第三章 晶格振動與晶體的熱學性質B、誘導力：極性分子電偶極矩在非極性分子上誘導產生電偶極矩，并與之形成靜電引力。- + - +極性分子電偶極矩誘導電偶極矩C、色散力：非極性分子瞬時電偶極矩統計漲落形成的靜電引力。-

+ -

+- ---

+ -

+-- + - +- + - +電子運動產生瞬時偶極子吸引態電子運動產生瞬時偶極子排斥態

6

( )

r(r

)12

u(r)

4

分子晶體的結合能依靠范德瓦耳斯力結合的兩個原子的相互作用勢能(Lennard-Jones勢)

：、

Lennard-Jones勢參數，由實驗得出（表2.2-3)。對包含N個原子的分子晶體，總相互作用勢能：612ij

ijNi(

j

))

( )

rrN2U

4

(6

12122( )

A6(r)

r

N

A112iNaA12

i(

j

)1iNa6, A6

i(

j

)rij

airr

最鄰近原子間距離對面心立方分子晶格，A12

12.13188,

A6

14.453920

0rrU由平衡條件得出平衡原子間距離：1/

612

60/

A

)

1.09r

(2Ab2A12A2E

N

6

8.6N得到分子晶體的結合能和體彈性模量(表2.2-4)：氫鍵晶體通過氫原子結合的晶體稱為氫鍵晶體。OOOHOHH電離能

真空能級基態13.6eV冰的氫鍵示意圖氫的電離能很高，難以形成離子鍵，一般只能與其他原子形成共價鍵。形成共價鍵后，將氫核暴露出來，氫核又通過庫侖力與負電性原子結合，形成一個氫原子同時吸引兩個原子，把兩個原子結合起來，這種結合力稱為氫鍵。晶體結合類型與原子負電性的關系（晶體結合的規律性）LK 1sMNo2

p

2s4

p

5

p

3d

4s3

p

3s5s4d晶體以何種形式結合，主要取決于原子束縛價電子的能力。一、原子電離能、親和能、電負性1、原子電離能

定義：

原子失去一個電子成為正離子所需要從外界獲得的能量。

真空能級

真空能級基態電離能 13.6eV氫原子原子電離能與元素周期表的關系在具有Z個價電子的原子中，一個價電子受到原子實被（Z-1）個價電子屏蔽后剩余的有效核電荷的作用。如果（Z-1）個價電子對原子實的屏蔽作用是完全的，價電子只受到一個正電子電荷

e

的作用。若（Z-1）個價電子對原子實的屏蔽作用不完全，作用在價電子的有效核電荷在e

~

ze

之間。價電子越多，屏蔽越不完全。在元素周期表的同一周期里，電離能從左到右逐步增加。在同一族元素中，從上到下，電離能減少。2、

原子親和能定義：一個自由原子處于基態時俘獲一個電子成為負離子時所釋放的能量。3、原子負電性（電負性）定義（R.S.Mulliken定義）：原子負電性=0.18(原子電離能+原子親和能)負電性越小，原子越容易失去電子，元素的金屬性越強；負電性越大，原子越容易得到電子，元素的非金屬性越強。這兩種原子結合形成的晶體類型趨向離子晶體。隨著原子負電性差別減小，原子之間的離子性結合向共價結合變化。電負性較大的同種原子結合成晶體時，最外層電子不會脫離原子，傾向形成共價晶體。電負性較小的同種原子結合成晶體，最外層電子容易脫離原子，成為共有化電子，趨向形成金屬結合。氫的電負性很大，難以電離，與其他原子形成共價鍵后，負電荷中心與氫核偏離，使氫核可以與另一個原子結合，形成氫鍵結合。原子負電性與晶體結合類型的關系(a)(b)(c)(d)(e)金剛石結構A

原子與

B

原子不等價，對A

來說，它的3個“爪子”的方位在其上面，對B

來說，它的3個“爪子”的方位在其下面Cl-Na+理想氯化鈉晶體結構晶格振動1、晶體結構的理想化模型例：理想金剛石結構aa23a1布拉菲點陣1 2 3(n

,

n

,

n

,

0,1,2,3,)晶格平移矢量：R

na

n

a

n

an 1

1 2 2 3 3-+-+-+-+--+--2、晶格振動-