固體物理第4課化學(xué)鍵-資料下載頁
2025-01-13 17:04本頁面
【正文】 四個(gè)頂點(diǎn)，形成 sp3雜化軌道。 與相鄰原子的某一個(gè)雜化軌道共享電子，構(gòu)成共價(jià)鍵。電子自旋方向相反。 ?共價(jià)鍵特性 ?原子核外是類飽和殼層 ?缺陷不易產(chǎn)生，熔點(diǎn)高 ?定向配位鍵，硬脆 ?IV族元素是典型共價(jià)鍵， Ⅲ Ⅴ 族是離子共價(jià)混合晶體。 共價(jià)晶體的結(jié)合能 ?必須采用量子方法計(jì)算。 金屬鍵和典型晶體 金屬鍵結(jié)合 金屬鈉為例：價(jià)電子少，不可能生成共價(jià)鍵， 價(jià)電子共有化，價(jià)電子氣體 自由電子氣對離子屏蔽作用，正離子則類似于原子。 金屬的晶體結(jié)構(gòu) ?依幾何原理排列盡可能多的鄰近原子，以使體系的能量盡可能低。多數(shù)金屬晶體采用配位數(shù)為 12的面心立方結(jié)構(gòu)。 ?面心立方： Au Cu Al ?六方密集： Be Mg Zn Ca ?少數(shù)體心立方： Li Na K Rb Cs 電子位臵不確定度，根據(jù)測不準(zhǔn)原理 hpx ????電子動能正比于 Δp2，即大約正比于 V2/3。由于自由電子運(yùn)動范圍很大，故 價(jià)電子動能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被束縛時(shí)的動能。這是結(jié)合能的主要來源。 ?金屬鍵結(jié)合能 ?高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱 ?密度高，庫侖吸引勢能正比于（ 1/r） n，所以勢能隨著體積 V的減小而降低， ?金屬鍵各向同性，可延展性 ?可形成合金 ?典型晶體：堿金屬 金屬的結(jié)合能 ?采用量子方法計(jì)算。 分子晶體 分子間作用力：瞬時(shí)電偶極距 普遍存在 結(jié)合能弱 無方向性和飽和性 惰性元素 分子晶體結(jié)構(gòu) 分子晶體的結(jié)合能 C60及 A3C60分子晶體 C60是由 60個(gè)碳原子構(gòu)成的球形 32面體，即由 12個(gè)五邊形和 20個(gè)六邊形構(gòu)成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。每個(gè)碳原子以 sp2雜化軌道和相鄰的 3個(gè)碳原子相連，剩余的 p軌道在 C60分子的外圍和內(nèi)腔形成鍵。 多晶 C60的粉末 X射線衍射圖（見圖 2）顯示，晶體是典型的面心立方晶胞，不過，由于球形分子的高度對稱性， Miller指數(shù)為 h00的衍射面強(qiáng)度為零，未發(fā)現(xiàn)其衍射線。由粉末衍射數(shù)據(jù)得到的晶格參數(shù) 道，這些球之間的接觸距離為 ，而分子間的 van der Walls距離為 van der Walls距離稍小于石墨的相應(yīng)值。石墨中內(nèi)層間距離為 197。 圖 1 固體 C60的晶胞 圖 2 固體 C60的粉末 X射線衍射圖 C60固體是一種分子晶體，室溫下為面心立方結(jié)構(gòu) 當(dāng) A為堿金屬 (K， Rb， Cs)時(shí)， A3C60是超導(dǎo)的 除 C60外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有 C2 C3C50、 C70、 C84…… C2 C540等，統(tǒng)稱為 Fullerenes，中文譯名為富勒烯①。 C60的插層化合物 C60與鉀或其它堿金屬的蒸氣反應(yīng)形成化學(xué)計(jì)量式為 AxC60型的化合物，產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量決定于反應(yīng)物的參與量。由于堿金屬過量，可以形成化學(xué)計(jì)量 A6C60的化合物，其中 A＝ K， Rb， Cs。其結(jié)構(gòu)中， C60分子占據(jù)晶胞頂點(diǎn)和體心位置，而鉀原子則填充在靠近面心的位置。 除此以外，其它的最令人感興趣的化合物的化學(xué)計(jì)量相有 A3C60，已發(fā)現(xiàn)在一定高溫時(shí)，它具有超導(dǎo)性。其結(jié)構(gòu)的粉末 X射線衍射圖類似于母體 C60，見圖 。衍射峰向低2θ方向位移，說明 C60面心立方晶格有一定擴(kuò)展?；瘜W(xué)計(jì)量相 K3C60被觀察到，鉀原子填充在 C60密堆晶格中的全部四面體和全部八面體孔隙位置，其結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 K3C60的結(jié)構(gòu) A3C60的超導(dǎo)起始溫度（ Tc） （ A： K、 Rb、 Cs） A3 K3 K2Rb Rb2K(1) Rb2K(2) Rb3 Rb2Cs RbT12 Cs3 Tc/K 30 混合性晶體 石墨：共價(jià)鍵 3個(gè)，金屬鍵 1個(gè)，范德瓦爾斯鍵(演示 ) 最新研究成果表明：石墨的二維結(jié)構(gòu)是目前已知的最硬的物質(zhì)，遠(yuǎn)大于金剛石（ ）。 范德瓦爾斯鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵 Graphene 石墨烯 2022年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，英國曼徹斯特大學(xué) 2位科學(xué)家 Andre Geim和 Konstantin Novoselov因在二維空間材料石墨烯方面的突破性實(shí)驗(yàn)而獲獎。 () 碳納米管 “Carbon nanotube”，即碳納米管 ,又名 巴基管 。碳納米管具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征 ,構(gòu)成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準(zhǔn)圓管結(jié)構(gòu)，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成 , 端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，或者稱為多邊錐形多壁結(jié)構(gòu)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。 氫鍵與氫鍵晶體 具有極性的共價(jià)鍵 單個(gè)水分子中存在電偶極距 18 18+ 18 18+ 18 18+ 18 18+ 18 18+ 18 18+ 18 17+ 18 17+ 18 17+ 18 19+ 18 19+ 18 19+ 原子晶體 氬 離子晶體 氯化鉀 2 6+ 2 6+ 2 6+ 2 6+ 2 6+ 2 6+ 共價(jià)鍵晶體 金鋼石 18 19+ 18 19+ 18 19+ 18 19+ 18 19+ 18 19+ 金屬晶體 鉀 作業(yè) 1 58頁： 。)αβ()αβ(r)(。rraru時(shí)，它們將被分離證明當(dāng)如果兩個(gè)原子被拉開，能是排斥能的8 倍；證明在平衡狀態(tài)下吸引說明原子間平衡距離為；用哪一項(xiàng)表示排斥作用說明哪一項(xiàng)表示吸引作常數(shù)其中α和β是大于零的互作用熱能通常可寫成兩個(gè)相距為r的原子的71710836r ( 4) ( 3)。82)1()( ??????作業(yè) 2 1 計(jì)算一維雙原子鏈的馬德隆常數(shù) a，設(shè)晶格常數(shù)為 R，原子總數(shù)為 N。
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