22晶体结合的类型
2.2 晶体结合的类型
在固体物理研究的早期阶段,人们曾集中了很大精力去计算晶体 的结合能,了解晶体结合能的形式与性质,对晶体进行分类。今天固 体物理更多的不是从电子在实空间的分布,而是从电子在倒易空间的 情况来分类固体和理解晶体性质,因此硏究结合能的重要性只是在于 得到晶体的基态能,判断晶体是否稳定。 关于原子结合的成键理论是量子化学的研究成果,量子化学和能 带论都是在量子力学的基础上发展起来的,但量子化学强调了实空间 原子的几何位形、电子的局域化、电子密度的集中和电荷的转移,而 能带论则强调了公有化的价电子以及在波矢空间的色散关系。我们依 照传统的固体物理对成键理论只做简要介绍,但越来越证明:成键理 论和能带论是相互补充的两个概念,量子化学也将成为固体理论的有 效组成部分。 参考:顾秉林等《固体物理学》p184 冯端:《凝聚态物理新论》p19-21
在固体物理研究的早期阶段，人们曾集中了很大精力去计算晶体 的结合能，了解晶体结合能的形式与性质，对晶体进行分类。今天固 体物理更多的不是从电子在实空间的分布，而是从电子在倒易空间的 情况来分类固体和理解晶体性质，因此研究结合能的重要性只是在于 得到晶体的基态能，判断晶体是否稳定。 关于原子结合的成键理论是量子化学的研究成果，量子化学和能 带论都是在量子力学的基础上发展起来的，但量子化学强调了实空间 原子的几何位形、电子的局域化、电子密度的集中和电荷的转移，而 能带论则强调了公有化的价电子以及在波矢空间的色散关系。我们依 照传统的固体物理对成键理论只做简要介绍，但越来越证明：成键理 论和能带论是相互补充的两个概念，量子化学也将成为固体理论的有 效组成部分。 参考：顾秉林等《固体物理学》p184 冯端：《凝聚态物理新论》p19-21
知识:泡利原理和费米子 ·泡利不相容原理,又称泡利原理、不相容原理。 微观粒子运动的基本规律之一。它指出:在费米 组成的系统中,不能有两个或两个以上的粒子处于 完全相同的状态 玻色子 自旋为整数的粒子 传递作用力的粒子(如光子) 不符合泡利不相容原理 ·费米 自旋为半整数的粒子 构成物质的原材料(基本粒子,质子、中子) 符合泡利不相容原理
知识：泡利原理和费米子 • 泡利不相容原理，又称泡利原理、不相容原理。是 微观粒子运动的基本规律之一。它指出：在费米子 组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子处于 完全相同的状态 • 玻色子 自旋为整数的粒子 传递作用力的粒子（如光子） 不符合泡利不相容原理 • 费米子 自旋为半整数的粒子 构成物质的原材料（基本粒子，质子、中子） 符合泡利不相容原理
晶体结合的基本类型: 原子之间的斥力除去同性电荷之间的排斥力以外,主要来于 量子力学的一个基本原理:Paui不相容原理,两个电子云的交迭 会产生强大的排斥力。 虽然可以笼统地说,“固体的结合力全部归因于电子的负电 荷与原子核正电荷之间的静电吸引作用”,但形式上有别 以正负离子间库仑力为结合力来源的离子键; 以公用电子对为结合力来源的共价键; 以弥散在离子间公有电子为结合力来源的金属键; 以范德瓦尔斯力为结合力来源的分子键;以及氢键。以结合 力的形式不同可以将晶体分为5类,但多数晶体是两种或多种结合 力的混合型,所以分类不可能是严格的,我们只讨论典型晶体
晶体结合的基本类型： 原子之间的斥力除去同性电荷之间的排斥力以外，主要来于 量子力学的一个基本原理：Pauli 不相容原理，两个电子云的交迭 会产生强大的排斥力。 虽然可以笼统地说，“固体的结合力全部归因于电子的负电 荷与原子核正电荷之间的静电吸引作用”，但形式上有别： 以正负离子间库仑力为结合力来源的离子键； 以公用电子对为结合力来源的共价键； 以弥散在离子间公有电子为结合力来源的金属键； 以范德瓦尔斯力为结合力来源的分子键；以及氢键。以结合 力的形式不同可以将晶体分为5类，但多数晶体是两种或多种结合 力的混合型，所以分类不可能是严格的，我们只讨论典型晶体
晶体结合主要类型。 Ar a)具有闭合电子壳层 A 的中性原子通过与电 Ar 荷分布涨落有关的范 A CI- 德瓦尔斯力微弱的结 Ar 合在一起。(b)电子由 晶态氩 氯化钠 碱族原子转移至卤族 (范德瓦耳斯型) (离子型) a 原子上,由此形成的 离子将通过正,负离 子间的静电吸引力而 Nat 结合在一起。(c)价电 C C 子脱离碱族原子,形 成公有化电子“海” C 正离子散布于其间。 N (d中性原子是通过它 C C 们的电子分布的交叠 钠 金刚石 部分而结合在一起的。 (金属型) (共价型) (d)
晶体结合主要类型。 (a)具有闭合电子壳层 的中性原子通过与电 荷分布涨落有关的范 德瓦尔斯力微弱的结 合在一起。(b)电子由 碱族原子转移至卤族 原子上，由此形成的 离子将通过正，负离 子间的静电吸引力而 结合在一起。 (c)价电 子脱离碱族原子，形 成公有化电子“海” ， 正离子散布于其间。 (d)中性原子是通过它 们的电子分布的交叠 部分而结合在一起的