晶格常数优化原子位置编辑课件结合能，形成能计算结合能：binding energy，Cohesive Enery结合能是原子由自由状态形成化合物所释放的能量,如果定义为E(AB)-E(A)-E(B)，总为负，其中E(A)，E(B)为A，B自由原子的能量.形成能 formation energy形成热(能)是不同类原子从其单质状态生成化合物所释放或吸收的能量。一般定义为E(AB)-E(A)-E(B)，其中E(A)，E(B)为A，B原子在其单质状态下的能量，形成热可以为正，也可以为负。编辑课件

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