ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные свойства ковалентной связи из "Основы материаловедения и технологии полупроводников " Ковалентная связь осуществляется обобществленными валентными электронами, находящимися на общей для двух соседних атомов связывающей орбитали (см. разд. 2.2.1). При этом в случае элементарных веществ каждый из атомов отдает на связь одинаковое число валентных электронов и достраивает свою валентную оболочку до полностью заполненной за счет связывающих электронов ближайших соседних атомов в рещетке. С этим свойством насыщаемости ковалентной связи мы познакомились на примере молекулы водорода. Его следствием является правило, установленное Юм-Розери. Согласно ему для кристаллов элементарных веществ, в которых реализуется преимущественно ковалентная связь, выполняется следующее соотнощение между координационным числом Zк и номером группы N, где расположен данный элемент Zк = 8 — N. Структура элементарных полупроводников (преимущественная связь — ковалентная) задается этим простым эмпирическим правилом и направлением ковалентной связи. [c.37] Направление ковалентной связи определяется распределением электронной плотности в кристалле, которое можно установить с помощью, например, рентгеновских данных. Они свидетельствуют, что в кристаллах с ковалентной связью электронная плотность валентных электронов существенно неравномерно распределена в пространстве. В направлениях, являющихся кратчайшими для двух соседних атомов, электронная плотность выше, чем в других направлениях. Это означает, что валентные электроны как бы локализованы в пространстве и образуют электронные мостики , то есть ковалентная связь имеет резко выраженный направленный характер. Характер распределения электронной плотности при образовании ковалентной связи зависит от конкретной электронной структуры взаимодействующих атомов. [c.37] Свойство направленности ковалентной связи рассмотрим на примере образования химической связи в алмазе. При этом будем руководствоваться правилами, составляющими содержание теории направленных валентностей. [c.38] Следует иметь в виду, что в ряде случаев форма орбиталей валентных электронов, участвующих в образовании связи, изменяется незначительно, а в ряде случаев происходит ее резкое изменение. В последнем случае возникают смещанные, так называемые гибридные орбитали. [c.38] В алмазе, состоящем из атомов углерода, как хорощо известно, реализуется ковалентная химическая связь. Электронная конфигурация валентной оболочки атома углерода в невозбужденном состоянии — 2 2р . На 15-орбитали и на 25-орбитали находятся по два спаренных электрона, спины которых антипараллельны. Валентными оказываются две 2р-орбитали, на которых располагается по одному электрону, способному принимать участие в образовании химической связи. Эти 2р-орбитали образуют между собой угол в 90°. Таким образом, углерод в своих соединениях должен быть двухвалентным и формировать связи, между которыми прямой угол. [c.38] Прочность химической связи зависит от степени перекрытия орбита-лей валентных электронов чем больше перекрытие, тем прочнее связь. Расчеты показывают, что перекрытие электронных оболочек соединяющихся атомов в случае гибридных 5р -орбиталей оказывается существенно больше, чем в случае негибридных 5- и р-орбиталей. Хотя гибриди-зованным состояниям соответствует более высокая энергия электронов в атоме, чем негибридизованным, тем не менее полная энергия кристалла оказывается ниже в случае образования связи из 5р -гибридов, поэтому гибридизация и оказывается энергетически выгодной. [c.39] В образовании ковалентной связи могут принимать участие 5-, р-, с1 и /-орбитали. Если происходит гибридизация при образовании связи, то в зависимости от того, сколько и каких орбит гибридизуется, различают зр-, зр -, 5р -, зр - и 5р -гибридные орбитали (рис. 2.11). [c.39] Наиболее характерные свойства простых кристаллов, в которых реализуется преимущественно один из четырех типов химической связи, приведены в табл. 2.2. [c.40] Ненаправленная и ненасыщенная, слабая, короткодействующая связь 0.1 эВ на атом. [c.40] Крупные анионы образуют структуры с плотной упаковкой, в пустотах которых размещены катионы (7к = 8, 6, 4 и 3). [c.41] Довольно высокие температуры плавления. Низкий коэффициент расширения. [c.41] Изоляторы. Проводимость носит в основном ионный характер и увеличивается с ростом температуры. [c.41] Прозрачны для электромагнитного излучения от низких частот до края поглощения. Обычно прозрачны в видимой области спектра. [c.41] Структуры с неплотной упаковкой решетки (например, Zк = 4) и низкой плотностью. [c.41] Компактные кристаллические структуры с плотнейшей упаковкой (Zк = 12 и 8) и высокой плотностью. [c.41] Тепловые свойства Высокие тем- Различные температуры плав- пературы плавле-ления. Низкий ния. коэффициент расширения. [c.41] Компактные кристаллические структуры с плотнейшей упаковкой (Zк = 12) и высокой плотностью. [c.41] Низкие температуры плавления. Высокий коэффициент расширения. [c.41] Оптические свойства Прозрачны для Непрозрачны электромагнит- для электромаг-ное излучения от нитных волн от низких частот до самых низких края поглощения. частот вплоть до середины ультрафиолетовой области хорошо отражают свет. [c.41] Полностью заполненная верхняя валентная зона отделена от следующей пустой зоны проводимости широкой запрещенной зоной [Еа 2-3 эВ). [c.42] Вернуться к основной статье