价电子结构理论及其在金刚石合成机制
2.2 晶体的结合类型
2.3.5 氢键结合与氢键晶体
• 氢原子的电子参 与形成共价键 后，裸露的氢核 （质子）与另一 电负性较大的原 子通过静电作用 相互结合。
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1. 由上讨论可知，原子结合成晶体时，是以以上哪种结合力 结合，很大程度上决定于它电负性特性。 2. Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族元素也可以形成共价键，但由于共价键的饱 和性，Ⅴ族元素只能形成三个共价键，Ⅵ、 Ⅶ 族元素则 只能分别形成二个，一个共价键，但仅有三个、二个、一 个共价键不能形成三维晶体。所以对Ⅴ族元素三个共价键 常在一个平面上，形成层状结构，而各原子间则靠范德瓦 尔斯力结合，对Ⅵ族元素，二个共价键常形成环状结构， 各个环之间依靠范德瓦尔斯力结合；对于Ⅶ族元素，常由 一个共价键先组成分子，而分子之间依靠范德瓦尔斯力形 成分子晶体。 3. 实际晶体的结合往往不是纯属哪一种键，而是包含两种或 更多种键，任何晶体都包含范德瓦尔斯键（电子分布的起 伏而产生的瞬时偶极矩总存在）。
—— 良好的导电本领 —— 结合能比前面两种晶 体要低一些 —— 过渡金属结合能较大
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晶体的平衡 —— 依靠库仑作用力和一定的排斥力 排斥来自两个方面 —— 体积减小，电子云的密度增大，电子的动能将增加 —— 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，容易造成 原子排列的不规范性，使其具有很大的范性
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共价键结合的两个基本特征 —— 饱和性和方向性 饱和性 —— 共价键结合的原子能形成键的数目有一个最 大值，每个键有2个电子，分别来自两个原子 —— 共价键是由未配对的电子形成 —— 价电子壳层如果不到半满，所有电子都可以是不配 对的，因此成键的数目就是价电子数目 —— 价电子壳层超过半满时，根据泡利原理，部分电子 必须自旋相反配对，形成共价键数目小于价电子数目 IV族 — VII族的元素共价键数目符合8－N原则
化学键的价电子对排斥理论
化学键的价电子对排斥理论化学键是不同元素之间的相互作用力，让原子能够形成稳定的分子。
在化学键的形成过程中，原子的价电子对的排列有着非常重要的影响。
本文将介绍化学键的价电子对排斥理论，并探讨其在化学反应和分子结构中的应用。
一、化学键的概念与价电子对化学键是原子之间由于电子重新分配而形成的相互作用力。
原子的外层电子数目直接决定了其化学性质，而形成化学键的主要是原子的外层价电子。
原子通过与其他原子共享或转让电子来达到稳定的电子构型。
原子中的价电子对是指参与化学键形成的电子对。
对于主族元素，它们的外层电子数等于它们的主族号，即它们的电子构型为ns^2np^6。
原子需要充满外层电子轨道的电子数等于该原子主族号。
比如氧原子（O）的主族号为16，因此氧原子中的价电子对数为6。
二、价电子对排斥理论的提出价电子对排斥理论是由盖伦-赛克斯（Gillespie）和纳伊伯（Nyholm）于1957年提出的。
该理论认为，在分子中，原子上的价电子对会相互排斥，使得它们尽可能地远离彼此，以减小排斥力的作用。
这种排斥力对分子的结构和化学反应产生了重要影响。
三、价电子对排斥理论对分子几何结构的影响根据价电子对排斥理论，分子中电子对的互相排斥会导致分子的几何结构发生调整，以最大程度地降低电子对之间的排斥力。
根据电子对的排布情况，常见的几何结构可以分为线性、三角形平面、四面体、五角形平面等。
以水分子（H2O）为例，氧原子中有2对非共享的孤对电子和2对与氢原子共享的电子对。
这些电子对的排列使得水分子呈现出角度为104.5度的V型结构。
这是因为两对孤对电子通过与两个氢原子的电子云产生静电斥力，使得氢原子之间的角度变成了近似109.5度而不是预期中的120度。
四、价电子对排斥理论在分子极性和化学反应中的应用价电子对排斥理论有助于解释分子的极性和化学反应的发生。
在分子中，如果化学键中的电子对较多，则分子呈极性。
例如，二氧化碳（CO2）分子由于氧气原子周围有两对非共享电子对，因此CO2是无极性分子。
价键理论概述
价键理论概述摘要:价键理论是指固体或分子中原子的价电子结构和原子与原子之间形成的键以及两者关系的理论。
它是从原子和原子结构层次, 深入了解材料一种重要理论, 能帮助人们设计满足需要的新材料。
根据收集到的资料, 对价键理论及其应用进行扼要地归纳与阐述。
关键词:价键理论共价键键参数金属应用价键理论起源于1916 年美国科学家G1 N1Lew is[1]提出的电子配对理论。
1927 年德国科学家W1 He itler与F1 L London[2]第一个用量子力学处理H2分子, 揭示了共价键的本质。
1930 年前后Pauling[3]和S later[4]等把这个理论发展成为一种全面的键理论, 称为价键理论。
金属的价键理论实质就是用电子配对法来处理金属键。
这一理论在金属材料中有着重要的指导作用, 它能帮助人们从电子结构和原子结构层次了解晶体结构, 并以此寻找需要的金属新材料。
因此, 国内外科学家, 在这方面做了大量的工作, 鉴于价键理论的重要性, 对其发展与应用做扼要的归纳与阐述。
一、键价理论的基本知识1．基本概念价键理论是在Pauling 离子晶体电价规则基础上发展起来的, 它继承了电价规则中/原子的价分配在原子所连诸键上0的基本概念, 同时允许原子所连诸键的键价做不均匀的分配。
价鍵的主要内容包括以下几个方面：(1)在价键理论或价键法则中, 将在反应中保持不变的最基本的实体称作原子。
在由广义( Lewis)酸(阳离子)与广义碱(阴离子)组成的离子性化合物中, 荷正电者为正价, 荷负电者为负价。
(2)化学计量要求离子性(或酸碱)化合物中的总正价与总负价的绝对值相等。
即化合物整体保持电中性的原理。
(3)原子以化学键与其近邻原子键合, 其键连原子数称为该原子的配位数, 此数亦为该原子参与化学键的成键数。
(4)价键理论认为, 原子的价将分配在它所参与的诸键上, 使每个键均有一定的键价, 并符合价和规则。
这一概念是价键理论最核心的内容。
价电子结构式
价电子结构式
价电子结构式（ElectronicStructure）是一门重要的物理学理论，它是研究电子结构以及电子与原子，分子，凝聚态物质之间相互作用的重要依据。
该理论涉及原子，分子，电子，原子团簇，以及细致描述的原子核结构。
子结构式理论的最大特性是它可以完全地描述原子的电子性质，这样，可以充分理解物质的性质。
它的突出作用有两个：一是，它可以对原子提供准确的电荷分布，二是，它可以提供完善的性质分析。
电子结构式理论涉及到许多数学物理学方法，如哈密顿量子力学、量子电动力学、单电子理论等等，是量子力学和电动力学的结合。
其中，哈密顿量子力学是根据莱布尼茨方程，建立的一种量子数学模型，用来描述原子的能量和电荷，从而给出了原子的电子结构；量子电动力学则是根据分子的受到外来电场的响应而建立的量子力学模型，是对原子或分子在外部电场作用下的物理行为和性质进行研究的有效
方法；而单电子理论则是专门研究离子核与单个外部电子之间相互作用的方法。
电子结构式理论对物质的性质有着深远的影响，它可以模拟出原子的电荷分布，从而计算出原子的结构特性。
它还可以计算出分子的化学结合，给出物质的分子结构；根据该理论，也可以推出凝聚态物质的晶体结构，从而解释材料的电子性质。
此外，它还可以描述分子的光谱特性、电子性质以及相互作用，从而可以应用于材料技术和光谱分析。
电子结构式理论是物理学中重要的一门理论，无论从推导和应用的角度，都占有重要的地位。
从它分析物体的电子结构开始，到揭示物质的电子性质，再到研究材料的结构特性，电子结构式理论都起着举足轻重的作用。
这些都是影响着物质性质的重要因素，因而，电子结构式理论的研究也非常有意义。
金刚石薄膜的性质、制备及应用
金刚石薄膜的性质、制备及应用金刚石薄膜因其独特的物理、化学性质而备受。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨金刚石薄膜的性质、制备方法以及在各个领域中的应用，旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴。
金刚石薄膜具有许多优异的物理和化学性质。
金刚石是已知的世界上最硬的物质，其硬度远高于其他天然矿物。
金刚石的熔点高达3550℃，远高于其他碳材料。
金刚石还具有优良的光学和电学性能。
其透明度较高，可用于制造高效光电设备。
同时，金刚石具有优异的热导率和电绝缘性能，使其在高温和强电场环境下具有广泛的应用潜力。
制备金刚石薄膜的方法主要有物理法、化学法和电子束物理法等。
物理法包括热解吸和化学气相沉积等，可制备高纯度、高质量的金刚石薄膜。
化学法主要包括有机化学气相沉积和溶液法等，具有沉积速率快、设备简单等优点。
电子束物理法是一种较为新兴的方法，具有较高的沉积速率和良好的薄膜质量。
各种方法的优劣和适用范围因具体应用场景而异，需根据实际需求进行选择。
光电领域：金刚石薄膜具有优良的光学性能，可用于制造高效光电设备。
例如，利用金刚石薄膜制造的太阳能电池可将更多的光能转化为电能。
金刚石薄膜还可用于制造高品质的激光器、光电探测器和光学窗口等。
高温领域：金刚石的熔点高达3550℃，使其在高温环境下具有广泛的应用潜力。
例如，金刚石薄膜可应用于高温炉的制造，提高炉具的耐高温性能和加热效率。
金刚石薄膜还可用于制造高温传感器和热电偶等。
高压力领域：金刚石具有很高的硬度，使其在高压环境下保持稳定。
因此，金刚石薄膜可应用于高压设备的制造，如高压泵、超高压测试仪器等。
金刚石薄膜还可用于制造高精度的光学镜头和机械零件等。
本文对金刚石薄膜的性质、制备及应用进行了详细的探讨。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在光电、高温、高压力等领域具有广泛的应用前景。
能带理论
禁带
2p
禁带
2s
禁带
1s
第三十七页，共一百三十二页。
（1）满带中的电子不导电
I（k）=-I（-k）
即是说，+k态和-k态的电
子电流互相抵消。
（2）对部分填充的能带，
将产生宏观电流。
第三十八页，共一百三十二页。
能带图可简化成:
电 子 能 量
Ec Eg
Ev
禁带宽度 Eg EC EV
第十三页，共一百三十二页。
b. p 能级（l=1, ml=0,1）
一个 p 能级对应三个状态，三度简 并；N 个孤立原子→3N 度简并。
组 成 晶 体 后 ， p 能 级 分 裂 成 3 N 个 能 级 。
第十四页，共一百三十二页。
c. d 能级（l=2, ml=0,1,2） d 能级，N 个原子组成晶体后，d 能级 分裂成 5N 个能级。
金刚石型结构{100}面上的投影：
金刚石结构的半导体： 金刚石、硅、锗
第一页，共一百三十二页。
2、闪锌矿结构和混合键
材料: Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族二元化合物半导体
例: ZnS、ZnSe、GaAs、GaP
化学键: 共价键+离子键
(共价键占优势）
极性半导体
闪锌矿结构的结晶学原胞
第二页，共一百三十二页。
立方对称性
第四十五页，共一百三十二页。
E
1 2
m0V
2
P m0V
从波动性出发, 电子的运动看成频率为、
波矢为 K 的平面波在波矢方向的传波过程.
第四十六页，共一百三十二页。
E hv
p hk
1 .能 量 E (k )
共价晶体的组成粒子
共价晶体的组成粒子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述共价晶体是由共价键形成的晶体结构，共价键是指在化学键中，两个原子通过共享电子对而形成的键。
在共价晶体中，组成晶体的粒子是由原子通过共价键连接而成的。
共价晶体的组成粒子具有稳定的晶体结构和共有的电子云。
共价键的形成是通过原子之间的电子互补性实现的。
当两个原子通过共享电子对进行共价键形成时，它们将共享外层电子，使得两个原子都能够达到稳定的电子构型。
共价键的形成不仅涉及电子的共享，还涉及原子之间的排斥和吸引力。
在共价晶体中，组成粒子由多个原子通过共价键连接而成。
这些原子可以是同一种元素的原子，也可以是不同种元素的原子。
根据共价键的不同形式，共价晶体可以分为简单共价晶体和复合共价晶体。
简单共价晶体由同一种元素的原子通过共价键连接而成，如金刚石（碳原子通过sp3杂化形成四面体结构）和石墨（碳原子通过sp2杂化形成层状结构）。
复合共价晶体由不同种元素的原子通过共价键连接而成，如盐（氯离子和钠离子通过离子键连接），水（氧原子和氢原子通过共价键连接）。
复合共价晶体的组成粒子中通常存在正离子和负离子，它们通过电荷吸引力形成晶体结构。
共价晶体具有一系列独特的性质，例如高熔点、高硬度、良好的电导性和热导性等。
这些性质与共价键的特性和晶体结构有关，可以用于许多领域，如材料科学、电子学和能源领域等。
总之，共价晶体的组成粒子是由通过共价键连接的原子形成的，这些原子可以是同一种元素的原子或不同种元素的原子。
共价晶体具有稳定的晶体结构和共有的电子云，具有多种特殊性质。
文章结构是指文章整体上的组织方式和框架，它有助于读者理解文章的主旨和逻辑结构。
本文将按照以下结构进行组织：1. 引言1.1 概述在引言中，我们将对共价晶体的组成粒子展开讨论。
共价晶体是由共价键结合形成的晶体，其组成粒子主要包括原子和离子。
我们将探讨共价键的形成、共价晶体组成粒子的特点以及共价晶体的性质等方面内容。
相同元素原子间形成的共价键键能西格玛键大于派键-概述说明以及解释
相同元素原子间形成的共价键键能西格玛键大于派键-概述说明以及解释1.引言1.1 概述共价键是化学中一种常见的键型，形成于原子之间的电子共享。
而派键是指通过电子间的部分共享形成的键。
在相同元素原子间形成的共价键中，通常可以观察到共价键（sigma bond）大于派键（pi bond）的情况。
本文旨在探究共价键键能西格玛键大于派键的原因，并讨论相同元素原子间共价键的重要性以及研究共价键对于化学领域的意义。
在化学界，相同元素原子间形成的共价键是一种常见的化学键。
共价键的形成是通过原子之间的电子轨道重叠而实现的，其中单个共价键由一个σ键和一个π键组成。
尽管在相同元素原子间形成的共价键中，其形成机制与其他元素之间的共价键类似，但其性质却有所不同。
在共价键中，σ键由轴向轨道上的电子重叠形成，而π键则是通过平面轨道上的电子轨道重叠形成的。
由于轴向轨道的电子重叠可以更有效地实现电子共享，因此相同元素原子间形成的共价键中的σ键通常比π键更稳定，具有更高的键能。
这也是共价键键能西格玛键大于派键的主要原因之一。
相同元素原子间形成的共价键具有一些独特的性质和特点。
首先，由于相同元素原子具有相似的电负性，它们之间的电子共享更为均匀，从而使共价键更加强大和稳定。
此外，相同元素原子间的共价键在化学反应中起着重要的作用，影响物质的结构和性质。
通过研究相同元素原子间的共价键，我们可以更好地理解化学反应的机理和过程，为新材料的设计和合成提供指导。
研究共价键对于化学领域具有重要的意义。
共价键作为化学反应中的关键步骤，影响着化学反应的速率和选择性。
通过深入研究共价键的结构和性质，我们可以开发新的催化剂和反应条件，提高化学反应的效率和产率。
此外，共价键的研究还有助于解决一些环境和能源领域的问题，如清洁能源的开发和废物的转化利用。
总之，相同元素原子间形成的共价键的性质和特点使其在化学领域中具有重要的地位。
共价键键能西格玛键大于派键的原因与共价键形成机制密切相关，而研究共价键对于化学领域的发展和进步具有重要的意义。
半导体物理第三章半导体中的电子状态
有化运动：2s能级引起“2s”的共有化运动，2p能级引起
“共2有p化”的运动。
2p
• 2s • • •
► 晶体中电子的运动
► 晶体中电子做共有化运动时的能量是怎样的？
a: 考虑一些相同的原子，当它们之间的距离很大时，可以 忽略它们之间的相互作用，每个原子都可以看成孤立的， 它们有完全相同的电子能级。如果把这些原子看成一个 系统，则每一个电子能级都是简并的。(2个原子构成的 系统，为二度简并（不计原子本身的简并时）；N个原 子构成的系统，为N度简并）。
b: 能带的形成：原子相互靠近时，由于之间的相互作用， 使简并解除，原来具有相同能量的能级，分裂成具有不 同能量的一些能级组成的带，称为能带。原子之间的距 离愈小它们之间的相互作用愈强，能带的宽度也愈大。 (图3.2)
• 原子能级和能带之间并不一定都存在一一对应的关系。 当共有化运动很强时，能带可能很宽而发生能带间的重 叠，碳原子组成的金刚石就是属于这种情况。(图3.3)
3：处于低能级的内壳层电子共有化运动弱，所以能级分裂小， 能带较窄；处于高能级的外壳层电子共有化运动强，能级分 裂大，因而能带较宽。
4：每个能带都是共有化电子可能的能量状态，称为允带；各允 带之间有一定的能量间隙，电子能量不可能在这一能量间隙 内，称之为禁带。
5：每个允带包含的能级数一般等于孤立原子相应能级的简并度 （不计自旋简并）× 组成晶体的原子数目。
设一维晶格长为L，
则有：
L
0
(
x
)
2
dx
1
( 归一化）
即：
L
0
2
A dx 1，
取A
1, L
则 ( x )＝
1 exp(ikx) L
2021年高中化学选修二第三章《晶体结构与性质》经典题(答案解析)(3)
一、选择题1．某种硫的氧化物冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构片段如图所示。
下列有关该物质的说法中正确的是A．固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP2杂化B．该物质的化学式为SO3C．从该结构片段分析可知所有的O原子和S原子在同一平面上D．该结构片段中S-O键之间的夹角约为120º答案：B解析：A.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，则固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP3杂化，故A错误；B.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，其中2个氧原子为该硫原子单独占有，还有2个氧原子为两个硫原子共有，则每个硫原子单独占有的氧原子数为3，氧化物的化学式为SO3，故B错误；C.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，空间构型为四面体形，则所有的O原子和S原子不可能在同一平面上，故C错误；D.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，空间构型为四面体形，不是平面三角形，则S-O键之间的夹角不可能约为120º，故D错误；故选B。
2．BN（氮化硼）和CO2中的化学键均为共价键，BN的晶体熔点高且硬度大，而CO2的晶体（干冰）却松软而且极易升华，由此判断，BN的晶体类型是A．分子晶体B．原子晶体C．离子晶体D．金属晶体答案：B解析：干冰松软而且极易升华、则晶体内二氧化碳分子间作用力小，干冰是分子晶体，氮化硼晶体熔点高且硬度大，则晶体内粒子间作用力强，因为化学键是共价键，因此判断为原子晶体，B正确；答案选B。
3．下列说法不正确的是A．NCl3中N—Cl键的键长比CCl4中C—C1键的键长短I离子的空间结构是V形B．+3C ．Fe 成为阳离子时首先失去能量最高的3d 轨道电子D ．区分晶体、准晶体及非晶体的最可靠方法是对固体进行X 射线衍射实验答案：C解析：A ．C 原子的原子半径大于N 原子的原子半径，则NCl 3中N —Cl 键的键长比CCl 4中C —C1键的键长短，故A 正确；B ．I +3离子与ClO 2-离子具有相同的原子个数和价电子数，互为等电子体，等电子体具有相同的空间结构，ClO 2-离子氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，ClO 2-离子的空间结构是V 形，则I +3离子的空间结构也是V 形，故B 正确；C ．铁原子形成阳离子时首先失去最外层4s 轨道上的电子，故C 错误；D ．对固体进行X 射线衍射实验可以准确的区分固体是否为晶体、准晶体及非晶体，故D 正确；故选C 。