固体物理学 第二章 第四五节

发布于:2021-06-14 09:20:15

§ 2.4 范德瓦耳斯结合 —— 1873年范德瓦耳斯 年范德瓦耳斯(Van der Waals) 提出在实际气体分 年范德瓦耳斯 子中,两个中性分子间存在着“分子力” 子中,两个中性分子间存在着“分子力”
范德瓦耳斯(Van der Waals)分子力包括: 分子力包括: 范德瓦耳斯 分子力包括 1、葛生(Keesen)力:极性分子的固有偶极矩产生的力 、葛生( ) 2、德拜(Debye)力:感应偶极矩产生的力 、德拜( ) 3、伦敦(London)力:非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力 、伦敦( ) 依靠范德瓦耳斯力相互作用结合的两个原子的相互作用能可以表示 为:

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这里A、 为正的经验参数 为正的经验参数, 这里 、B为正的经验参数,令 得到所谓的勒纳德-琼斯( 得到所谓的勒纳德 琼斯(Lennard-Jones)势: 琼斯 )

第一项为范德瓦耳斯—伦敦力引起的作用,可以通过振子模型得到; 第一项为范德瓦耳斯 伦敦力引起的作用,可以通过振子模型得到; 伦敦力引起的作用 第二项由实验得出

VIII 族元素在低温时结合成的晶体 —— 非极性分子晶体 —— 惰性元素最外层 个电子,具有球对称的稳定封闭结构 惰性元素最外层8个电子 个电子, —— 某一瞬时正负电中心不重合使原子呈现出瞬时偶极矩 —— 使其它原子产生感应极矩 —— 非极性分子晶体依靠瞬时偶极矩的相互作用而结合 作用 非极性分子晶体依靠瞬时偶极矩的相互作用而结合,作用 力非常微弱
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原子呈现出瞬时偶极矩

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—— 惰性元素具有球对称,结合时排列最紧密以使势能最低 惰性元素具有球对称, —— Ne、Ar、Kr、Xe的晶体都是面心立方 、 、 、 的晶体都是面心立方 —— 透明的绝缘体,熔点特低 透明的绝缘体, —— 分别为 分别为24K、84K、117K和161K 、 、 和 两个惰性原子之间的相互作用势能 —— 两个相距为 的原子,原子中电子是对称分布 两个相距为r的原子, 的原子 —— 偶极矩作用 设原子1的瞬时电偶极矩 设原子 的瞬时电偶极矩 在r处产生的电场 处产生的电场
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原子1的电场 原子 的电场 原子2在电场的作用下感应偶极矩 原子 在电场的作用下感应偶极矩 —— α 原子的极化率 两个电偶极子之间的相互作用能 —— 作用能与p1的*方成正比,对时间的*均值不为零 作用能与 的*方成正比, —— 力随距离增加下降很快,两个原子之间的相互作用很弱 力随距离增加下降很快,

A B 两个原子的相互作用势能 u(r) = ? 6 + 12 r r
—— B/r12: 重叠排斥势能,A和B为经验参数,都是正数 重叠排斥势能, 和 为经验参数 为经验参数,
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两原子相互作用势能 引入新的参量 相互作用势能 u(r) = 4ε[( ) ? ( ) ]
12 6

σ
r

σ
r

—— 勒纳-琼斯(Lennard-Jones)势 勒纳-琼斯( ) 晶体总的势能 — N 个原子

1 σ 12 σ 6 U(r) = N(4ε )[ A ( ) ? A6 ( ) ] 12 2 r r
—— 1/2因子 相互作用能为两个原子共有 因子: 因子 —— A12和A6: 与晶格结构有关的求和项
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1 σ 12 σ 6 晶体总的势能 U(r) = N(4ε )[ A ( ) ? A ( ) ] 12 6 2 r r
—— 非极性分子晶体的晶格常数、结合能和体变模量 非极性分子晶体的晶格常数、 晶格常数

*衡状态体变模量

晶体的结合能

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§2.5 元素和化合物晶体结合的规律性 晶体究竟采取哪种基本结合形式主要取决于原子束缚电子的 能力的大小。 能力的大小。用来描述原子对电子束缚能力大小物理量为原子的 负电性。负电性的定义有:Mulliken、Pauling、Phillips等定义方 负电性。负电性的定义有: 、 、 等定义方 式,不同的定义方式数值不同,但变化趋势相同。 不同的定义方式数值不同,但变化趋势相同。 原子的负电性 —— 用来标志原子得失电子能力的物理量 Mulliken原子负电性定义 原子负电性定义 电离能 —— 使原子失去一个电子所需要的能量 亲和能 —— 中性原子吸收一个电子成为负离子所放出的能量

负 性 0.18(电 能 亲 能 eV) 电 = 离 + 和 ) (
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