晶体结构结合力和结合能

Li Be
Periodic Table of Elements
B C N O F Ne
钠11 镁12
铝13 硅14 磷15 硫16 氯17 氩18
Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
IB IIB Al Si P S Cl Ar
钾19 钙20 钪21 钛22 钒23 铬24 锰25 铁26 钴27 镍28 铜29 锌30 镓31 锗32 砷33 硒34 溴35 氪36
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2.2.2 晶体的结合力与结合能
（1）结合力的一般性质 两原子的相互作用势能u
（r）的曲线如图2.11所示。
f (r) = - du(r) dr
两原子间的平衡距离 r0用如下公式求得：
du(r ) =0
无方向性键、结构密堆、低 熔点、绝缘
氢键 氢原子核与极性分子 弱 有方向性和饱和性
间的库仑引力School of materials Science and engineering
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（2）晶体中离子键、共价键比例的估算
离子键（%）＝1-
exp[-
1 4 (XA -
X B )2 ]
2.2 晶体中质点的结合力与结合能
2.2.1 晶体中质点间的结合力
（1）晶体中键 的类型
化学键： （主价键 或强键力）
离子键（ionic bond） 共价键（covalent
bond） 金属键（metallic
bond）。
范德华键（Van der Waal
物理键：
bond）
（次价键 氢键（hydrogen bond）。
dr r0
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有效引力最大时，两原子间的距离rm由下式确定：
df (r)
d 2u(r )
=-
=0
dr rm
小的原子（OC、oNva、leFn等t ）相结合所形成的键。
Semiconductors
氢键具有饱和性和方向性
Polymers
虽然按结合力的性质分成以上5种晶体类 型M。et但all对ic 大多数晶体来说，结合S力ec的on性da质ry 是 属于Me综ta合ls 性的。复Io合nic材料中更Ce为ra复mi杂cs 。an如d g层lasses 状硅酸盐矿物、石墨等。
金属键：失去最外层电子（价电子）的原子实和自由 电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的 结合。无方向性与饱和性。
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范德华键（分子键）：通过“分子力”而产生的键合。 葛生力（Keesen force）或定向作用力： 发生在极性分子与极性分子间；
分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力
德拜力（Debye force）或诱导作用力：发 生在极性分子与非极性分子之间；
伦敦力（London force）或分散作用力 （色散力）：发性在非极性分子与 非极性分子之间。
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氢键：指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较
La 铯55 钡56
Cs Ba
铪72 钽73 钨74 铼75 锇76 铱77 铂78 金79 汞80 铊81 铅82 铋83 钋84 砹85 氡86 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
钫87 Fr
镭88 Ra
Ac
La 镧 57 铈 58 镨 59 钕 60 钷 61 钐 62 铕 63 钆 64 铽 65 镝 66 钬 67 铒 68 铥 69 镱 70 镥 71
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac 锕 89 钍 90 镤 91 铀 92 镎 93 钚 94 镅 95 锔 96 锫 97 锎 98 锿 99 镄100钔101锘102铹103
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
式中：XA、XB为A、B元素的电负性值。如： SiO2离子键成分约45%，有的书中说47%。
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电负性高
IA
氢1
电负性低
O
氦2
H IIA 锂3 铍4
元素周期表
He IIIA IVA VA VIA VIIA 硼 5 碳 6 氮 7 氧 8 氟 9 氖10
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
铷37 锶38 钇39 锆40 铌41 钼42 锝43 钌44 铑45 钯46 银47 镉48 铟49 锡50 锑51 碲52 碘53 氙54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
或弱键力）
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离子键：正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。 离子键的特点是没有方向性和饱和性。
共价键：原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠 而产生的键合。共价键的特点是具有方向性、 饱和性。
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类
作用力来源
型
离子 原子得、失电子后形 键 成负、正离子，正负
离子间的库仑引力
共价 相邻原子价电子各处 键 于相反的自旋状态，
原子核间的库仑引力
金属 自由电子气与正离子 键 实之间的库仑引力
分子 原子间瞬时电偶极矩 键 的感应作用
键合 强弱 最强
强
较强 较弱
形成晶体的特点
无方向性键、高配位数、高 熔点、高强度、低膨胀系数、 塑性较差、固态不导电、熔 态离子导电
有方向性键、低配位数、高 熔点、高强度、高硬度、低 膨胀系数、塑性较差、即使 在熔态也不导电
无方向性键、结构密堆、配 位数高、塑性较好、有光泽、 良好的导热导电性