Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Phần 3)

Chia sẻ: Bạch Nhược Đông | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Phần 3) cung cấp cho học viên những kiến thức về các loại liên kết trong chất rắn như sự liên kết của các nguyên tử, liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết kim loại, liên kết Hiđrô, liên kết Van der Walls,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Phần 3)

VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
Chương 1 Cấu trúc tinh thể của vật rắn • Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Crystallography) 1. Mạng không gian, ô sơ cấp 2. 7 hệ tinh thể 3. Các yếu tố đối xứng trong mạng không gian 4. 14 ô mạng Bravais 5. Ô đơn vị (vs ô sơ cấp) 6. Chỉ số Miller của đường thẳng, mặt phẳng mạng 7. Một số cấu trúc tinh thể đơn giản 8. Nhiễu xạ trên cấu trúc tuần hoàn 9. Mạng đảo, các định lí mạng đảo 10. Vùng Brillouin 11. Các loại liên kết trong chất rắn PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2
11. Các loại liên kết trong vật rắn 1. Sự liên kết của các nguyên tử 2. Liên kết ion 3. Liên kết cộng hóa trị 4. Liên kết kim loại 5. Liên kết Hiđrô 6. Liên kết Van der Walls PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 3
Sự liên kết của các nguyên tử Mạng không gian Mạng tinh thể Gốc Các cấu trúc xếp chặt Các loại tinh Gốc hình thể (ion, cộng cầu cứng hoá trị, kim Gốc liên kết loại,…) với nhau PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4
Sự liên kết của các nguyên tử • Nguyên tử hoặc phân tử xếp đặt có trật tự và tuần hoàn trong không gian tạo thành tinh thể. • Để tạo thành tinh thể các lõi nguyên tử, phân tử được giữ cân bằng trong tinh thể bằng các liên kết. • Căn cứ vào loại liên kết người ta chia vật rắn thành các loại khác nhau. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 5
Cách phân loại liên kết • Không phân loại theo loại tương tác. • Phân loại theo sự phân bố electron trong nguyên tử và trong tinh thể. Nguyên tử phân bố lại electron bằng cách cho, nhận hoặc tập thể hóa electron: • Bảo toàn điện tích • Nguyên tử có lớp vỏ electron đầy PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 6
Phân loại liên kết Table 2.3, p22, W. D. Callister, Fundamentals of Materials, 5th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 7
Sự liên kết của các nguyên tử • Lực hút để liên kết các nguyên tử, U phân tử lại với nhau. Thế năng đẩy • Lực đẩy để giữ cho các nguyên tử, Thế năng toàn phân tử không co lại thành một phần điểm. • Điều kiện tạo liên kết là năng R0 r lượng cực tiểu: 1. Lực đẩy giữa ion vs ion cực tiểu Thế năng hút 2. Lực đẩy giữa electron vs electron cực tiểu 3. Lực hút cực đại (ion vs electron) Thế năng tương tác giữa hai nguyên tử PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 8
Liên kết ion • Lực hút tĩnh điện của các ion trái dấu. • Lực đẩy do sự phủ của các đám mây electron (nguyên lí Pauli) Mật độ xác suất tìm thấy electron quanh hạt nhân của NaCl Fig 7, p61, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 9
Liên kết ion Liên kết ion hình thành khi một nguyên tố có năng lượng ion hoá tương đối thấp kết hợp với một nguyên tố có ái lực electron cao. •Năng lượng ion hoá I: năng lượng cần cung cấp để tách một electron ra khỏi nguyên tử trung hoà •Ái lực electron A: năng lượng thu được khi một electron được thêm vào nguyên tử trung hoà. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 10
Liên kết ion Chuyển electron từ Na sang Cl cần năng lượng: 5,14-3,61 = 1,53 eV Năng lượng có lợi: 7.9-5.14+3.61=6.37 eV Fig 8, p61, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11
Liên kết ion • Năng lượng tĩnh điện (năng lượng Madelung) e2 B U ij = ± + n 4πε 0 rij rij Thế năng tổng cộng do các ion j gây ra tại điểm đặt ion i: U i = å U ij j ¹i Thế năng tổng cộng: æ e 2 ±1 B 1 ö÷ F = NU i = N ç - å + n å n÷ ç 4pe 0 R j ¹i p ij R j ¹i p ij è ø rij = R pij PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 12
Hằng số Madelung ±1 a=å j ¹i p ij • Chú ý là do tính đối xứng nên ta có: Fig 9, p64, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 13
Hằng số Madelung ±1 a=å j ¹i p ij Tính hằng số Madelung trong trường hợp mạng NaCl hai chiều Fig. 2.9, p21, WD. Callister, Fundamentals of Materials, 5th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 14
Tinh thể ion • Liên kết ion là liên kết tầm xa giữa hai điện tích trái dấu, không có tính định hướng. Tinh thể ion • Dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp • Nhiệt độ nóng chảy cao • Hấp thụ mạnh các bức xạ trong dải hồng ngoại PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 15
Liên kết cộng hoá trị Hàm sóng nguyên tử phủ nhau Tập trung điện tích ở khoảng giữa các nguyên tử. Có tính định hướng cao Fig 11, p67, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 16
Bài toán liên kết của 2 nguyên tử 2 nguyên tử và 1 electron 2 2 2 2 ˆ =- Z e Z e Z Z e H Ñ2 - A - B + A B 2m 4πε 0rA 4πε 0rB 4πε 0 R PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 17
Hàm sóng tổng hợp • Hàm sóng gần đúng là tổ hợp tuyến tính của hàm sóng thành phần yAB= cAy A ( r ) + cBy B ( r + R ) Giải phương trình Schrodinger: Năng lượng cơ bản: * ˆ E= òy Hy dr * ò y dr y PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 18
Năng lượng trung bình cA2 H AA + cB2 H BB + 2cA cB H AB E= 2 2 cA + cB + 2cA cB S *' + ,- )&' 23 = % &'∗ (E' + ,- )&' 23 !'' = % &'∗ (! !'' = E' + % &'∗ ,- &' 23 = E' + % 4' ,- dr *' + ,- )&- dr = % &'∗ (E' + ,- )&- dr !"# = % &'∗ (! 5 = % &'∗ &- dr PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 19
Phân tử H2+ *' + ,- )&- dr = % &'∗ (E' + ,- )&- dr !"# = % &'∗ (! *- + ,' )&' dr = % &-∗ (E- + ,' )&" dr !#' = % &-∗ (! Do tính đối xứng nên: EA=EB, VA=VB=V. Ta có: !"# = !"# = % &'∗ ,- &- dr + E' % &'∗ &- dr !"# = !"# = ℎ + E' 3 < 0 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 20