ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электронные волны в конечном кристалле из "Лекции по физике твердого тела Принципы строения, реальная структура, фазовые превращения " ГЛАВА 4. ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. [c.4] ГЛАВА 6. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ. [c.4] ГЛАВА 8. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В БИНАРНЫХ СИСТЕМАХ. . [c.5] ГЛАВА 9. СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИНАРНОГО ТВЕРДОГО РАСТВОРА. . [c.5] Другим важным аспектом, во многом определяющим физико-химические свойства вещества, является фазовый состав, поэтому изучение условий фазового равновесия, фазовых превращений и фазового состава необходимо для понимания свойств кристаллических твердых тел. Наиболее общим методом изучения условий равновесия и фазовых переходов со времени классического исследования Гиббса остается термодинамика в настоящем пособии дан вывод основных типов диаграмм равновесных состояний бинарных систем, проведена классификация фазовых превращений в твердом состоянии. Теоретические выводы проиллюстрированы, по возможности, экспериментальными данными. [c.6] На рис. 1.4 показано угловое распределение электронной плотности для различных /т-функций. Распределения плотности для s-электронов обладают сферической симметрией, тогда как для р-, d-, /-электронов они имеют резко выраженные направленные области концентрации электронной плотности. Эллипсы на рис. 1.4 показывают положения старых боровских орбит, а стрелки около них — направления орбитальных моментов. Максимумы электронной плотности располагаются вдоль плоскостей этих орбит. [c.11] У следующего элемента 3Li появляется третий электрон, которому нет места в полностью застроенной первой электронной оболочке (принцип Паули). Поэтому с лития начинается заполнение второй оболочки с главным квантовым числом л = 2, т. е. начинается второй период в таблице Менделеева. Во второй оболочке имеются 4(s—р) квантовых ячеек, содержащих восемь вакантных мест для валентных электронов. В атоме водорода энергии электронов в s- и р-ячейках одной электронной группы одинаковы. В атоме лития имеется двухэлектронный остов, экранирующий заряд ядра до.7 = 1. Вследствие просачивания части электронной плотности 25-состояния внутрь остова ( ныряющая боровская орбита) энергия связи 25-электрона с ядром оказывается меньше энергии 2р-электрр-йа (2s 2p), и электронное строение атома лития будет ls 2s . У 4Ве заполняется 2х -ячейка, а у следующего элемента 5В впервые появляются р-электроны. Далее заполнение р-ячеек, так же как и ячеек следующих d и f электронных подгрупп, идет в соответствии с эмпирическим правилом Хунда, согласно которому конфигурация электронов должна обладать максимальным суммарным спином 5. Это означает преимуществен-ность параллельной ориентации спинов. Возможность параллельной ориентации спинов исчерпывается у седьмого элемента азота, имеющего замкнутую сферически симметричную р-под-группу, что проявляется в некотором повышении первого потенциала ионизации атома азота по сравнению с атомами соседних элементов. Далее с увеличением порядкового номера элемента электроны начинают размещаться в ячейках попарно с антипараллельными спинами. Этот процесс завершается у десятого элемента неона, атомы которого имеют замкнутую валентную оболочку с полностью компенсированными механическими и магнитными моментами и сферически симметричным распределением электронной плотности. Последнее является следствием свойств суммы квадратов сферических функций для заполненных подгрупп. Атомы неона, как и гелия, имеют высокий потенциал ионизации и химически инертны. [c.13] Последний 7-й период таблицы Менделеева содержит актиниды — сильно радиоактивные элементы с очень короткими временами жизни. Электронное строение атомов актинидов является сложным ввиду близости энергетических уровней 7s-, 6d- и 5/-С0СТ0ЯНИЙ. [c.17] В правой верхней части таблицы приведены теплоты сублимации кристаллов Ne и А, имеющих такую же ГЦК структуру, как и А1. Однако их энергия сублимации почти на два порядка меньше, чем у металлов. Это объясняется заполненностью валентной оболочки у атомов Ne и А с образованием устойчивой конфигурации nsV и отсутствием валентных электронов. Возбуждение этой оболочки требует большой затраты энергии, как показывают высокие потенциалы ионизации атомов благородных газов. [c.18] Это соответствует энергии сублимации металлов и ковалентных кристаллов (табл. 1), а также энергии решетки ионных кристаллов, т. е. энергии химической связи, возникающей между атомами, имеющими валентные электроны. [c.18] Величина энергии здесь дана в малых калориях. Магнитная энергия содержится в магнетиках. В кристалле магнетита Рез04 она равна —0,1 кал/моль. Наибольшие значения имеет она в постоянных магнитах на основе сплавов переходных металлов с редкоземельными элементами (С05 Sm, U ar = 20 кал/моль). Но во всех случаях она мала по сравнению даже с энергией сил Ван-дер-Ваальса. [c.19] Изложенное показывает, что междуатомные взаимодействия, приводящие к образованию молекул и кристаллов, имеют электрическую природу. Этого, вероятно, можно было ожидать, поскольку атомы представляют нейтральные системы электрических зарядов, которые на близких расстояниях взаимно поляризуют друг друга, возмущая в первую очередь электроны периферийных оболочек. [c.19] Интерференционное взаимодействие двух резонаторов превращает исходную монохроматическую частоту v в дублет v + Av. Более высокая частота соответствует измененной бывшей собственной частоте, а более низкая частота определяет период лерекачки энергии от одного резонатора к другому (скорость обмена энергий). Эти интерференционные явления изменен- ую собственную частоту колебаний и периодическую перекачку (обмен) энергии от одного резонатора к другому — легко наблюдать на опыте с двумя связанными маятниками. [c.21] Силы Ван-дер-Ваальса являются следствием и подтвержде-жием квантовомеханического эффекта — наличия у квантовых осцилляторов энергии нулевых колебаний. [c.22] Коэффициенты Са и сь характеризуют долю участия каждой из -атомных орбит. Волновые функции вида (1.27) описывают движение как валентных электронов, так и электронов атомных остовов. В последнем случае надо принять для остова атома а Са—1, Сб = 0, а для остова атома Ь Са = 0, Сь=1. [c.24] Так же как и в случае диполей, при взаимодействии двух атомов снимается вырождение и совпадающие атомные уровн расщепляются. Энергия одного уровня понижается, а другого-повышается по сравнению с невозмущенными атомными уровнями. Понижение одного из молекулярных уровней показывает, что при сближении атомов и перекрывании волновых функций валентных электронов общая энергия системы понижается, что соответствует возникновению сил притяжения между атомами. Так как Э 1, то нижний молекулярный уровень описывается симметричной комбинацией атомных орбит i i=i a + i 6, а верхний — антисимметричной. Поскольку 5 0, Ё] 2—Еа (с Зедовательно, верхний уровень /Гг повышается быстрее, чем понижается нижний Е ). [c.25] Рассмотрим схему уровней двухатомных молекул Лг в зависимости от расстояния между центрами атомов. Уровни Ei называются связывающими, а Е2 — разрыхляющими. СвязываюхЦий уровень сначала понижается, а затем быстро повышается из-за преобладания сил отталкивания на малых расстояниях между атомами. Следовательно, на кривой Ei r) появляется минимум. [c.26] Эта гибридизация объясняет тетраэдрическую структуру алмаза и других элементов IVB-подгруппы. [c.29] Теория гибридных состояний (Л. Полинг, 1928 г.) позволила, не только объяснить ранее известные валентные конфигурации,, как это имело место для соединений углерода, но и предсказать-новые типы координаций. В переходных металлах участие в связях й -электронов позволило предсказать для dsp -гибри-дизации квадратную координацию, найденную вскоре в комплексах платины. Для d sp образуется шесть эквивалентных гибридных связей, направленных к вершинам правильного октаэдра. Эта координация распространена в комплексах переходных металлов. Прочность связи, образуемой f-электроном,. У5 = 2,236. Наибольшая прочность связей, образуемых гибридными функциями из S-, р-, f-функций, равна 3. Участие f-элект-ронов в гибридизации повышает прочность связей. [c.29] Энергия кулоновского взаимодействия ( + ) и —) электрических зарядов при равномерном их чередовании в пространстве уменьшается тем в большей степени, чем больше первое координационное число (число ближайших соседей). В металле валентные электроны обобществляются крйсталлом в целом, представляющим собой решетку положительно заряженных атомных остовов, погруженных в электронную ферми-жидкость ( газ ). Из этой модели следует ряд физических свойств, характерных для металлов (наличие почти свободных электронов, электронная проводимость, металлический блеск и Др.). [c.29] Вернуться к основной статье