——晶体中的结合力本质上都是库仑力,不同粒子由于电负性不一样(电负性影响电荷分布),导致有不同的结合类型(范氏结合,共价结合,离子结合,金属结合等)。晶体中的库仑力达到平衡才能稳定存在。
一、结合力结合能
1. 电负性:衡量粒子对电子的吸引能力。由电离能和亲和能来运算。
2. 互作用力:
3. 互作用势能的经验表示: (左边表示吸引势,右边为排斥势)
平衡时:
4. 总互作用势能: (其中为选定原点后,其他原子相对于原点原子的距离)
二、具体的结合力结合能
1. 分子力结合
1.1 极性与极性分子吸引势:
1.2 极性与非极性吸引势:
1.3 非极性与非极性:
1.3.1 吸引势:(其中一个先产生瞬时偶极矩然后诱导另一个,与极性非极性类似)
1.3.2 惰性气体的势能:(排斥势与成反比)
(其中)
1.3.3 总的势能:
(其中)
要求出具体势能的表达式,需要测出 ,需要在微观量和宏观量建立一些桥梁。
2. 共价结合
电子是费米子,波函数满足交换反对称。当两个氢原子的电子满足自旋相反时,存在一个能量最低值,这个就是一种可以稳定存在的形式。
3.离子结合
3.1 两离子的互作用势的形式为:
3.2 总互作用能为:
(其中)
同样,需要测出才能知道具体的表达式。
三、具体的表达式
对于惰性分子力结合的以及离子结合的,跟具体的晶体结构有关,那么用X射线探测出具体结构这三个参数就搞定了。现在分别还有两个参数,利用
(由X射线测出)
(是弹性模量由实验测出,满足由具体结构决定)
这两个式子就能得出其他两个变量,那么就可以得出总势能的具体表达式了。
四、思考题
1. 上述在推出K跟U的关系时,做了一个假定:内能就是总相互作用势能。这个条件在什么情况下可以视为成立?