химический каталог




Общая и неорганическая химия

Автор Н.С.Ахметов

сщепится на N состояний (рис. 71). Так как число N очень велико (в 1 см3 металлического крис- ' талла содержится 1022—-1023 атомов), то N состояний сближаются, образуя

энергетическую зону. Энергетическое с. П Построение энергетичес-

3 э ^ ких зон при последовательном

различие состояний электронов в присоединении атомов пределах зоны составляет всего лишь

10"22 эВ, поэтому изменение энергии электрона в зоне можно представить как непрерывную полосу энергии. Орбитали энергетической зоны, кристаллические орбитали>можно считать аналогами молекулярных орбиталей, простирающихся по всему кристаллу.

133

На рис. 72 показано возникновение энергетических зон кристалла из энергетических уровней атомов по мере сближения последних. Предположим, что атомы расположены в узлах некой кристаллической

запрещенной энергии

Зв5

решетки с межатомными расстояниями, во много раз большими, чем в решетке реального кристалла. Энергетические состояния такого гипотетического кристалла представляют собой квантовые состояния изолированных атомов. Сближение же атомов отвечает их взаимодействию и превращению атомных энергетических уровней в энергетические зоны. Ширина и положение энергетических зон определяются равновесным расстоянием г0 между атомами.

а - зоны не перекрываются; б - зоны перек рываютсн

Орбитали энергетической зоны заполняются двумя электронами, как и орбитали атома и молекулы, в порядке их расположения по энергиям и в соответствии с принципом Паули. Следовательно, максимально возможное число электронов в зонах, возникающих за счет перекрывания атомных s~, р-7 d-, f-, ... орбиталей, соответственно равно 2N (s-зона), 6N (р-зона), 107V (rf-зона), 14N (f~ зона), ... Зона, которую занимают электроны, осуществляющие связь, называется валентной (на рис. 72 степень заполнения валентной зоны показана штриховкой). Свободная зона, расположенная энергетически выше валентной, называется зоной проводимости.

В зависимости от структуры атомов и симметрии кристаллической решетки валентная зона и зона проводимости могут перекрывать (рис. 72, б) или не перекрывать друг друга (рис. 72, а). В последнем случае между зонами имеется энергетический разрыв, именуемый запрещенной зоной. В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками (изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Ширина запрещенной зоны АЕ диэлектриков составляет более 3 эВ, полупроводников — от 0,1 до 3 эВ. В металлических кристаллах вследствие перекрывания зон запрещенная зона отсутствует.

Рассмотрим характер заполнения энергетических зон металлических, ковалентных и ионных кристаллов. 134

Металлические кристаллы. У элементов с одним i'-электроном н кристаллах валентная зона построена из s-орбиталей и заполнена лишь наполовину (рис. 72, б). Следовательно, при незначительном возбуждении энергетическое состояние каждого из электронов может меняться в пределах всей энергетической зоны. Это имеет место, например, при приложении к металлу электрического поля. Тогда электроны начинают двигаться в направлении поля, что определяет электрическую проводимость металлов.

В случае элементов с двумя валентными электронами s-зона заполнена. Однако,если s~ и />-уровни в изолированных атомах близки, то в кристаллах соответствующие зоны перекрываются. Следовательно, и в этом случае число валентных электронов недостаточно для заполнения энергетических уровней перекрывающихся зон.

Таким образом, металлические кристаллы образуются элементами, в атомах которых число валентных электронов мало по сравнению с числом энергетически близких валентных орбиталей. Вследствие этого химическая связь в металлических кристаллах сильно делокализована.

Ковалентные кристаллы. Заполнение энергетических зон к овален т-ного кристалла рассмотрим на примере алмаза, у которого ширина запрещенной зоны АЕ = 5,7 эВ. Электроны атомов углерода полностью заполняют валентную зону. Поскольку переход электронов из валентной зоны в зону проводимости требует большой энергии возбуждения, которая в обычных условиях не реализуется, алмаз является диэлектриком.

Кристаллический кремний имеет такую же структуру, как и алмаз. Следовательно, в кристалле кремния валентная зона укомплектована полностью. Однако ширина запрещенной зоны в этом случае составляет всего АЕ = 1,12 эВ. Следовательно, при небольшом возбуждении валентные электроны могут переходить в зону проводимости, т.е. кремний — полупроводник.

Ионные кристаллы. В кристалле хлорида натрия (см. рис. 72, а) валентные электроны атомов Na (3s1) и С1 (3<ч23;;5) заполняют валентную энергетическую зону 3^. В представлении теории ионной связи это отвечает переходу электронов от атомов Na к атомам С1 и образованию ионов Na+ и О". Поскольку энергетическое различие между валентной Зунзоной и свободной Зз-зоной велико (АЕ ~ * 6 эВ), в обычных условиях NaCl электронной проводимостью не обладает.

Молекулярные кристаллы. В молекулярных кристаллах молекулы связаны друг с другом за счет

страница 37
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

Скачать книгу "Общая и неорганическая химия" (5.36Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
компьютер на прокат
Рекомендуем компанию Ренесанс - лестница лс-04 - оперативно, надежно и доступно!
стул самба цена
Всегда выгодно в KNSneva.ru - SYS-6018R-WTR - офис в Санкт-Петербурге, ул. Рузовская, д.11, КНС Нева.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)