232425(黄昆固体物理)教案

§ 2.3 金属性结合;§ 2.4 范德瓦耳斯结合;

§2.5 元素和化合物晶体结合的规律性

1. 教学目的和要求: 通过讲解使学生理解并掌握金属性结合和范德

瓦耳斯结合；理解元素和化合物晶体结合的规律性

2．教学重点：金属性结合和范德瓦耳斯结合。

3．教学难点：范德瓦耳斯结合。

4．讲授时间：45分钟。

5．讲授方式：PPT文档。

6．作业：学生课后复习。

一．金属性结合

（1）金属性结合的概念

第I族、第II族元素及过渡

元素都是典型的金属晶体，它们

的最外层电子一般为1~2个。组

成晶体时每个原子的最外层电

子为所有原子所共有，因此在结

合成金属晶体时，失去了最外层

（价）电子的原子实“沉浸”在

由价电子组成的“电子云”中。

如图XCH002_004所示。

这种情况下，电子云和原子实之

间存在库仑作用，体积

越小电子云密度越高，库仑相互

作用的能愈低，表现为

原子聚合起来的作用。

（2）金属晶体结合力

金属晶体结合力：主要是原子实和电子云之间的静电库仑力，对晶体结构没有特殊的要求，只要求排列最紧密，这样势能最低，结合最稳定。因此大多数金属具有面心立方结构，即立方密积或六角密积，配位数均为12。

立方密积（Cu、Ag、Au、Al）（面心立方结构）（配位数12）

六角密积(Be、Mg、Zn、Cd)

体心立方结构(Li、Na、K、Rb、Cs、Mo、W)（配位数8）

良好的导电本领，结合能比前面两种晶体要低一些，过渡金属的结合能较大。

晶体的平衡是依靠库仑作用力和一定的排斥力而维持的。

排斥来自两个方面

(a) 但体积减小，电子云的密度增大，电子的动能将增加

(b) 当原子实相互接近到一定的距离时，它们的电子云发生显著的重叠，将产生强烈的排斥

作用。

金属性结合对原子的排列没有特殊的要求，这使得容易造成原子排列的不规范性，使其具有很大的范性。

二．范德瓦耳斯结合

（1）范德瓦耳斯结合的概念

元素周期表中第VIII族（惰性）元素在低温下所结合成的晶体，是典型的非极性分子晶体。为明确起见，我们只介绍这种分子晶体。

惰性元素最外层的电子为8个，具

有球对称的稳定封闭结构。但在某

一瞬时由于正、负电中心不重合

而使原子呈现出瞬时偶极矩，这就

会使其它原子产生感应极矩。非极

性分子晶体就是依靠这瞬时偶极

矩的互作用而结合的，这种结合力

是很微弱的。1873年范德瓦耳斯

（Van der Waals）提出在实际气体

分子中，两个中性分子间存在着

“分子力”。当时他并没有指出这

力的物理本质，现在知道瞬时偶极

矩引起的力是分子力的一种。如图

XCH002_005所示。

（2）范德瓦耳斯结合的特征

惰性元素因具有球对称，结合时排列最紧密以使势能最低，所以Ne、Ar、Kr、Xe的晶体都是面心立方结构。它们是透明的绝缘体，熔点特低，分别为24K、84K、117K和161K。