химический каталог




Химическая связь

Автор Дж.Маррел, С.Кеттл, Дж.Теддер

единичный интервал энергий есть

дг

8m

о2

8tns2

)*•

(10.14)

В это определение множитель 2 включен как обычно, так как каждая орбиталь может принять два электрона.

Если каждый атом цепи вносит в систему один электрон, как в случае л-орбиталей полнена, то для N атомов заполнены N/2 наинизших орбиталей. Для верхней заполненной орбитали г — = N/2, и с учетом (10.10) это даст для уровня Ферми

h2N2

32ms2 •

(10.16)

Для бесконечных цепей s/N — просто расстояние между соседними атомами (d) и, следовательно, уровень Ферми равен

Е' = ТШЗГ- (10-,6>

Формула (10.14) графически отражена на рис. 10.9, затененная часть — уровни, заполненные вплоть до уровня Ферми. Выше этого уровня находятся незаполненные орбитали. Однако этот рисунок применим в действительности только при 0 К; выше этой температуры будет наблюдаться больцмановское распределение заселенностей уровней энергии выше EF (И уменьшение заселенностей уровней ниже EF)Обсуждение модели свободных электронов при температурах выше 0 К требует детального статистического рассмотрения, выходящего за рамки данной книги. Ограничимся замечанием, что при таких температурах распределение будет иметь общий вид, приведенный на рис. 10.10.

10.3, Металлы и твердые тела с ковалентной связью

Два описания бесконечного полнена, изложенные в предыдущем разделе (модель ЛКАО и модель свободного электрона), можно обобщить на случай трех измерений, что позволит дать полное описание ковалентных твердых тел и металлов.

Главное в обеих моделях — концепция энергетической зоны, а способ заполнения электронами энергетических зон в значительной мере определяет свойства твердых тел. Энергетические зоны таких ковалентных твердых тел, как алмаз, или полностью заполнены, или пусты, причем между наивысшим заполненным уровнем и наинизшим незаполненным уровнем имеется щель.

Металлы имеют частично заполненные зоны — именно это обусловливает такие их характерные свойства, как высокая тепло- и электропроводности. Необходимы ничтожные количества энергии, чтобы возбудить электроны из заполненных орбиталей на вакантные, и, поскольку эти орбитали делокализованы по всему металлу, энергия электронов может быть легко перераспределена. Аналогично происходит поглощение света любой длины волны, и, что довольно удивительно, именно этим обусловлено явление металлической отражательной способности.

Для реалистического описания трехмерных твердых тел необходимо в двух отношениях обобщить модели, развитые в предыдущем разделе. Во-первых, в модели ЛКАО, обычно называемой приближением сильной связи (так как электроны сильно связаны с ядрами через атомные орбитали), необходимо предусмотреть возможность наличия более чем одной атомной орбитали и более чем одного электрона для каждого атома. В модели свободного электрона нужно учесть потенциальную энергию притяжения электронов к отдельным ядрам. При учете такого потенциала, обладающего периодичностью пространственной решетки, модель свободных электронов становится моделью почти свобод-пых электронов.

Вначале разберем следствия того, что для каждого атома имеется более чем одна атомная орбиталь. В качестве примера рассмотрим твердый бериллий. Предположим, что имеется решетка, в которой межатомные расстояния очень велики (в действительности металл имеет плотноупакованную гексагональную структуру, однако это не важно для качественных рассуждений). Энергетические зоны будут концентрироваться вблизи орбитальных энергий свободных атомов (Is, 2s, 2р, 3s, Зр, 3d и т. д.), причем зоны будут очень узкими, так как ширина зоны определяется интегралом взаимодействия между орбиталями соседних атомов. Так, в предыдущем разделе было показано, что ширина зон линейного полнена пропорциональна резонансному интегралу р.

Если теперь представить себе, что постоянная решетки постепенно уменьшается, то зоны станут шире, однако они все еще будут концентрироваться вблизи орбитальных энергий свободных атомов. При определенных критических постоянных решетки две соседние зоны могут стать настолько широкими, что они перекроют друг друга по энергии, и в этом случае нужно будет говорить об одной составной зоне, а не о двух отдельных зонах. Рис. 10.11 схематически иллюстрирует эту ситуацию для случая твердого бериллия. Для постоянной решетки, соответствующей реальному кристаллу, зоны, возникающие из 25- и 2/7-уровней атомов, перекрываются; однако ls-зона еще полностью отделена

от 25-30НЫ.

Каждый атом бериллия вносит в твердое тело четыре электрона. Два из них поступают с ls-орбитали атома; их достаточно, чтобы полностью заполнить ls-зону. Два других поступают с 25-орбитали, они полностью заполняют 25-зону. Поэтому при больших постоянных решетки основным состоянием твердого тела было бы состояние с заполненными 15- и 25-зонами, причем между 25-зоной и вакантной 2р-зоной имелась бы энергетическая щель. В противоположность случаю металла требовалась бы значительная энергия, равная величине щели между 25- и 2р-зоиами, чтобы забросить электроны с заполненных уровней на

страница 82
< 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

Скачать книгу "Химическая связь" (3.31Mb)


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

 

 

Реклама
купить дом в барвихе
привод клапана воздушной заслонки 10.15562
курсы слесаря волгоград
специализированные магазины сантехники в москве

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
(30.03.2017)