無機材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章化學(xué)鍵與電子結(jié)構(gòu)-資料下載頁
2025-01-15 15:19本頁面
【正文】 水的沸點為－ 80℃ ，熔點為－ 100℃ 。 167。 金屬鍵與固體中電子的能帶結(jié)構(gòu) 金屬鍵的基本特征 在固態(tài)或液態(tài)金屬中，價電子可以自由地從一個原子跑向另一個原子，這些共用電子起到把許多原子 (或離子 )粘合在一起的作用，形成金屬鍵。這種鍵可認為是改性的共價鍵，是由多個原子共用一些流動的電子組成。 金屬鍵 無方向性，無固定的鍵能， 金屬鍵的強弱和自由電子的多少有關(guān)，也和離子半徑、電子層結(jié)構(gòu)等其它許多因素有關(guān)， 很復(fù)雜。 36 37 金屬鍵 —— 金屬原子的價電子以不固定的狀態(tài)填于原子間隙中，形成“電子氣”，為許多原子所共有，從而形成了原子的凝聚作用。 所以，可把金屬鍵看作是由不為特定原子所束縛的非定域電子所形成的一種廣泛的共價鍵。 金屬晶體的結(jié)構(gòu)： 晶體由自由電子和正離子之間的引力結(jié)合起來，正離子的配置符合最緊密堆積原理，有三種堆積方式：面心立方（ fcc）、六方（ hcp）、體心立方（ bcc）。 固體中電子的能帶結(jié)構(gòu) 晶體由大量原子結(jié)合而成 , 若要研究晶體中電子的運動 , 原則上說 , 應(yīng)當去解多原子、多電子系統(tǒng)的薛定諤方程。這里不加討論，現(xiàn)從 共有化 和 相互作用 的角度討論固體中的電子狀態(tài)。 晶體中原子排列的很緊密，因而各相鄰原子的外電子殼層發(fā)生重疊。因此，各相鄰原子的外層電子，很難說是屬于那個原子，而實際上是處于為各鄰近原子乃至整個晶體所共有的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為 電子的共有化。 38 設(shè)有 N個原子結(jié)合成晶體，原來單個原子時處于 1s能級的2N個電子現(xiàn)在屬于整個原子系統(tǒng) (晶體 )所共有，根據(jù) 泡利不相容原理 ，不能有兩個或兩個以上電子具有完全相同的量子態(tài) ( n ,l ,ml ,ms ),因而就不能再占有一個能級，而是 分裂為 2N個微有不同的能級 。由于 N是一個很大的數(shù)，這些能級相距很近，看起來幾乎是連續(xù)的，從而形成一條有一定寬度 ?E的能帶。 39 Li晶體中 ， n 個 2s軌道組成 n 條分子軌道 。 這 n 條分子軌道之間能量差小 ， 電子躍遷所需能量小 。 這些能量相近的能級組成 能帶 。 能帶的能量范圍很寬 ， 有時可達數(shù)百 kJ?mol－ 1。 Li晶體 的 n 個 2s 軌道，形成 n個 Li金屬的分子軌道 — 2s 能帶。 能帶如下圖所示： 以 Li晶體為例，說明能帶的形成過程 …….. 40 3)固體能帶的填充狀態(tài) 以 Li 為例 ， 1s2 2s1 2p0 2s 軌道電子半充滿 ， 組成的能帶電子也 半 滿 ， 稱為 導(dǎo)帶。 2p 能帶中無電子 ， 稱為 空帶。 從滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底 ( 或空帶底 )的能量間隔很大 ， 電子躍 遷困難。這個能 量間隔稱為 禁帶。 1s 軌道充滿電子 ， 故組成的能帶充滿電子 ， 稱為 滿帶。 能帶重疊 相鄰近的能帶，有時可以重疊， 即能量范圍有交叉。 如 Be的 2s能帶和 2p能帶 ， 可以部分重疊 。通過重疊電子可以躍遷到 2p 空帶 中去 ， 2s和 2p之間沒有禁帶 。 41 3n 個 2p n 個 2s 導(dǎo)體 半導(dǎo)體 絕緣體 導(dǎo)帶 禁帶 滿帶 Eg≥5eV Eg≤3eV 42
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