2-2 共价结合
固体物理 第2章 固体的结合
* ˆ B H A
* ˆ B H B )dr
2 2C ( H aa
H ab )
0
2 2C ( H aa H ab )
其中 H aa
* ˆ A H A dr
* ˆ B H B dr
* ˆ H ab A H B dr
（1）晶格常数 结合最稳定时的原子间距即为晶格常数，由下式决定
U (r ) r
0
r r0
（2）压缩系数 压缩系数定义为单位体积的改变随单位压强的变化的负值，即：
1 V ( )T V p
由热力学第一定律有：
dU pdV
V( 1 2U V
2
（这里忽略了热效应），则压缩系数为：
系统在 和 两分子轨道的能量计算如下：
* ˆ dr H
* * * ˆ C ( ) H C ( ) d r A B A B * dr
2 * ˆ C ( A H A
* ˆ A H B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2 n1 , n2 , n3
q2 4 0 r
上式中
q 2 ( 1) n1 n2 n3
2 2 4 0 ( n1 r 2 2 n2 r 1 2 2 n3 r ) 2
这里n1，n2，n3为整数且不能同时为零。一个元胞的库仑能为：
n1 , n2 , n3
(1) n1 n2 n3
粒子（Fermi子，如电子，质子，中子），波函数具有交换反对称性。 Pauli原理：不可能具有两个完全相同的Fermi子处于完全相同的状 态。广义的说，对于费米体系，描述其运动状态的全波函数必须是 反对称的；对于波色子体系则要求对称。 宇称：是波函数的一个物理性质。它表明将波函数的所有空间坐标 通过原点进行反演的行为。 通常称为成键态和反键态，如下 和 图，成键态电子云密集在二原子核之间，反键态原子核之间的电子云 密度减小。
第二章 晶体的结合3、4(共价结合)详解
- V22 V32 - V3
V2
15
结论：当原子A和原子B为异类原子时，所形成的共 价键包含有离子成份，所形成的共价键在两原子间是 不均衡的，或这种情况下，采取的是共价结合与离子 结合之间的过渡形式。
四、有效离子电荷
对Ⅲ-Ⅴ族化合物，以GaAs为例子来说明
离子实分别带+3q与+5q的离子Ga3+和As5+，而每一 对Ga与As有8个电子。
2）电子处于杂化轨道上，能量比基态提高了（形 成杂化轨道需要一定能量），但杂化后，成键数目增 多了，且由于电子云更加密集在四面体顶角方向，使 得成键能力更强了，形成共价键时能量的下降足以补 偿轨道杂化的能量。
11
12
三、不同种原子形成的共价键
VA VB
A B
仍采用分子轨道法，约化为单电子方程
满足薛定谔方程当原子相互靠近波函数交叠形成共价键个电子为两个氢原子所共有原子核的库仑势描写其状态的哈密顿量seq下标a和b代表两个原子1和2代表两个电子分子轨道法忽略两个电子之间的相互作用v12简化为单电子问题假定两个电子总的波函数满足seq单电子波动方程分子轨道波函数两个等价的原子a和b归一化常数c取分子轨道波函数为原子轨道波函数的线性组合两种分子轨道之间能量差别1负电子云与原子核之间的库仑作用成键态能量相对于原子能级降低了反键态的能量升高
PA
1
1 2
, PB
2 1 2
Ⅲ族原子（即B原子，如Ga原子）的有效电荷数为
qB
*
(3
8
1
2 2
)
Ⅴ族原子（即A原子，如As原子）的有效电荷数为：
q
A
*
(5
8
1
1
固体物理 第二章 结合能
固体物理第二章 23
固体物理第二章
17
固体物理第二章
18
3
典型的共价键是氢分子的共价键，两个氢原子 的价电子，围绕着两个氢原子核运动，形成 电子云。在两个氢核之间，为两个氢核所共 有。实际上，共价键的现代理论正是由氢分 子的量子理论开始的。 设想有原子A 和 B ，它们表示互为近邻的一对 原子。当它们是自由原子时，各有一个价电 子，归一化的波函数分别用 A 、 B 表示，即：
这一四体问题迄今还不能严格求解，需作近 似处理，常用的比较成功的做法是分子轨道 法 (Molecular Orbital Method) 。忽略电子 - 电 子间相互作用，且假定 ： (r1 , r2 ) 1 (r ) 2 (r )
固体物理第二章 20
2 2 2 2 1 2 VA1 VA 2 VB1 VB 2 V12 2m 2m
* H dr
* H aa * A H A dr B H B dr 0
* H ab * A H B dr B H A dr 0
* dr
2 2C ( H aa H ab )
+态波函数是对称的，可填充两个自旋相反的电子， +态的能量亦低于自由氢原子1s态的能量。较多出现
固体物理第二章 3
2-1 结合力的普遍性质与结合能
研究组成晶体的原子结构和它们之间的结合力与结 合力的性质，是固体物理中最基本、最重要的问题 之一。 不同的晶体具有不同的结合力类型，但它们的结合力 在定性上具有共同的普遍性质。 在晶体中，粒子的相互作用可分为吸引作用和排斥作 用两类。当粒子间距离较远时(大于几个A)，吸引作 用为主；当距离较近时 ( 小于平均粒子间距)，排斥 作用为主；当距离适当时，二者相等，相互抵消， 使晶体中的粒子处于平衡状态。 首先研究处于基态的两个相同的原子由相距无穷远处 移到一起时能量和结合能变化的情形。
固体物理基础第2章 固体的结合
2-1 亲和能
亲和能： 中性原子 + (-e) → 负离子 中性原子吸收一个电子成为负离子所放出的能量
3 2 1 电子亲和能 / eV 0 -1 -2 -3 -4
Be
Mg Ca Zn
He
Ne
Ar
Kr
C
Si
V
Cu
Ge
F
Cl
Br
电离能均为正值（吸收能量），亲和能有正有负 与电离能的变化规律有何区别？
2-1 晶体结合能的普遍规律
原子间相互作用势能
A B u( r ) m n r r
r ：两原子间的距离 A、B、m、n>0
A m r
吸引能
B n r
f (r )
排斥能
两原子间的相互作用力
du( r ) dr
2-1 晶体结合能的普遍规律
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。
u( r )
(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
r
(a ) f (r )
rr r0 , f (r ) 0 ,
斥力 引力
r r0 , f (r ) 0, u(r )min
(b)
r r0 , f (r ) 0 ,
r0
rm
df d 2u ( ) ( 2 ) rm 0 r dr dr r
溴
2-1 元素周期性规律
随着原子序数的递增
引起了
最外层电子数 1→8 （K层电子数 1→2） 原子半径： 化合价： 大→小（除稀有气体） +1→+7 －4→－1
核外电子排布呈周期性变化
决定了
（稀有气体元素为零）
原子的电负性及晶体的结合类型
非极性分子间的结合 低温条件下的瞬时电偶极矩是非极性分子在低温时形成晶体的原因。
（5）氢键结合
与负电性大的原子X（氟、氯、氧、氮等）共价结合的氢， 如与负电性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与 Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形的键，称为氢键。
9.750 11.84 13.996
大
（3）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。
y e y 1 B
亲和过程不能看成是电离过程的逆过程
B为电子亲合能。
元素 H He Li Be B C N O
理论值 72.766 -21 59.8 240 29 113 -58 120 实验值 72.9 ＜0 59.8 ＜0 23 122 0±20 141
（3）金属结合
模型： 金属中所有的原子都失掉了最外层的价电子而成为原子实，原子实浸没在 共有电子的电子云中。
金属晶体有良好的导电性、导热性和延展性。
（4）分子结合
分子之间的结合力称为范德瓦耳斯力。 极性分子间的结合
极性分子具有电偶极矩，两分子靠近的两原子一定是异性的，这样才 能使体系能量最低。
极性分子与非极性分子间的结合
2.2 晶体的结合类型（袖珍版）
1.离子晶体
离子键：离子晶体中，一种原子的电子转移的另一个原子上，形成正负离子，它们通过 静电引力键合在一起，形成离子键.
通常由金属性很强的元素和氧化性很强的非金属元素组成.如卤族元素和碱金属 元素，氧族元素和碱土金属元素. 具有闭合的电子壳层，离子键没有方向性；离 子键之间的作用很强，具有相当高的强度、硬度和熔点，而导电性、热膨胀系数 小.大多数离子晶体对可见光是透明的，在远红外区有一特征吸收峰
材料科学基础答案第二章答案
第二章答案2-1 略。
2-2 （1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：（1）h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为（321）。
2-3 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]，（111）与[]，（）与[111]，（）与[236]，（257）与[]，（123）与[]，（102），（），（），[110]，[]，[]答：（001）与[]为：2-4 定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5 依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积有六方和面心立方紧密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7 n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进行紧密堆积时，可以看成由大球按等径球体紧密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体紧密堆积。
2-8 写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
常见化学元素化合价
常见化学元素化合价1.氢（H）的化合价为+1在大多数化合物中，氢通常与其他元素共价结合，以形成离子或分子。
由于氢只有一个电子，它能够与其他元素共享一个电子，形成带正电荷的氢离子。
2.氧（O）的化合价为-2氧原子有6个价电子，一般与其他元素形成共价键或离子键。
当氧与其他元素共价结合时，它倾向于接受两个电子，形成带负电荷的氧离子。
3.氮（N）的化合价为-3或+3氮具有五个价电子，可以与其他元素形成三键或共价键。
当氮以三键形式结合时，它通常具有-3的化合价，例如在氨（NH3）中。
然而，氮也可以通过共价键与较轻的元素如氢或碱金属形成正电荷，如在氨基离子（NH4+）中。
4.碳（C）的化合价为-4或+4碳具有四个价电子，可以与其他元素形成四键或共价键。
当碳以四键形式结合时，它通常具有-4的化合价，如甲烷（CH4）。
然而，碳也可以通过共价键形成双键或三键，并形成正电荷的离子，如在碳酸根离子（CO32-）中。
5.氯（Cl）的化合价为-1氯原子具有七个价电子，通常会接受一个电子，形成带负电荷的氯离子。
在一些化合物中，氯也可以形成共价键，但它要么以负电荷形式与其他元素共享电子，要么以正电荷形式获得电子。
6.铁（Fe）的化合价为+2或+3铁具有两个不同的化合价，取决于其参与的化学反应。
铁有6个价电子，当需要2个电子时，它可以形成+2的价态（亚铁离子，Fe2+），当需要3个电子时，它可以形成+3的价态（三价铁离子，Fe3+）。
7.氟（F）的化合价为-1氟原子具有七个价电子，通常具有-1的化合价。
它倾向于接受一个电子以形成带负电荷的氟离子，并与其他元素形成离子键。
这只是一些常见元素的化合价举例，其他元素的化合价也可以通过分析元素在化合物中的电子行为来确定。
同时，也要注意到元素的化合价可以通过化合物中的其他因素而有所变化，因此，化合价不完全是固定的，而是在不同环境和化合物结构中可能发生变化。
罗丹明染色皮克林步骤及原理-概述说明以及解释
罗丹明染色皮克林步骤及原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述罗丹明染色是一种常用的细胞染色方法，用于检测细胞核以及细胞内某些特定结构的存在和性质。
它以罗丹明染料为染料剂，通过染料与细胞内某些物质的特异性亲和作用，使目标物质在镜下呈现出明亮的红色或橙色。
在细胞生物学和组织学研究中，罗丹明染色被广泛应用于生物样本的分析和观察。
其简便的操作步骤和准确的染色结果使得罗丹明染色成为一种常用的染色方法。
此外，罗丹明染色还具有极高的特异性和敏感性，可以用于检测DNA、RNA、蛋白质以及细胞膜的分布情况和数量。
因此，它在细胞生物学、分子生物学、遗传学等领域起着重要作用。
本文将介绍罗丹明染色的步骤及原理，并对其优缺点以及应用领域进行讨论。
通过对罗丹明染色的学习，我们可以更好地理解细胞结构和功能，为进一步的研究提供基础和指导。
1.2文章结构文章结构部分内容：文章结构部分主要描述了本文的布局和组织方式，以帮助读者更好地理解文章的内容和思路。
本文按照以下结构进行组织和阐述：1. 引言：介绍了本文的研究背景、意义和目的，为读者提供了一个整体的概览。
2. 正文：分为三个主要部分，分别是罗丹明染色步骤、罗丹明染色原理和优缺点及应用。
在正文部分，将详细叙述了罗丹明染色的实际步骤、染色结果观察和该染色方法的基本原理。
3. 结论：总结了罗丹明染色步骤及原理的要点，对其应用前景进行了展望。
通过以上结构的组织，本文全面而系统地介绍了罗丹明染色的步骤和原理，并对其进行了评价和应用展望。
这样的结构，既清晰明了，又能够帮助读者更好地理解和掌握文章的内容。
1.3 目的一、目的罗丹明染色是一种常用的细胞染色方法，在细胞生物学和医学领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍罗丹明染色的步骤和原理，以及分析其优缺点和应用领域，从而帮助读者更好地了解和应用这种染色技术。
具体而言，本文的目的包括以下几个方面：1. 介绍罗丹明染色的步骤：通过细致的分析和详细的描述，向读者展示罗丹明染色的具体步骤，包括准备工作和染色过程。
2014年第二章固体的结合(全部)
d (
dU ) 2 dV V ( d U ) V dV dV 2 V
平衡时：
K V0 (
d 2U )V dV 2 0
K 0
• NaCl晶体原胞体积：V=2Nr03
q 2 6b A B U ( r ) N n N n 4 r r r r 0
1 n 2 n1 n 2 n 3
2 /
(4) 一些马德隆常数值： NaCl：1.748 CsCl: 1.763 ZnS 1.638 马德隆常数与离子晶体的结构排列相关。计算马德 隆常数可采用埃夫琴晶胞法（课外参考）。 二、离子晶体的排斥能
2
q 2 (1) n1 n2 n3
2 2 2 2 2 4 0 (n1 r 2 n2 r n3 r ) 2 1 n1 n2 n3 1
2 2 VA VB c A B c A B 2 m
2m
2 1
2
2m
2 2 VA1 VA2 VB1 VB 2 V12
状态方程： ＝E
忽略电子－电子间的相互作用V12 ，用分子轨道法 来简化波动方程。
K V0 ( r d d 2U d A B )V 0 ( )( n ) dV 2 0 2 dr 3 dr 3 r r r r0 ) r r0
3
1 d2 A B ( n ) r r0 18r0 dr 2 r r
1 2 A n(n 1) B n2 18r0 r0 3 r0 1 (n 1) A 3 18r0 r0 (n 1)q 2 4 4 0 18r0
令
(r1，r2)＝1 (r1)2 (r2)
第二章 晶体的结合
固体材料是由大量的原子(或离子)组成约1 mol / cm 3原子(或离子)结合成晶体时,外层电子作重新分布,外层电子的不同分布产生了不同类型的结合力.Na Cl ＋＝NaCl 离子键共价键金属键结合力类型决定了晶体的微观结构乃至宏观物理性质.本章主要介绍不同结合类型中原子间相互作用与晶体内能、晶体的微观结构和宏观物理性质之间的联系.共价键结合（金刚石）－－原子间束缚非常强，导电性差金属键结合（金属Cu ）－－对电子束缚较弱，良导体——原子的电子分布核外电子的分布遵从泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则.能量最低原理电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、4d……泡利不相容原理每一轨道中只能客纳自旋相反的两个电子.洪特规则电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行——原子的电子分布_----电离能_----电离能_----电离能_----电子亲和能_----原子电负性_----原子电负性2．Pauling鲍林提出的电负性计算方法（较通用）：_----原子电负性•横向•电离能•亲和能•电负性按结合力的性质和特点，晶体可分为5种类型：离子晶体（离子结合）共价晶体（共价结合）金属晶体（金属结合）氢键晶体（氢键结合）如何理解各种晶体呢？离子晶体:正离子与负离子的吸引力就是库仑力.共价结合:靠近的两个电负性大的原子各出一个电子形成电子共享的形式.金属结合:原子实依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着.氢键结合:氢先与电负性大的原子形成共价结合后, 氢核与负电中心不在重合, 迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合.分子结合:电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体. 电偶极矩的作用力实际就是库仑力.可见, 所有晶体结合类型都与库仑力有关.原子间相互作用势能----结合力的共性吸引力排斥力库仑引力库仑斥力泡利原理引起(1)吸引力和排斥力都是原子间距离r 的函数.注:(2)吸引力是长程力,排斥力短程力.(3)当r =r 0时, 原子间合力为零, 原子处于平衡.类比于弹簧振子()()⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=−=++11n m r nB r mA dr r du r f 为什么排斥力是短程力？()()()B A r u r u r u +−=+=()()⎜⎛−−=−=nB mA r du r f设晶体中第i个原子与第j个原子之间的相互作用势能u(r)为ij()()∑∑∑==NNNr u r u U 1晶体的结合能：()()∑=N r u Nr u晶格常数由于晶格具有周期性，设临近两原子间距R，则晶体体积可写成体弹性模量单位压强引起的体积的相对变化率。
2-2 生物转化
第二节生物转化一、生物转化的概念外来化合物在体内经过一系列化学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程称为生物转化，或称为代谢转化。
所形成的衍生物即代谢物。
外来化合物经过生物转化，有的可以达到解毒，毒性减低。
但有的可使其毒性增强，甚至可产生致畸、致癌效应。
所以，不应把代谢转化只看作解毒过程，而是代谢过程对外来化合物的毒性有二重性。
二、生物转化的反应类型(一) 氧化氧化可分为由微粒体混合功能氧化酶催化和非微粒体混合功能氧化酶催化的两种氧化反应。
微粒体是内质网在细胞匀浆过程中形成的碎片，并非独立的细胞器。
内质网可分为粗面和滑面二种，因而所形成的微粒体也有粗面和滑面两种，但都含有混合功能氧化酶，后者活力更强。
1.微粒体混合功能氧化酶(micrososmal mixed function oxidase, MFO)，又称为混合功能氧化酶或微粒体单加氧酶，可简称为单氧酶。
在这一过程中还需要NADPH提供电子，使细胞色素P-450还原，并与底物形成复合物，才能完成这一反应过程。
混合功能氧化酶是细胞内质网膜上的一个酶系，组成较为复杂，现在已经知道的主要有细胞色素P-450氧化酶，也称为细胞色素P-450依赖性单加氧酶，还有还原型辅酶Ⅱ－细胞色素P-450还原酶。
此外，还含有微粒体FDA－单加氧酶，此酶特点是不含有细胞色素P-450，而含有黄素腺嘌呤二核苷酸，代替细胞色素P-450参与单加氧酶反应。
在FAD单加氧酶催化的外来化合物氧化过程中，同样需要NADPH和氧分子。
许多外来化合物都可经混合功能氧化酶催化，加氧形成各种羟化物。
羟化物将进一步分解，形成各种产物，因此氧化反应可能有下列各种类型：(1)脂肪族羟化：亦称脂肪族氧化，是脂肪族化合物侧链(R)末端倒数第一个或第二个碳原子发生氧化，并形成羟基。
(2) 芳香族羟化：芳香环上的氢被氧化，例如苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或邻氨基酚。
在微粒体混合功能氧化酶活力测定中，可利用这一反应，即以苯胺为底物经MFO羟化后，形成对氨基酚，测定其含量，用以表示苯胺羟化酶活力。
三氟化铝,三氯化铁,二氯化铁的共价成分
三氟化铝，化学式为AlF3，是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用。
它是由铝和氟原子共价结合而成的化合物。
三氟化铝通常是白色结晶粉末，其晶体结构属于六角晶系。
三氟化铝可溶于水，也可溶于一些有机溶剂，同时也是一种良好的催化剂。
三氟化铝的共价成分可以从以下几个方面来进行分析和阐述：1. 化学成分三氟化铝的化学成分是由一个铝原子和三个氟原子组成的化合物。
铝原子通过共价键与三个氟原子结合，形成了Al-F共价键，使得三氟化铝具有较强的化学惰性和稳定性。
在晶体结构中，铝原子与氟原子之间以离子键或共价键相互作用，稳定形成六方密堆积的晶体结构。
2. 物理性质三氟化铝具有较高的熔点和沸点，为1291摄氏度和1450摄氏度，因此在常温下呈固体状态。
它的结晶结构为六方晶系，呈白色粉末状。
三氟化铝具有极强的吸湿性，并且能够与水反应生成氢氟酸，因此在空气中具有腐蚀性。
3. 化学性质三氟化铝是一种良好的路易斯酸催化剂，可以与许多有机物发生反应，产物易于分离，因此被广泛应用于有机合成领域。
它还可以与金属氟化物和卤代烷基发生置换反应，生成相应的烃化合物。
同时也可用于铝冶炼、电镀和制备其他铝化合物等工业生产中。
4. 应用领域在工业上，三氟化铝主要用作有机合成和氟化工艺中的催化剂。
它还可作为铝冶炼的助熔剂，用于提高铝的提纯度。
三氟化铝还被用于制备其他铝化合物，如四氧化三铝、氢氧化铝等。
三氟化铝是一种重要的无机化合物，具有丰富的应用价值。
它的共价成分是由铝和氟原子形成的化合物，具有广泛的化学性质和工业应用。
通过对其化学成分、物理性质、化学性质和应用领域的分析，可以更好地理解三氟化铝的共价成分及其在工业生产中的作用。
三氯化铁，化学式为FeCl3，是一种重要的无机化合物，有着广泛的应用领域。
它是由铁和氯原子共价结合而成的化合物，通常呈现为深褐色或橙黄色的固体。
三氯化铁的共价成分可以从以下几个方面来进行分析和阐述：1. 化学成分三氯化铁的化学成分是由一个铁原子和三个氯原子组成的化合物。
固体物理学第二章 固体的结合
2-1 离子性结合 1.离子晶体的特点
形成晶体的原子，一种失去电子，形成正离子，另外一种得到 电子，形成负离子，正负离子之间靠库仑相互作用结合到一起， 当正负离子靠近,两离子的电子云重叠时, 就会产生斥力。 周期表中 I—VII族（碱金属—卤族）和 II—VI元素主要 以这种方式结合. 结构特点 从力的特点可以推断：其近邻一定是异性离子，如NaCl，CsCl， 因此不出现密堆积（12个近邻）。最近邻的个数为8，6 配位数：最近邻原子的的个数 密排面：原子密度最大的晶面 物性特点 因为库仑相互作用是强相互作用，所以结合形成的晶体稳定、 硬度比较大、熔点比较高、热膨胀系数小、导电性差。
u
q
4 0 r0
'
n1n2n3
( 1) q 2 2 2 1/2 ( n1 n2 n3 ) 4 0 （2-2） r0
（为一结构常数）
求和为-α， α称马得隆常数（Madelung）。
( 1)n1 n2 n3 ' 2 2 2 ( n1 n2 n3 )1/2 n1n2 n3
b r 或 r0 rn ce
（两种理论模型）
NaCl晶体中离子的库仑相互作用势：
q 2 6b A B U N [ n ] N [ n ] Nu( r ) 4 0 r r r r
q 2 A 4 0 r
u r
A B n r r
其中式中第一项为引力项，第二项为斥力项， N为晶体原胞个数。
A r u吸 6 P P P P r 相互作用势： r r6 B 排斥是重叠效应：u斥 12 (与惰性气体相符) r 两原子的相互作用势为： (r ) A B ，A、B为参数 u r 6 r 12
2020年南师附中生物竞赛辅导讲义设计-生物反应02酶促反应动力学
2020年高中生物学竞赛春季疫情辅导讲义生物反应2020.4南京2 酶促反应动力学2.1 酶促反应动力学的特点 2.1.1 酶的基本概念2.1.2 酶的稳定性及应用特点酶是以活力、而不是以质量购销的。
酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。
酶的实际应用中应注意，没有必要使用比工艺条件所需纯度更高的酶。
2.1.3酶的应用研究与经典酶学研究的联系与区别经典酶学研究中，酶活力的测定是在反应的初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓度较低，且为水溶液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机制。
工业上，为保证酶促反应高效率完成，常需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持续较长时间，反应体系多为非均相体系，有时反应是在有机溶剂中进行。
2.2 均相酶促反应动力学均相酶促反应动力学是以研究酶促反应机制为目的发展起来的。
作为酶工程技术人员，如果仅仅比较详细地解释了酶促反应机制和过程是不够的，还应对影响其反应速率的因素进行定量的分析，建立可信赖的反应速率方程，并以此为基础进行反应器的合理设计和确定反应过程的最佳条件。
因此，以讨论反应机制为目的的酶促反应动力学与为了设计与操作反应器的工业酶动力学，在研究方法上自然不同。
这与化学中的反应动力学和工业上的化学反应动力学的不同一样。
2.2.1 酶促反应动力学基础可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。
对酶促反应 Q P B A k+→+ ，有：B A P AC kC r r r === （2－1） dtdC r AA -= （2－2） dtdC r PP =（2－3） 式中，k ：酶促反应速率常数；r ：酶促反应速率；r A ：以底物A 的消耗速率表示的酶促反应速率； r P ：以产物P 的生成速率表示的酶促反应速率。
对连锁的酶促反应，如P M A k k −→−−→−21，有：A AkC dtdC =-（2－4） M A MC k C k dtdC 21-= （2－5） M PC k dtdC 2= （2－6） 2.2.2 单底物酶促反应动力学（米氏方程）单底物不可逆酶促反应是最简单的酶促反应。
1-3-2 共价晶体结构
晶体结构属于复杂的面心立方结构， 碳原子除FCC排列外，立方体内还有 位于4个四面体间隙中心位置的原子， 其坐标分别为：¼ ¼ ¼ ，¾ ¾ ¼ ， ¾ ¼ ¾ ，¼ ¾ ¾
晶胞内有8个原子（Z=8）
致密度比金属面心立方结构低很多， 为： 3 4 8 a 3 / 8 nv
K V 3
sigesn和c具有金刚石结构配位数为4原子通过4个共价键结合在一起形成一个四面体这些四面体群联合起来构成一个大型立方结构
材料科学基础
Fundament of Material Science
1
College of Materials Science and Engineering, FZU
福州大学材料科学与工程学院 刘旭俐
SiC：结构与金刚石结构类似，
只是将位于四面体间隙的碳原子全换成硅原子， 属于面心立方点阵，单胞拥有硅、碳原子各4个。
SiO2：也属于面心立方点阵；
每个硅原子被4个氧原子包围，形成[SiO4]四面体； 四面体之间以共有顶点的氧原子互相连结； 若四面体长程有序连接，则形成晶态SiO2。
1.3.2 共价晶体结构
第Ⅳ、Ⅴ、ⅥA族元素、许多无机非金属材料 和聚合物都是共价键结合； 共价晶体中原子的配位数为8-N（N为族数）； 共价晶体配位数很小，致密度很低。
2
第ⅣA族元素：
Si、Ge、Sn和C具有金刚石结构，配位数为4， 原子通过4个共价键结合在一起，形成一个四面体， 这些四面体群联合起来，构成一个大型立方结构。
a
3
0.34
第ⅤA族元素
As、Sb、Bi具有菱形层状结构，配位数为3， 层内共价键结合，层间带有金属键； 故这几种亚金属兼有金属与非金属的特性。
【生化】名词解释
酸。 5． 一碳单 位：指 有些氨基 酸再分 解代谢过 程中产 生的 含有一个碳原子的 集团，它的运载体为四氢叶酸
八．核苷酸代谢
1．核 苷酸从头合成（de novo synthesis）：利用磷酸核 糖、 氨基酸、一碳单位及 CO2 等简单物质为原料，经过一 系列酶促反应，合 成核苷酸的途径。 2．核苷酸的补救合成(salvage pathway)：利用体内游离 的嘌呤（ 嘧啶）或嘌呤（嘧啶 ）核苷，经过简单的反 应， 合成嘌呤（嘧啶）核苷酸的过程，称为补救合成（或重 新利用）途径。 3．核苷酸合成的抗代谢物：一些嘌呤（嘧啶）、氨基酸 或 叶 酸等 的 类似 物竞 争 性抑 制或 “以 假 乱真 ”方 式 干 扰 或阻断嘌呤（嘧啶）核苷酸的合 成代谢,进而阻止核 酸及 蛋白质的生物合成 。意义:抗肿 瘤作用
14．结构域（ domain）:是指在较大 蛋白质分子中，由 于多肽链上相邻的 模序紧密联系，形成二个或多个 在空 间上可以明显区别 的局部区域（一般为球状），该区域 称为结构域。结构域约含 100-200 个氨基酸残基，各自 有独特的空间构象 ，并承担不同的生物学功能。
二．核酸
1．核小体 (nucleosome)核小体由 DNA 和组蛋白共同构 成。组蛋白分子共有五种，分别称为 H1，H2A，H2B， H3 和 H4。各两分子的 H2A，H2B，H3 和 H4 共同构 成了核小体的核心，DNA 双螺旋分子缠绕在这一核心 上构成了核小体。 2．增色效应（hyperchromic effect）DNA 的增色效应 是指在其解链过程中，DNA 的 A260 增加，与解链程度 有一定的比例关系 。 3．Tm 值 5 DNA 变性过程中，紫外光吸收值达到最大 值的 50％时的温度称为 DNA 的解链温度（Tm）。在 Tm 时，核酸分子内 50％的双链结构被解开。Tm 值与 DNA 的分子大小和所含碱基中的 G＋C 比例成正比。 4．退火（annealing） 即核酸的复性，变性核酸在一定 的条件下（如温度）逐步恢 复到生理范围内，两条 互补 链重新恢复到天然 的双螺旋构象。 7．核酶（ribozyme）具有自我催化的能力 RNA 分子自 身可以进行分子的剪接，这种具有催化作用的 RNA 被 称为核酶。 8．核酸分子杂交（molecular hybridization）热变性的 DNA 经缓慢冷却过程中，具有碱基序列部分互补的不 同的 DNA 之间或 DNA 与 RNA 之间形成杂化双链的现 象称为核酸分子杂 交。 9．小分子干扰 RNA (siRNA)小片段双链 RNA，诱导序 列特异的转录后基 因沉默，其作用具有放大和持续 的特 点。 10．核酸变性（denaturation 在某些理化因素下，核酸 分子互补双链之间 氢键断裂，是双螺旋结构松散变 成单 链过程称为核酸变 性。
共价二硫键的形成机制
共价二硫键：形成机制与应用前景1. 简介共价二硫键，一种在生物分子中发挥核心作用的化学键，通过将两个硫原子共价结合，为生物分子的结构与功能提供稳定性。
这一键的形成与存在对许多生物学过程有着深远影响，如蛋白质折叠、细胞信号转导及免疫反应等。
2. 形成过程在生物体内，共价二硫键的形成主要通过两个关键步骤。
首先，硫原子的氧化过程是必要的，这通常由特定的氧化酶催化完成。
然后，两个硫原子通过共价键结合，生成二硫键。
这个过程通常发生在蛋白质的特定氨基酸残基上，如半胱氨酸。
3. 结构特点在生物分子中，共价二硫键以其独特的结构特点对生物学功能产生影响。
二硫键的形成常常影响蛋白质的高级结构，使其构象更加稳定，进而影响其生物学活性。
此外，二硫键也参与到一些生物分子如脂质、神经递质等的重要生物学过程中。
4. 生物功能共价二硫键在生物体内发挥着多种生物学功能。
其中，它作为化学反应中间体，参与到许多生物化学反应中。
此外，二硫键也在细胞信号转导中起到关键作用，如通过调节二硫键的生成与还原参与细胞内的氧化还原平衡调节。
5. 化学模拟与合成方法在化学模拟和合成方法方面，人们已经发展出了多种策略来模拟和合成二硫键。
这些方法主要基于对二硫键形成机制的理解，包括寻找能够模拟二硫键氧化过程的催化剂，以及设计能够形成二硫键的有机小分子等。
6. 应用领域共价二硫键在药物设计、生物材料科学等相关领域具有广泛的应用前景。
例如，人们可以通过对二硫键的形成与还原过程的调控，设计出具有特定药效的化合物。
此外，二硫键在生物材料科学中也具有重要应用价值，如通过调控二硫键的形成与分布来优化材料的生物学性能。
7. 发展趋势当前对共价二硫键的研究已经取得了显著的成果，但仍有许多有待探索的领域。
例如，人们需要进一步理解二硫键在细胞信号转导中的作用机制，以开发更有效的药物干预策略。
此外，通过研究二硫键与其他生物分子的相互作用，人们可能发现新的药物靶点或生物材料设计的策略。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
共价键：（1）两个原子之间存在一对自旋相
反的共有电子；（2）具有方向性和饱和性。本 质就是共用电子对。
共价晶体的基本特性 ：（1）高力学强度、
高熔点、高沸点和低挥发性；（2）低温时电导
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
对共价键的基本特性即饱和性和方向性的认识，对于认
识原子晶体的结构，继而分析其性质有重要作用，如杂化
轨道理论（s、p混合形成新的成键轨道）对金刚石结构的 分析（sp3杂化）。 杂化往往需要经历电子激发和原子轨道杂化的假想过程，
这些过程都需要消耗相当数量的能量，但可以在成键的过
（实际上由于N2s上的一对孤对电子的排斥，三键夹角小于
90°）
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
2．CH4结构中有四个C-H共价键，键间夹角，四个C-H键完全 等同。 1 Ⅰ．C： 1s 2 2s 2 2 p1 ，有两个未成对电子应该形成双键 x 2 py Ⅱ．2s电子激发变成具有四个未成对电子应该形成四键 Ⅲ．按理3个p电子和1个s电子 与H的1s电子成键应不同，p电子 成键应互相重叠，两个s电子可沿 任何方向成键。 Ⅳ．实际上应用轨道杂化理论， 成键轨道进行sp3杂化，每个轨道 具有 1 s 和 3 p 。自旋方向相反 4 4 的2个未成对电子成键后，使体系能量降低。
杂化轨道的特点 —— 电子云分别集中在四面体的4个顶角方向 上，2个2s和2个2p电子都是未配对的，在四面体顶角方向上形 成4个共价键
—— 两个键之间的夹角：109028’
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
Diamond
固体物理（Solid Physics）
重庆交通大学
固 体 物 理
Solid Physics 王 念
重庆交通大学 土木建筑学院材料科学与工程系
第二章 固体的结合
离子性结合 共价结合 金属性结合 范德瓦尔斯结合 元素和化合物晶体结合的规律性
§ 2-2 共价结合
共价结合是靠两个原子各贡献一个电子 —— 形成共价键 IV 族元素C (Z=6)、Si、Ge、Sn (灰锡)等晶体，属金刚 石结构 共价键的现代理论 —— 以氢分子的量子理论为基础 —— 两个氢原子A和B，在自由状态下时，各有一个电子
1．NH3中有三个共价键（饱和性），相互夹角接
近90°（方向性）
1 1 N： 1s2 2s2 2 p1 2 p 2 p x y z
，在px、py、pz轨
道上电子云分布呈哑铃状，非球对称。 H：1s电子，球对称。 故1s电子与2p电子成键时趋于在x、y、z三轴方向 上形成三个共价键，故三键夹角近于90°。
重庆交通大学
h
金刚石共价键的 基态由 2s 和 2p 波 函数的组合构成
1
h h h
2
3
4
1 ( 2 s 2 px 2 1 ( 2 s 2 px 2 1 ( 2 s 2 px 2 1 ( 2 s 2 px 2
2 p y 2 pz ) 2 p y 2 pz ) 2 p y 2 pz ) 2 p y 2 pz )
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
共价键结合的两个基本特征 —— 饱和性和方向性
共价键的饱和性：某一原子与其它原子化合时，所能够形成
的共价键数目有一最大值，决定于它所含有的未成对电子数。
所谓饱和性具体指以下四个方面：
（1）若A、B各有一未成对电子，且自旋方向相反，则可以耦 合构成共价键（或称共价单键）（如H的1s未成对电子与
—— 归一化波函数
A and B
重庆交通大学
固体物理（Solid Physics）
单个原子中的电子的波函数 A
2 ( V A ) A A A 2m 分别满足薛定谔方程 2 ( 2 VB ) B B B 2m
and B
2
V A , VB —— 原子核的库仑势
程中得到补偿 。
固体物理（Solid Physics）
重庆交通大学
—— 对于金刚石中C原子形成的共价键，要用“轨道杂 化”理论进行解释
C原子 —— 6个电子，1s2，2s2和2p2。 —— 只有2个电子是未配对的 —— 而在金刚石中每个C原子和4个近邻C原子形成 共价键
固体物理（Solid Physics）
Cl的3p未成对电子键和构成HCl）；
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
（2）若A、B各有两个或三个未成对电子，且自旋方向相反， 则可两两配对，形成共价双键或三键（如N原子 1s22s22p3，三个p轨道各有一个未成对单电子，则N2 分子形成共价三键）； （3）如果A有三个未成对电子，B只有1个未成对电子，则
根据共价键的量子理论，共价键的强弱取决于形成共价键 的两个电子轨道相互交叠的程度 —— 一个原子在价电子波函数最大的方向上形成共价键
所以当某个原子在几个方向与其它原子形成几个共价键时， 由于方向性的影响，键有一定趋向，故产生键与键之间的 特定夹角，这一特性对于分析原子晶体的几何结构是有帮 助的。
固体物理（Solid Physics） 重庆交通大学
率很低 ，温 度增 加或加入杂质时电导率 增 大
（如半导体硅、锗等）。
固体物理（Solid体的特点及与键性的相关性：
共价键晶体结构稳定没有可移动的电子，所以 （1）不导电； （2）熔点从低到高范围较宽，但纯共价晶体 的熔点一般都是很高的； （3）硬度很大（同共价晶体的结合力很强相 联系，如金刚石的高强度）。
A可以与B化合成AB3分子（如N有三个未成对单电子， H有一个未成对电子，故有NH3）；
（4）一个电子与另一个电子配对后，就不能再与第三个电 子配对。
固体物理（Solid Physics）
重庆交通大学
共价键的方向性：共价键形成时，在可能的范围内，
一定采用电子云密度最大的方向（增大电子云的重叠， 使共价键稳固，相应的结合能大。）