• 1.摘要
  • 2.基本内容

固体与分子经验电子理论

基本内容

余瑞璜从实验出发,采用理论与实验相结合的方法,在量子力学,Pauling理论,能带理论的基础上,结合周期表上前78种元素和上千种晶体和分子结构,对一般的合金相图及一系列物理性能资料进行了检验和全面总结,于1978年提出了用于处理复杂体系的“固体与分子经验电子理论”,即余氏理论(EET)。对于点阵参数已知的晶体结构,EET能给出晶体中键络上的电子分布和原子所处的状态,用来计算晶体的结合能、熔点、合金相图等,开创了材料设计的新途径。

1978年,余瑞璜在能带理论、共价键理论、电子浓度理论的基础上,针对现代固体物理,尤其是金属电子理论中的一些矛盾,经过大量的实践归纳,提出了“固体与分子经验电子理论”( EET )和计算电子结构的“键距差( BLD )法”。

固体与分子经验电子理论从“经验背景”出发,首先构造两个原子态,即所谓的h态和t态,然后根据杂阶公式求得原子的一系列杂化态,再求出各种电子数,借助晶体空间群资料,将电子分配到一些特定的方向(键)上,然后使用修改后的Pauling公式计算键长,得到所谓理论键距。另一方面,根据晶格常数计算各种近临距离,得出所谓实验键距。最后将理论键距和实验键距进行对比,如果误差小于定数(0.05埃),则认为构造的原子态(电子结构)是合理的,否则,重新构造,重新计算,直到理论键距和实验键距符合到满意的程度为止。

理论的提出

余瑞璜在鲍林的金属电子理论基础上,发展了一个固体与分子经验电子理论。它是周期表第六周期和以上78个元素的、上千种晶体与分子结构;结合其它现代实验如中子衍射、电子衍射、微波分析、穆斯鲍尔效应、迥旋共振、正电子湮没、康普顿谱线外形等等实验;经过考验的理论如能带理论、共价键理论、电子浓度理论等等;以及一般的金相平衡图、磁学、力学、热学、电学和其它物理性能等的分析,检查,再分析等反复多次的综合总结。在一级近似范围内,结果似乎令人满意。这里只介绍理论的三个假定和一个方法。

假定1在固体与分子中,每个原子一般由两种原子状态杂化而成。这两个状态将叫做h态和t态,其中至少有一个在基态或靠近基态的激发态。两个状态都有它们自己的共价电子数nc,“晶格电子”数nl和单键半距R( l )。

假定2一般情况下,状态杂化是不连续的。若ct表示了t态成分,那么在多数结构中ct将由或近似地将由下式给出:

其中,l,m,n;lˊ,mˊ,nˊ分别表示h和t态时的s,p,d价电子数。当s是共价电子时τ=1,是晶格电子时τ=0。τˊ也同样如此。

假定3除特殊情况外,在结构中两个原子u和ν之间总是有共价电子对存在。这个对数用nα表示。而这两个原子间距将叫做共价键距,用符号Ruv(nα)表示。根据鲍林研究,Duv(nα)和Ru( l ),Rv( l ),nα之间有下列关系:

Duv(nα)=Ru( l )﹢Rv( l )-βlog nα,⑵

其中u和v可以是同样的也可以是不同样的原子,nα可以是整数也可以是分数。α代表不同的键,α有A,B,…N。它们代表结构中所有不可忽略的键。所谓不可忽略是指由这样长的键距,根据⑵所算出的和这个结构中的最大nα的可能误差相比还是不可忽略,而最大nα的可能误差当然决定于实验键距的可能误差值。

β的选择一律按下列条件规定

其中nα前面已经定义是整个结构中全部nA,nB,…nN中有最大值的nα。

键距差BLD(Bond Length Difference)分析法:

这个方法是用N-1个键距差的实验值和由原子状态杂化表所选择的一个恰当杂阶的参数nc和R( l )组成N-1个log rα(α=B,C,…N)方程和一个后面将推导出的经验理论nA方程共N个方程求出N个未知数nα=(A,B,…N)。然后将nα和R( l )代入⑶求得N个经验(nα)值来和N个D(nα)实验值比较看看是否彼此相接近。

建立nA方程