固体物理25分子力结合课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（,电负性,）,使得原子外层电子作重新分布,.,根据结合力的性质和特点,晶体可分为,五种基本类型,:,离子晶体,、共价晶体、金属晶体、,分子晶体,和氢键晶体,.,原子结合成晶体时,不同原子对电子的争夺能力不同（电负,1,满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合,.,典型的分子晶体,:,低温下惰性气体晶体、有机化合物晶体,.,-,分子偶极矩,的静电吸引作用产生的力,.,Debye,力,(,诱导力,):,非极性分子与极性分子间的作用力。,2.4.1,范德瓦耳斯力,2.4,分子力结合,Keesen,力,(,取向力,):,极性分子和极性分子之间的作用力。,London,力,(,弥散力,):,非极性分子与非极性分子之间的作用力。,满壳层电子结构的原子之间靠范德瓦耳斯力结合.典型的分,2,1,极性分子结合,极性分子晶体的结合力，是由于极性分子存在永久电偶极矩而产生的，这种力称为,范德瓦尔斯,-,葛生力。,相距较远的两个极性分子之间的作用力是库仑力，有确定的方向，并且两极性分子同极相斥，异极相吸，从而使得所有极性分子的电偶极矩沿着一个确定的方向取向。,+,-,+,-,+,-,-,+,+,-,-,+,极性分子相互,作用示意图,-,1 极性分子结合 极性分子晶体的结合力，是由于极性分,3,一对平行偶极子的相互作用：,+q,-q,+q,-q,l,1,l,2,r,p,1,、,p,2,分别为两偶极子的电偶极矩。,(计算时保留到二次方项),一对平行偶极子的相互作用：+q-q+q-ql1l2r,4,2,极性分子与非极性分子的结合,p,1,为电偶极子的电偶极矩，其在延长线上的电场为：,p,2,为感生偶极矩：,极性分子与非极性分子间的相互作用势与距离的六次方成正比,。,+,+,+,(,：为非极性分子的电子位移极化率,),2 极性分子与非极性分子的结合p1为电偶极子的电偶极矩，其在,5,这种,瞬时偶极矩,间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力,.,惰性气体分子最外层电子为满壳层,不产生金属结合和共价结合,正负电荷中心重合,不存在永久偶极矩,不存在相互作用,非极性分子能形成成晶体吗,?,-,非极性分子之间存在着瞬间、周期变化的偶极矩,.,3,非极性分子的结合,这种瞬时偶极矩间的相互作用，产生了非极性分子晶体的结合力.惰,6,设原子,1,的瞬时偶极矩为,p,1,瞬时偶极矩产生的电场为,在电场作用下原子,2,将产生诱导偶极矩为,p,2,所以,如同非极性分子和极性分子之间,的相互作用,对多数分子，,色散力是主要的,，只有极性大的分子，取向力才比较显著,.,诱导力通常都很小,.,设原子1的瞬时偶极矩为p1瞬时偶极矩产生的电场为在电场作用下,7,综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离,r,的,6,次方成反比,故分子晶体的吸引势为,由实验数据知道,排斥势与分子间距离,r,的,12,次方成反比,分子晶体之间的相互作用势能为,A,和,B,为经验参数,由实验数据拟合得到,.,或,-,著名的雷纳德,-,琼斯势,综上所述,惰性气体分子间的吸引势与分子间距离r的6,8,根据极小值条件，我们可求出：,平衡间距,1.12,平衡点的,雷纳德,-,琼斯势,根据极小值条件，我们可求出：平衡间距1.12,9,2.4.2,分子晶体的结合能,N,个惰性气体分子总的相互作用能为：,2.4.2分子晶体的结合能N个惰性气体分子总的相互作用能为：,10,设,R,为最近,邻,两个,原,子间的距离，则,其中 是仅与晶体结构有关的常数,如果已知结合能函数的形式,可以计算原子平衡间距,r,0,、结合能,U,(,r,0,),和体积弹性模量,K,等晶体宏观性质,.,设R为最近邻两个原子间的距离，则其中,11,平衡时最近邻原子间距离,结合能,分子晶体的结合能：,体弹性模量：,平衡时最近邻原子间距离结合能分子晶体的结合能：体弹性模量：,12,(1),实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性,.,注,:,(2),分子晶体的结合能小，熔点和沸点都很低；硬度比较小,(1)实验值和理论值基本吻合,说明理论的正确性.注:(2)分,13,解:,(1)面心立方,最近邻原子有,12,个,(1)只计及最近邻原子；(2)计及最近邻和次近邻原子。,是参考原子,i,与其它任一原子,j,的距离,r,ij,同最近邻,原子间,距,R,的比值(),。,试计算面心立方的,A,6,和,A,12,。,例1：由,N,个惰性气体原子构成的分子晶体，其总互作用势能可表示为,式中,R,O,解:(1)面心立方,最近邻原子有12个,(1)只计及最近邻原,14,R,O,RO,15,(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。,(2)计及最近邻和次近邻,次近邻有6个。,16,例2：采用雷纳德-琼斯势，求体心立方和面心立方,Ne,的结合能之比(说明,Ne,取面心立方结构比体心立方结构更稳定),。,已知(,A,12,),f,=12.13；(,A,6,),f,=14.45；(,A,12,),b,=9.11；(,A,6,),b,=12.25。,解:,Ne,取面心立方结构比取体心立方结构更稳定,。,例2：采用雷纳德-琼斯势，求体心立方和,17,Thank you!,Class is Over!,Thank you!Class is Over!,18,固体物理25分子力结合课件,19,