33 共价晶体PPT课件

固体物理导论
第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
1. 氢分子中的共价键
氢原子：电子处于 1s
+
氢分子：两个电子的 1s 轨道发生 交叠，不再处于氢原子的 1s
分子轨道的波函数可选为原子波函数的线性 组合，有两种组合方式对应形成两个能级，分别 称为反键态
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固体物理导论 第 3 章 晶体结合与弹性常量
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
碳原子与4个氢原子形成加 CH4，碳原子 的3个 2p 轨道成相互垂直的哑铃状，而 2s 轨道
和氢原子的 1s 轨道则是球状
因此3个 2p 电子与氢的 1s 电子形成的价键 应相互垂直，而 2s 电子与氢的 1s 电子的价键 则可以在任何方位；但实验指出 CH4 的4个共 价键呈对称分布，为何？
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
饱和性
价电子壳层如果不到半满，能形成共 价键的数目与价电子相等；当价电子壳层 超过半满时，由泡利原理，部分电子必须 自旋相反配对，能形成共价键的数目少于 价电子数，对于 IV-VII 族元素依靠共价 键结合，共价键的数目满足 8-N 规则
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
电子激发到高能态，单个碳原子的能 量升高，但是可以使碳原子形成更多的共 价键，在和其它原子结合时降低的能量完 全可以抵偿电子有 2s 能态激发到 2p 能态 时升高的能量
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
碳原子的4个未配对电子：2s, 2px, 2py, 2pz
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
方向性是指原子只在特定的方向上形成共 价键，一个原子在价电子波函数最大的方向上 形成共价键
例如 p 电子的波函数具有哑铃的形状， 便是在对称轴方向上形成共价键
由于共价键的方向 性，原子在形成共价键 时可以发生轨道杂化
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固体物理导论 第 3 章 晶体结合与弹性常量
( 2s
2px
2py
2pz )
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( 2s
2px
2py
2pz )
这4个Fra Baidu bibliotek化轨 道分别沿四面体 的4个对称方向， 与氢原子形成4个
稳定的 s 键
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
3.3 共价晶体
轨道杂化
1s 2s 2p
碳原子有6个电子：1s2, 2s2, 2p2 ，共有2个未配 对电子，但碳原子在与其它原子结合的过程中，1 个 2s 电子常被激发到 2p 轨道，形成如下激发态
1s 2s 2p
这样4个价电子全变成未配对的电子，一个碳 原子便可以形成4个共价键，也满足 8-N 规则
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固体物理导论 第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体 当两个氮原子沿着 z 轴方向靠近时，两个 pz 电子相 互交叠，交叠后的原子对称地分布在两氮原子连线的周围，
形成的共价键常称为 s 键
两 px 轨道交叠后的电子对称分布在 yz 平面的两侧， 这样的共价键常称为 p 键；其它两 py 电子同样形成一 个p键
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固体物理导论 第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体 氢分子相对于分立中性氢原子的能量
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固体物理导论 第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
2. 共价键的饱和性和方向性
饱和性是指一个原子只能形成一定数目的 共价键
例子 氮原子有7个电子：1s2, 2s2, 2p3
3 个 2p (px, py, pz) 电子 自旋未配对，它们可以与 其它原子形成3个共价键
3.3 共价晶体
成键态：两电子的自旋方向相反 反键态：两电子的自旋方向相同
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
成键态的电子绝大部分分布于两氢核之间， 每个电子都为两氢原子所共有，依靠两电子的 负电把带正电荷的两氢核仅仅束缚在一起形成 稳定的共价键
反键态的两电子各自分布在两氢核的两侧， 不能使两个氢原子结合在一起
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第 3 章 晶体结合与弹性常量
3.3 共价晶体
理论上认为，4个未配对电子 2s, 2px, 2py, 2pz 轨道相互混合，重新组合成4个新的未配对 的 sp3 杂化轨道
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( 2s
2px
2py
2pz )
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( 2s
2px
2py
2pz )
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