2022-2023学年高二物理竞赛课件：晶体的特征和描述

晶体的特征和描述 晶体的特征和描述 一、晶体的特征 1、晶体的结构 外观上：具有规则的几何形状； 微观上：晶格点阵（晶格） 理想晶体中的粒子(原子、分子、离子或它们的集团)有规律地在空间周期性排列——长程有序。 基本特征： 非晶体则不存在此性质，但在几个原子范围内可以有序排列——短程有序 2、性质（宏观） 均匀性：不同部位的宏观性质相同 各向异性：在晶体的不同方向上具有不同的物理性质 自限性：具有自发地形成规则几何形状的特性 对称性：在某几个特定方向上物理性质相同 解理性：具有沿某些确定方位的晶面劈裂 其他：具有固定熔点和最小内能 3、晶体的分类 根据结合力的性质分 晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体特性 离子晶体 正、负离子 库仑吸引力 （离子键） 无方向性 无饱和性 硬度高、熔点高、 性脆、电子导电性弱 共价晶体 原子 共价键 有方向性 有饱和性 硬度高、熔点高、沸点高、不溶于所有寻常液体 晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体特性 金属晶体 原子实、价电子 金属键 有明显方向性 有饱和性 具有导电性、导热性、金属光泽 分子晶体 电中性的无极分子 范德瓦耳斯力 （范德瓦耳斯键） 无方向性 无饱和性 熔点低、硬度低、 导电性差 立方 体心立方 面心立方 晶胞（晶体中的重复单元） 二、固体的能带 1、电子共有化 单个原子 两个原子 由于晶体中原子的周期性排列而使价电子不再为单个原子所有的现象，称为电子的共有化。 晶体中周期性势场 2、能带的形成 电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的电子能级，因各原子间的相互影响而分裂成一系列和原来能级很接近的新能级，它们看起来几乎是连续的，从而形成一条有一定宽度E 的能带。 氢原子的能级分裂 原子中的能级 晶体中的能带 能带的一般规律： ② 越是外层电子，能带越宽，E越大。 ① 原子间距越小，能带越宽，E越大。 ③ 两个能带有可能重叠。 禁带：两个相邻能带间可能有一个不被允许的能量间隔。 离子间距 r0 2p 2s 1s E O 能带重叠示意图 电子在能带中的分布： ①每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应的原子能级所能容纳的电子数的N倍（N是组成晶体的原子个数）。 ②正常情况下，总是优先填能量较低的能级。 满带：各能级都被电子填满的能带。 价带：由价电子能级分裂而形成的能带。 价带能量最高，可能被填满，也可不满。 空带：与各原子的激发态能级相应的能带。 正常情况下没有电子填入。也是导带。 能带的分类: 导带:未填满电子的能带。 禁带 空带 满带 导带 满带 导带中的能级未被占满，一个电子在外力作用下向其它能级转移时，不一定有相反方向的转移来抵消，所以导带具有导电作用。 图21-3           由于满带中所有能级都被电子占满，因此一个电子在外力作用下向其它能级转移时，必然伴随着相反方向的转移来抵消，所以满带是不导电的。 图21-2                 电子在能带中的填充和运动 $