发布时间 : 星期一 文章固体物理教程思考题更新完毕开始阅读c0938e4ae45c3b3567ec8bf9
6.共价结合为什么有 “饱和性”和 “方向性”?
设N为一个原子的价电子数目, 对于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，价电子壳层一共有8个量子态, 最多能接纳(8- N)个电子, 形成(8- N)个共价键. 这就是共价结合的 “饱和性”.
共价键的形成只在特定的方向上, 这些方向是配对电子波函数的对称轴方向, 在这个方向上交迭的电子云密度最大. 这就是共价结合的 “方向性”.
7. 共价结合, 两原子电子云交迭产生吸引, 而原子靠近时, 电子云交迭会产生巨大的排斥力, 如何解释?
共价结合, 形成共价键的配对电子, 它们的自旋方向相反, 这两个电子的电子云交迭使得体系的能量降低, 结构稳定. 但当原子靠得很近时, 原子内部满壳层电子的电子云交迭, 量子态相同的电子产生巨大的排斥力, 使得系统的能量急剧增大.
8.试解释一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量的现象.
当一个中性原子吸收一个电子变成负离子, 这个电子能稳定的进入原子的壳层中, 这个电子与原子核的库仑吸引能的绝对值一定大于它与其它电子的排斥能. 但这个电子与原子核的库仑吸引能是一负值. 也就是说, 当中性原子吸收一个电子变成负离子后, 这个离子的能量要低于中性原子原子的能量. 因此, 一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量.
9.如何理解电负性可用电离能加亲和能来表征?
使原子失去一个电子所需要的能量称为原子的电离能, 电离能的大小可用来度量原子对价电子的束缚强弱. 一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放出来的能量称为电子亲和能. 放出来的能量越多, 这个负离子的能量越低, 说明中性原子与这个电子的结合越稳定. 也就是说, 亲和能的大小也可用来度量原子对电子的束缚强弱. 原子的电负性大小是原子吸引电子的能力大小的度量. 用电离能加亲和能来表征原子的电负性是符合电负性的定义的.
10.为什么许多金属为密积结构?
金属结合中, 受到最小能量原理的约束, 要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的低(绝对值尽可能的大). 原子实越紧凑, 原子实与共有电子电子云靠得就越紧密, 库仑能就越低. 所以, 许多金属的结构为密积结构.
11.何为杂化轨道?
为了解释金刚石中碳原子具有4个等同的共价键, 1931年泡林(Pauling)和斯莱特(Slater)提出了杂化轨道理论. 碳原子有4个价电子, 它们分别对应
、
量子态, 在构成共价键时, 它们组成了4个新的量子态
、
、
，
4个电子分别占据
形成4个共价键.
12.你认为固体的弹性强弱主要由排斥作用决定呢, 还是吸引作用决定?
、
、
、
新轨道， 在四面体顶角方向(参见图1.18)
如上图所示, 附近的力曲线越陡, 当施加一定外力, 固体的形变就越小. 附
近力曲线的斜率决定了固体的弹性性质. 而 因此, 固体的弹性强弱主要由排斥作用决定.
附近力曲线的斜率主要取决于排斥力.
13.固体呈现宏观弹性的微观本质是什么?
固体受到外力作用时发生形变, 外力撤消后形变消失的性质称为固体的弹性. 设无外力时相邻原子间的距离为 当相邻原子间的距离 <
, 当相邻原子间的距离 >
时, 吸引力起主导作用;
, 原子间
时, 排斥力起主导作用. 当固体受挤压时, <
的排斥力抗击着这一形变. 当固体受拉伸时, > 着吸引力, 又包含着排斥力.
, 原子间的吸引力抗击着这一形变.
因此, 固体呈现宏观弹性的微观本质是原子间存在着相互作用力, 这种作用力既包含
14.你是如何理解弹性的, 当施加一定力, 形变大的弹性强呢, 还是形变小的强? 对于弹性形变, 相邻原子间的距离在
附近变化. 令
, 则有
因为
是相对形变, 弹性力学称为应变, 并计作S, 所以原子间的作用力
再令
, .
可见, 当施加一定力, 形变S大的固体c小, 形变S小的固体c大. 固体的弹性是固体的属性, 它与外力和形变无关. 弹性常数c是固体的属性, 它的大小可作为固体弹性强弱的度量. 因此, 当施加一定力, 形变大的弹性弱, 形变小的强. 从这种意义上说, 金刚石的弹性最强.
15.拉伸一长棒, 任一横截面上的应力是什么方向? 压缩时, 又是什么方向?
如上图所示, 在长棒中取一横截面, 长棒被拉伸时, 从截面的右边看, 应力向右, 但从截面的左边看, 应力向左. 压缩时, 如下图所示, 应力方向与拉伸时正相反. 可见, 应力方向依赖于所取截面的外法线矢量的方向.
16.固体中某一面积元两边的应力有何关系?
以上题为例, 在长棒中平行于横截面取一很薄的体积元, 拉伸时体积元两边受的应力如图所示.
压缩时体积元两边受的应力如下图所示.
当体积元无限薄, 体积元将变成面积元. 从以上两图可以看出, 面积元两边的应力大小相等方向相反.