第二十二章分子與固體

22－1化學(xué)鍵*

22－2晶體結(jié)構(gòu)*

22－3能帶理論*第二十二章分子與固體

22－4導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體*

化學(xué)鍵(chemicalbond):原子間存在得一種相互吸引、能把原子結(jié)合成分子得相互作用。

鍵能

(bondenergy):化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放德能量。

解離能:破壞化學(xué)鍵所需德能量。設(shè)XA和XB分別表示A、B兩種原子德最外層電子數(shù)則:離子鍵共價(jià)鍵

22－1

化學(xué)鍵*一、共價(jià)鍵

(covalentbond)共價(jià)鍵:原子間通過(guò)共享電子而產(chǎn)生得化學(xué)結(jié)合作用。

1916年,美國(guó)科學(xué)家Lewis提出共價(jià)鍵理論。

1927年,美籍德國(guó)物理學(xué)家Heitler和美籍波蘭物理學(xué)家London用量子力學(xué)處理H2氣分子,解決了兩個(gè)氫原子之間化學(xué)鍵得本質(zhì)問(wèn)題,使共價(jià)鍵理論從經(jīng)典得Lewis理論發(fā)展到今天得現(xiàn)代共價(jià)鍵理論。GilbertNewtonLewis1875-1946FritzLondon1900-1954WalterHeitler1904-19813)鍵能與離子鍵得差不多,

150~400kJ/mol

。特點(diǎn):

1)有方向性,使分子具有特定得幾何形狀;

2)飽和性和短程性;

共價(jià)鍵得分類(按共用電子數(shù))單鍵:兩原子間只共用一對(duì)電子,以“－”或“?”表示,如H－H;

雙鍵:兩原子間只共用兩對(duì)電子,以“＝”表示,如O=O;三鍵:兩原子間只共用三對(duì)電子,以“”表示,如NN。性質(zhì):

熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆、導(dǎo)電能力差。二、離子鍵

(ionicbond)WaltherKossel1881-1956離子鍵:借助陰、陽(yáng)離子間得靜電力而結(jié)合成分子得化學(xué)鍵。

離子鍵主要存在于金屬和非金屬原子，金屬或與酸根，金屬或與OH所形成的分子中，如NaCl、KClO3、(NH4)2SO4、NaOH。

1916年德國(guó)科學(xué)家Kossel提出離子鍵理論。作用力實(shí)質(zhì)就是靜電引力,作用強(qiáng)、鍵能大(150~400kJ/mol);所帶電荷越多,間距越小,鍵能越強(qiáng)。特點(diǎn):

3、沒(méi)有飽和性:只要就是正負(fù)離子之間,則彼此吸引。

2、無(wú)方向性:與任何方向得電性不同得離子相吸引。形成:

性質(zhì):

熔點(diǎn)和硬度均較高,良好電絕緣體。9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流三、金屬鍵

(Metallicbond)

電子共有化,既無(wú)飽和性又無(wú)方向性,形成低能量密堆結(jié)構(gòu)。性質(zhì):

良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,金屬光澤和延展性好。特點(diǎn):

金屬原子最外層電子數(shù)很少,即價(jià)電子(valenceelectron)極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子(Freeelectron),金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成得鍵合稱為金屬鍵。四、分子間得作用力JohannesDiderikvanderWaals1837-19231910NobelPrizeinPhysics1)鍵能小,約20kJ/mol;1)極性分子得永久偶極矩之間得相互作用;來(lái)源:

2)分子極化產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩得吸引作用;3)瞬時(shí)偶極矩得倫敦力或色散力。范德瓦耳斯力(VanderWaalsforce):中性分子或原子間德一種弱得電性吸引。特點(diǎn):2)沒(méi)有方向性和飽和性;3)不屬于化學(xué)鍵,但可影響物質(zhì)得性質(zhì)。22－2

晶體結(jié)構(gòu)*WilliamHenryBragg1862-1942WilliamLawrenceBragg1890-1971TheNobelPrizeinPhysics1915主要貢獻(xiàn):利用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)一、晶格得周期性(periodicproperty)(平移對(duì)稱性)

絕大部分得金屬材料、半導(dǎo)體材料和絕緣體材料都就是晶體。原子或分子在晶體中有規(guī)則地排列著,被稱為“長(zhǎng)程有序”,這一規(guī)則排列一般稱為晶體格子,簡(jiǎn)稱為晶格。

原子(或分子、離子)在三維空間呈周期性重復(fù)排列即存在長(zhǎng)程有序。晶體性能上兩大特點(diǎn):固定得熔點(diǎn)各向異性

結(jié)點(diǎn)

(latticepoint):考察基元在空間排列時(shí),用來(lái)表示基元位置得點(diǎn)子。點(diǎn)陣:表示晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)排列規(guī)律得幾何圖形稱為空間點(diǎn)陣。

晶格

(crystallattice):通過(guò)點(diǎn)陣中得結(jié)點(diǎn),可以作許多平行直線族和平行平面族,這樣得到得許多網(wǎng)格就稱為晶格?；?點(diǎn)陣=晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)概念

基元(basis):晶體可看作由完全相同得結(jié)構(gòu)單元在空間規(guī)則地、周期性地排列而構(gòu)成得,其結(jié)構(gòu)單元稱為基元。晶格中得格點(diǎn)、晶向與晶面選擇最小六面體，其三邊基矢為l、m、n為整數(shù)。

若晶格平移后，將與原來(lái)的晶格相重合。二、晶體分類離子晶體

(ioniccrystal)NaCl晶體結(jié)構(gòu)原子晶體

(atomiccrystal)金剛石晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體

(metalliccrystal)分子晶體

(molecularcrystal)C60結(jié)構(gòu)納米管石墨結(jié)構(gòu)CO2分子晶體22－3

能帶理論*能帶得形成——從能級(jí)擴(kuò)展到能帶

當(dāng)孤立原子相互靠近結(jié)合成晶體時(shí),由于每個(gè)原子都受到周圍原子勢(shì)得作用,電子不再屬于某個(gè)原子,而就是在晶體中做共有化運(yùn)動(dòng),這些電子原有得能級(jí)分裂成許多子能級(jí),從而擴(kuò)展成能帶。固體中電子得能量形成能帶原子間距能帶得表示方法能帶符號(hào)n:能帶序號(hào)k:波矢每個(gè)能帶內(nèi)有N個(gè)準(zhǔn)連續(xù)得子能級(jí);每個(gè)能級(jí)可以填充自旋相反得兩個(gè)電子;能帶中允許填充2N個(gè)電子。滿帶:所有得能級(jí)全部為電子填充得能帶空帶:無(wú)電子填充得能帶未滿帶:部分能級(jí)為電子填充得能帶價(jià)帶

(valenceband):價(jià)電子所在能帶,滿帶或未滿帶滿帶未滿帶導(dǎo)帶

(conductiveband):能帶中得電子具有導(dǎo)電性當(dāng)今,應(yīng)用能帶理論有可能對(duì)晶體得特性參量進(jìn)行依據(jù)第一性原理得從頭計(jì)算,結(jié)果得準(zhǔn)確性可令人滿意。這樣得理論計(jì)算可作為進(jìn)一步發(fā)展材料得依據(jù)。凝聚態(tài)物理學(xué)