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晶体结合能的普遍规律
晶体结合能的普遍规律
晶体的结合能:
E0是晶体的总能量，EN是组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量，Eb即为晶体的结合能。
晶体的结合能就是将自由的原子(离子或分子)结合成晶体时所释放的能量。
2.1.1 两个原子间的相互作用能
1.原子间的相互作用力
吸引力
排斥力
库仑引力
库仑斥力
泡利原理引起
原子间的相互作用力
r 两原子间的距离；
A、B、m、n>0,
吸引能
排斥能
2.相互作用势能
两原子间的相互作用力
假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作用能为零，相互作用力为零。
(a)互作用势能和原子间距的关系
(b)互作用力和原子间距的关系
斥力
引力
最大有效引力
(r0平衡时原子间最近邻的距离。)
r0
(r=r0处相互作用能有最小值。)
可知n >m，排斥作用是短程的。
最大有效引力
晶体总的相互作用能
则由N个原子组成的晶体的总的相互作用势能为：
i
j
1
2
3
4
rij
第i个原子与晶体中所有其它原子的相互作用势能为：
设晶体中第i个原子与第j个原子之间的相互作用势能为u(rij )，
'
1.结构
原子晶体
典型的原子晶体:
金刚石、硅、锗等晶体。
结合力:
共价键。
饱和性
方向性
共价键的特点
原子晶体的配位数较低。
共价键是由2S和2P波函数组成的下列4种新的电子状态组成的。
金刚石C6
1S22S12P3
“杂化轨道”
2.特征
共价键结合比较强：原子晶体具有高力学强度、高熔点、高沸点和低挥发性的特点，导电率和导热率低。原子晶体一般属于半导体或绝缘体。
金属晶体
1.结构
第Ⅰ族、第Ⅱ族及过渡元素晶体都是典型的金属晶体。
结合力：金属键
金属晶体多采取配位数为12的密堆积，少数金属为体心立方结构，配位数为8。
氢键晶体
1.结构
氢原子同时与两个负电性较大，而原子半径较小的原子(O、F、N等)结合，构成氢键。
A
B
H
共价键
氢键具有饱和性。
2.特点
良好的导电性和导热性，较好的延展性，硬度大，熔点高。
2.特征
原子的负电性是用来表示原子得失电子能力的物理量。
电离能和电子亲和能
中性原子失去1个电子成为+1价离子时所需要的能量为第一电离能，从+1价离子再移去一个电子所需的能量为第二电离能。
电离能越大，原子对价电子的束缚能力越强。
1.电离能
电离能 4.339 6.111 6.00 7.88 9.87 9.750 11.84 13.996
元素 Na Mg Al Si P S Cl Ar
电离能 5.138 7.644 5.984 8.149 10.55 10.357 13.01 15.755
元素 K Ca Ga Ge As Se Br kr
电离能 (单位:eV)
小
大
2.电子亲和能:
中性原子获得电子成为-1价离子时所放出的能量。
B为电子亲合能。
负电性
负电性=0.18(电离能+亲和能)
(1)周期表由上到下，负电性逐渐弱；
(2)周期表越往下，一个周期内负电性的差别也越小。
对比下表各个周期,可看出以下两个特性：
IA
IIA
IIIB
IVB
VB
VIB
VIIB
Li
1.0
Na
0.9
K
0.8
Be
1.5
Mg
1.2
Ca
1.0
B
2.0
Al
1.5
Ga
1.5
C
2.5
Si
1.8
Ge
1.8
N
3.0
P
2.1
As
2.0
O
3.5
S
2.5
Se
2.4
F
4.0
Cl
3.0
Br
2.8
负 电 性
IA 、IIA、 IIIB负电性低的元素对电子束缚较弱，价电子易于摆脱原子束缚成为共有化电子，因此在形成晶体时便采取典型的金属结合。
IVB、 VB具有较强的负电性，它们束缚电子的能力较强，适于形成共价结合。
周期表左端的元素负电性弱，易于失去电子；而右端的元素负电性强，易于获得电子，因此它们形成离子晶体。

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