ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Энергия связи металлов из "Введение в физику твердого тела " Существуют различные подходы к классификации твердых тел. Их различают по типу кристаллических структур кубическая, гексагональная и т. д., по характерным физическим, химическим, механическим свойствам магнетики, сверхпроводники, полупроводники, сегнетоэлектрики, высокопрочные материалы и т. д. [c.95] В рассматриваемой классификации полупроводники обычно не отделяют от диэлектриков. [c.96] Примерами веществ, которые можно отнести к одному иа указанных типов, являются легкие щелочные металлы (Li, Na) для металлов, элементы IV группы таблицы Менделеева С, Sil. Ge для ковалентных кристаллов, соединение iNa l для ионных кристаллов, твердые инертные газы для молекулярных кристаллов. В большинстве кристаллов реализуется комбинация указанных типов пространственного распределения электронов и межатомных связей. Однако и для них выделение соответствующей доли, например, ионности , ковалентности и т. д. полезно при проведении физико-химического анализа вещества. [c.98] Металлы характеризуются существованием частично заполненных энергетических зон, обеспечивающих высокую электропроводность этих веществ. При образовании кристаллов металлов электроны частично заполненных зон объединяются в газ (более точно — жидкость, но изучение вопросов, связанных с поведением электронной жидкости выходит за рамки этого курса) электронов проводимости. Результирующее поле, обусловленное ионами и электронами, в окрестности ионов металлов имеет, как правило сферически-симметричный характер. В связи с этим атомы металлов в первом приближении могут рассматриваться как сферы имеющие характерный радиус, а структуры кристаллов металлов — как системы, состоящие из равновеликих шаров. По этим же причинам металлическая связь не насыщена — к любой пape тройке. атомов всегда может быть добавлен еще один. В результате металлы характеризуются, как правило, структурами с высокими координационными числами (КЧ). Около 2/3 элементов — металлов имеет структуру с КЧ 12 (ГЦК и ГПУ), околО 20% — структуры с КЧ 8 (ОЦК), остальные с несколько меньшими КЧ. Появление для ряда металлов структур с КЧ, меньшими максимально возможных, указывает на отличие потенциальных полей ионов в соответствующих случаях от сферически-симмет-ричных. Это явление обычно объясняют подмешиванием к металлической связи направленной ковалентной связи. [c.98] Периодическая зависимость от атомного номера замечена и для многих физических свойств. Так, температуры плавления низки у всех щелочных металлов (300—400 К), растут постепенно при повышении атомного номера внутри каждого периода таблицы Менделеева, достигают максимума (2500—3000 К) в области V6 и VI6 подгрупп и далее постепенно убывают. [c.99] Металлы обладают относительно большой энергией связи ( 5 эВ/ат для типичных металлов) и, следовательно, достаточно высокими (за небольшими исключениями) температурами плавления и высокой прочностью. Одновременно многие металлы обладают высокой пластичностью, потому что действующие между атомами силы не направлены, и смещение одних слоев металла относительно других почти не меняет межатомных расстояний. [c.99] Все эти особенности металлов, перечень которых можно расширить (добавив оптические, гальваномагнитные и другие свойства), определяются наличием частично заполненных зон и связаны со строением внешних электронных оболочек атомов. Указанные признаки характеризуют металлическую связь. Величина энергии этой связи будет подсчитана в следующем параграфе. [c.99] Обнаружено также влияние спинового состояния на радиус ионов. В слабых полях спины d-электронов параллельны, возникает высокоспиновое (вс) состояние, в сильных упаковка d-электронов становится более компактной (не — низкоспиновое состояние). [c.103] Ряд авторов наряду с указанными выше системами используют и так называемую систему атомно-ионных радиусов Гаи сильной связи [2], полученной с помощью обработки данных по многим соединениям, причем не только ионным. [c.103] Прообразом ковалентной связи в кристаллах является связь в гомоядерных молекулах, в частности в молекуле водорода, на примере которой в приложении 3 будет рассмотрена природа и некоторые особенности ковалентной связи. Здесь мы обсудим характерные признаки этой связи и ковалентных кристаллов и некоторые их свойства. [c.103] Ковалентная связь возникает за счет обобществления в пары электронов соседних атомов в кристаллах, атомы которых содержат достаточно большое число электронов во внешних электронных оболочках. Так, например, ковалентными являются кристаллы элементов IV группы таблицы Менделеева С, Si, Ge, ковалентными силами связаны атомы в цепочках Se и Те (VI группа) и т. д. [c.103] Выше указывалось, что признаки существования направленной связи наблюдаются и для некоторых металлов, а также для ряда кристаллов ионного типа. Этот факт рядом исследователей связывается с проявлением ковалентной связи в металлах и ионных кристаллах. [c.105] В заключение отметим некоторые физические свойства ковалентных кристаллов (помимо упомянутых ранее). Энергия ковалентной связи (- 10 эВ/ат) близка к энергии ионной и металлической связей. Ковалентные кристаллы отличаются высокими температурами плавления, большой прочностью и твердостью, нередко — хрупкостью. [c.105] Ковалентный кристалл алмаза — одно из наиболее твердых веществ. [c.105] Приложение 3. Ковалентная связь, происхождение и особенности. [c.105] Основы теории ковалентной связи удобно рассмотреть fla примере связи в молекуле На, используя метод, предложенный в 1927 г. Гайт-лером и Лондоном [10]. Примем, что молекула водорода состоит из двух одинаковых яде р А к. В, находящихся на расстоянии R, и двух электронов (1 и 2). Будем полагать справедливым адиабатическое приближение. Тогда энергия взаимодействия между атомами водорода U R) будет складываться из энергии кулоновского взаимодействия ядер e /R и энергии элект-рон-ионного взаимодействия E R), зависящей в конечном счете от R, т. е. [c.105] При R- oo E R) — просто сумма взаимодействия каждого электрона со своим ядром, т. е. [c.105] Это уравнение может быть решено только приближенно. Исходное приближение для волновой функции — волновые функции невзаимодействующих атомов водорода. Оно отвечает далеко разнесенным атомам Н. Величину е(/ ) при достаточно больших можно находить как поправку к 2Ео. [c.106] Таким образом, здесь возникают два решения, различающихся перестановкой (обменом) электронов, но имеющие одинаковую энергию 2Eq. [c.107] Вернуться к основной статье