Электронная плотность в ковалентных кристаллах

При образовании карбидов переходных металлов IVA — VIA групп периодической системы элементов, очевидно, происходит конкуренция двух основных процессов металл стремится достроить -подуровни до , а углерод — к образованию и стабилизации устойчивого состояния В действительности, вероятно, в кристаллах карбидов -переходных металлов происходит не непосредственный перенос электронов от металла к углероду или наоборот, а статистическое смещение электронной плотности в сторону углерода, металла или к центру между остовами металла и углерода, которое обычно наблюдается при осуществлении преимущественно ковалентных связей. [c.144]

Среди различных типов диэлектрических кристаллов в ковалентных кристаллах пространственное распределение электронной плотности наиболее близко к существующему в металлах (см. гл. 19). [c.188]

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]

В заключение подчеркнем, что наиболее характерная черта ковалентной связи—ее сильная направленность в пространстве, т. е. она образуется в тех направлениях, в которых локализуется электронная плотность. Вследствие направленности связи ковалентные кристаллы обладают высокой твердостью и хрупкостью. [c.81]

Атомные (ковалентные) кристаллы. Для уяснения природы ковалентной связи рассмотрим простейший пример взаимодействия двух атомов водорода (рис. 1.12, а). Вследствие того, что плотность, электронного облака, описывающего состояние электрона в атоме очень быстро уменьшается с удалением от ядра, ири значительном расстоянии между атомами обнаружить электрон / у ядра Ь, а электрон 2 у ядра а мало вероятно. Поэтому атомы А и В можно-рассматривать как изолированные, а энергию системы, состоящей из двух атомов, принимать равной 2 о, где — энергия изолированного атома. [c.17]

Эта теория, постулирующая наличие ковалентной компоненты связи в ионных кристаллах, была распространена затем на соединения кислорода, азота, углерода и их аналогов с переходными металлами [109—113], рассматриваемые как ковалентно-ионные соединения, где атомы металла, теряющие rf,s-электроны, заряжены положительно, неметаллические атомы, восполняющие 2р-оболочку до конфигурации неона (2s 2p ), заряжены отрицательно, а ковалентные связи образуются вследствие перекрывания шести р-орбиталей заполненных оболочек р . Было показано, что номинальные заряды ионов понижаются до эффективных значений вследствие сдвига электронной плотности перекрывающихся орбиталей от аниона (X") к катиону (Ме ). Понижение зарядов на ионах вследствие стягивания электронной плотности к катионам и оттягивания ее от анионов будет тем сильнее, чем выше номинальный заряд. Поэтому в галогенидах щелочных металлов реальные заряды равны 0,6 0,8 е, а в карбиде титана всего лишь 0,4 е. [c.86]

Сталлом) может служить алмаз — диэлектрик, у которого ширина запрещенной зоны составляет 5,5 эВ. В алмазе довольно высока плотность электронов в междоузлиях, причем электроны сосредоточены главным образом вблизи линий, соединяющих каждый ион углерода с четырьмя его ближайшими соседями (фиг. 19.2) ). Подобное поведение плотности заряда в областях между ионами представляет собой характерную особенность, отличающую ковалентные кристаллы от двух других типов диэлектриков. [c.9]

Двигаясь влево по периодической таблице от IV группы, мы встречаемся с семейством металлов. Иными словами, ковалентная связь усиливается настолько, что плотность электронов в области между узлами достигает значительной величины и возникает заметное перекрытие зон в /с-пространстве. Лучшими примерами металлических кристаллов могут служить щелочные металлы I группы, во многих отношениях точно описываемые моделью свободных электронов Зоммерфельда, согласно которой валентные электроны совершенно отделены от ионного остова и образуют газ почти однородной плотности. [c.22]

Мапые кружки изображают положительно заряженные ядра, их окружают области, где плотность электронов достигает существенных значений (но, разумеется, не постоянна). а — молекулярный кристалл (представленный двумерным аргоном ) б — ионный кристалл ( хлорид калия ) в — ковалентный кристалл ( углерод ) г — металл ( калий ). [c.10]

Рис. 9. Сечение синтеза деформационной электронной плотности кристалла LI1B4O плоскостью, проходящей через атомы О треугольной группы ВО в центре которой находится атом В. Максимумы на отрезках В — О указывают на ковалентный характер связей между этими атомами. Штриховыми линиями выделены области, из которых электронная плотность переместилась на химические связи. Линии равного уровня проведены через

Пример зависимости формирования DX-центров от некоторых из упомянутых условий — структуры кристалла, зарядового состояния примеси и внешнего гидростатического давления демонстрируют расчеты [63] примесей О, Si в вюртцитоподобной (в) и сфалеритоподобной (с) полиморфных модификациях A1N, GaN. Вычисления проведены в рамках теории функционала электронной плотности самосогласованным методом неэмпирического псевдопотенциала в моделях 32- и 72-атомных сверхячеек. На конфигурационной диаграмме (рис. 2.8) четко прослеживается образование глубокого DX-цент-ра при сдвиге атома кислорода в анионном состоянии (О ) вдоль направления [0001] в e-AlN. Корреляционная энергия DX-конфи-гураций, в соответствии с (2.1), рассчитывалась как U = Е + Е -- 2Е , где Е > — энергия образования дефекта в зарядовом состоянии q. Видно (см. табл. 2.4), что для О 1/ < 0 при значительном релаксационном смещении примеси, тогда как для нейтрального (и катионного) состояний дефектов дополнительные (метаста-бильные) минимумы Е > отсутствуют, и их наиболее устойчивой позицией является узел замещаемого элемента (азота). Любопытно, что для -A1N DX-состояний для примесного кислорода не возникает. Этот факт объясняют [63] различиями во взаимодействиях 0 с атомами матрицы, составляющими третью координационную сферу дефекта. В e-AlN третью сферу О" в направлении [0001] образуют атомы А1, рис. 2.9. Значительный релаксационный сдвиг 0 ( 0,9 А) уменьшает дистанцию О—А1 от 3,1 A (в нерелаксированной решетке) до -2,06 A, что лишь на -0,2 A больше равновесного состояния А1—О (1,89 А) в оксидах алюминия. Это указывает на причину формирования стабильного DX-центра в e-AlN как следствие образования сильной ковалентной связи А1—О. Наоборот, в -AlN ближайший атом А1 в [c.48]

Рис. 1. Рассчитанное распределение заряда химически активных валентных электронов [9]. Представлены контуры равной плотности заряда при наличии примесного атома азота в идеальном кристалле алмаза (й) й кремния (б). Будучи более электроотрицательным, чем атомы углерода, атом азота в алмазе притягивает к себе электроны. Распределение заряда на связях между двумя атомами углерода и между атомами углерода и азота имеет характерную двугорбую структуру, которой соответствуют пары замкнутых контуров между атомами. Этого нет в других тетраэдрических полупроводниках, например в кремнии, где ковалентные связи характеризуются одним максимумом заряда между атомами. Обширные междоузельные области фактически пусты и образуют периодическук сетку электронного заряда, характерную для диэлектриков и полупроводникоа. В металлах заряд распределен более равномерно. Расчеты проводились методом функционала локальной плотности с использованием псевдопотенциалов, Для описания дефекта (примесного атома азота) применялся метод рассеяния функций Грина,

В кристаллах с ковалентной связью (гомеоиоляриой) валентные электроны обобществлены соседними атомами. Этот тип связи характеризуется высокой электронной плотностью между ионами и резкой нанрав-ленностью. Наир., атомы С соединяются друг с другом или с др. атомами так, что четыре их связи (четыре валентные электрона) располагаются в пространстве определенным образом (см. Алмаза структура). [c.116]

В тех случаях, обнаружили СТС, что позволило уточнить наши представления о строении атомарно-чистых поверхностей этих полупроводников [Р18]. когда ядра парамагнитных атомов обладают собственным магнитным моментом, в спектре ЭПР возникает сверхтонкая структура СТС) за счет дополнительного зеемановского расщепления уровней в магнитном поле ядра. Количество компонент СТС равно 2/я(4 + 1), где — спиновое число ядра. Исследования СТС парамагнитных центров в строго упорядоченном объеме кристалла дает уникальную информацию о симметрии волновых функций неспаренных электронов, о степени переноса электронной плотности между aтo laми, определяющими ковалентность химических связей, и о характеристиках ядерных магнитных полей. В неупорядоченной поверхностной фазе информативность СТС, естественно, ниже, но константы расщепления все равно позволяют более определенно судить о конфигурации парамагнитных атомов на поверхности. [c.144]

Было сделано много попыток получить с помощью рентгеновских лучей непосредственное реальное распределение электронов, участвующих в образовании ковалентной химической связи, особенно в кристаллах со структурой алмаза (см. работу Карпентера [9] для алмаза и Гетлихера и др. [10] для кремния). Однако эта задача находится на грани возможностей рентгеновских дифракционных методов. Исследования, проведенные для кремния, дают некоторые указания на то, что посередине между двумя ближайшими соседними атомами электронная плотность заметно выше, чем та, которая рассчитана теоретически по перекрытию волновых функций электронов двух свободных атомов (см. рис. 2.33). [c.98]

Сравнение фиг. 19.2 и 19.5 позволяет обнаружить серьезное различие распределений заряда в ионных и ковалентных кристаллах в Na l плотность электронов вдоль линии, соединяющей ближайших соседей, падает ниже 0,1 электрона на 1 А , тогда как в алмазе, самом ярком представителе ковалентных кристаллов, она ве ниже 5 электронов на 1 А . [c.21]

АТОМНЫЕ РАДИУСЫ, хар-ки атомов, позволяющие приближённо оценивать межатомные (межъядерные) расстояния в молекулах п кристаллах. Атомы не имеют чётких границ, однако, согласно представлениям квант, механики, вероятность найти эл-н на определ. расстоянии от ядра быстро убывает с увеличением этого расстояния. Когда вводят понятие А. р. , то считают, что подавляющая часть электронной плотности атома (90—98%) заключена в сфере этого радиуса. А. р. имеют порядок 0,1 нм, однако даже небольшие различия в А. р. атомов А и В могут определять структуру построенных из них кристаллов, сказываться на равновесной геометрии молекул и т. д. Опыт показывает, что кратчайшие расстояния в молекулах, тв. телах и жидкостях можно представить в виде суммы А. р этих атомов. Однако аддитивность А. р. явл. весьма приближённой и выполняется не во всех случаях. В зависимости от того, какие силы действуют между атомами А и В (см. Межатомное взаимодействие), различают металлические, ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы А.р. [c.40]

Расчет энергии связи в кристаллах — безусловно, квантово-механическая задача. Тем не менее установлено, что для некоторых типов твердых тел в достаточно хорошем приближении энергия связи может быть определена и на основе классического рассмотрения. К таким относятся кристаллы, распределение зарядов в которых может быть представлено в виде совокупности периодически расположенных точечных зарядов (ионов) или диполей. Возникающие в этих случаях типы связи называют соответственно ионной или ван-дер-ваальсовой (иногда — дипольной). В то же время сведение квантовомеханической задачи к классической оказалось невозможным в случае, когда плотность электронов в межионном пространстве достаточно велика, и электроны нельзя рассматривать как включенные в точечные (или почти точечные) ионы. Методы определения характеристик связи и физических свойств кристаллов с таким распределением электронов основываются непосредственно на квантовой теории (включая квантовую статистику). Анализ показал, что основными типами связи в этих случаях являются металлическая, характеризующаяся в первую очередь отсутствием направленности, и ковалентная, важным признаком которой является направленность. Помимо этого в последние годы выделяют в особый YHn водородную связь, имеющую важное значение при рассмотрении биологических соет динений. [c.20]

В силу того, что ковалентная связь создается взаимодействием валентных электронов, кристаллы, атомы которых связаны такой связью, называют иногда валентными. Преимущественно ковалентная связь имеет место в таких соединениях, как карбиды (РезС, 81С), нитриды (АШ), которые имеют большое значение в технических сплавах. Прочность ковалентной связи зависит от степени перекрытия орбит валентных электронов с увеличением перекрытия прочность связи повышается. Поэтому свойства тел с ковалентным типом связи могут сильно различаться. Характерными свойствами для таких материалов является малая плотность, высокая хрупкость, в ряде случаев очень высокая твердость (алмаз, карбиды, нитриды). Материалы с ковалентной связью являются диэлектриками или полупроводниками. Находят широкое применение на базе их создаются полупроводниковые материалы соединения - карбиды, нитриды, которые являются важнейшими упрочняющими фазами в высокопрочных металлических сплавах. Ковалентный тип связи также весьма важен и в полимерных материалах. [c.9]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...