Энергия связи металлов

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ МЕТАЛЛОВ [c.115]

Для того чтобы вычислить энергию связи металла в приближении почти свободных электронов, необходимо, решив уравнение Шредингера с учетом электрон-ионных и электрон-электрон-ных взаимодействий, найти энергетический спектр электронов, а затем просуммировать энергии электронов по всем занятым энергетическим состояниям. В этом случае энергия, приходящаяся на один электрон, будет иметь вид [c.115]

Результирующее выражение для полной энергии связи металлов (относительно системы разделенных ионов и электронов) имеет вид [c.122]

Рис. 1.14. Энергия связи металла - иет в функции междуатомного расстояния г в приближении метода ячеек

Стимулирование процесса коррозии в целом или только катодного -выделения водорода под действием ПАВ, известных как ингибиторы, объясняется разными причинами. Среди них можно отметить следующие увеличение отрицательного значения адсорбционного if г потенциала под влиянием ПАВ снижение перенапряжения водорода за счет каталитического действия ПАВ изменение энергии связи металл— водород изменение механизма катодного процесса за счет участия в нем частиц ПАВ и т. д. [c.82]

При физическом характере адсорбции ПАВ энергия связи металла с адсорбированными частицами ингибитора значительно меньше -Сме- н-Поэтому при адсорбции, например, органических ионов аммония, не содержащих каких-либо дополнительных адсорбционных групп, изменяющих механизм процесса, степень заполнения поверхности водородом заметно не меняется. Это значит, что можно пренебречь влиянием адсорбции таких ПАВ на Еме-н, т. е. 0я О, или во всяком случае 0я< 1. В силу того, что адсорбционная связь Ме—Н имеет слабый дипольный характер, можно предполагать небольшое влияние на ме-н адсорбции ПАВ и в рассматриваемом случае. Однако это влияние невелико, т. е. [c.91]

Коррозия огнеупора будет меньшей, если энергия связи металла огнеупора с кислородом больше энергии связи металла расплава с кислородом или другими элементами. На коррозию огнеупора оказывает влияние смачиваемость его поверхности расплавом и шлаком. Если краевой угол смачивания больше 180°, огнеупор не взаимодействует с расплавом в кинетической области. Смачиваемость, как известно, обусловлена силами физического и химического взаимодействия. Смачиваемость огнеупора оксидными расплавами обусловлена химическими силами и значительно возрастает с повышением температуры. [c.45]

Хорошо известно, что металлы—хорошие проводники электрического тока. Причина этого заключается в том, что внешние электронные оболочки атомов, составляющих металл, в значительной степени перекрываются. Поэтому электроны этих оболочек (они называются валентными) легко перемещаются от одного атома к другому, так что даже нельзя сказать, какому атому они в действительности принадлежат. Такая коллективизация внешних электронов приводит к возникновению большой энергии связи металлов и объясняет их специфические механические свойства. [c.9]

Теплота сублимации, или энергия связи металла — это работа, требующаяся для превращения одного грамм-атома твердого [c.109]

В области температур выше 0,6 Тпл предел прочности при растяжении определяется характером и величиной энергии межатомной связи металлов и при равном удалении от температуры плавления прочность металлов одинаковая. [c.526]

А. Н. Мень и А. Н. Орлов оценивали энергию связи ионов в октаэдрических (о) и тетраэдрических (т) узлах в шпинельных окислах переходных металлов. Какой узел займет ион в решетке окисла, определяется знаком разности соответствующих энергий связи А = — Ug (рис. 68). Для образования окисла со структурой шпинели состава . где ионы основного металла Mt могут иметь валентность 2 и 3, а примеси Me (концентрации с)—только двухвалентные ионы, сформулированы следующие положения [c.103]

Если энергия гидратации недостаточна для разрыва связи между нон-атомами и электронами, т. е. энергия связи в кристаллической решетке превышает энергию гидратации, то на поверхности металла могут разряжаться катионы из раствора. Поверхность металла при этом приобретает положительные заряды. [c.15]

Если атомный номер металла X растет, то увеличиваются энергия связи и соответственно к, но вместе с тем увеличивается и масса, что приводит к снижению значений частот собственных колебаний. [c.84]

При анализе поведения фрактальных структур под нагрузкой целесообразно использовать представления о фрактальных кластерах, что позволяет выделять в деформируемом металле объекты (локальные области), обладающие свойствами фрактальных структур. Деформируемое твердое тело - открытая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой. Результатом этого обмена является самоорганизация фрактальных структур. Образующиеся при деформации металлов и сплавов фрактальные кластеры в зоне предразрушения в зависимости от механизма диссипации энергии связаны либо с кристаллографическими на фоне пор микротрещинами (квазихрупкий отрыв), либо с порами (вязкий отрыв). [c.232]

Связь предельной плотности энергии деформации металлов с прочностью межатомной связи. [c.271]

Приведем расчет энергии взаимодействия пары атомов металла и взаимодействия таких же атомов в решетке. Например, для лития энергия связи в молекуле Li, w=l,14 эВ, равновесное межатомное расстояние равн. 2,7 А. Для кристаллической решетки 1л энергия решетки №1,7 эВ, равновесное расстояние между атомами составляет 3,03 А и, формально, при координационном числе к.ч.=12 энергия межатомной связи в решетке равна 0,14 эВ. Таким образом, при ослаблении межатомных связей в кристалле на-- [c.301]

Ниже, при оценке энергии сцепления металлов, мы ограничимся лишь грубо приближенной ионной моделью металла, а для понимания особенностей ковалентной связи ограничимся рассмотрением задачи об образовании молекулы водорода при взаимодействии двух атомов водорода. [c.64]

Экситонное поглощение. До сих пор мы рассматривали поглощение света, приводящее к образованию свободных электронов и дырок. Однако возможен и другой механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбужденное состояние, но остается связанным с образовавшейся дыркой в водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, называемого экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное, как минимальная энергия, требуемая для создания разделенной пары. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Экситоны могут достаточно легко возникать в диэлектриках, так как D них кулоновское притяжение электрона и дырки значительно. В полупроводниках это притяжение мало и поэтому энергия связи экситона также мала. Вследствие этого экситонные орбиты охватывают несколько элементарных ячеек кристалла (радиус орбиты -"15 нм). В металлах экситонное поглощение очень маловероятно. [c.310]

Энергии связи электронов соответствуют свободным атомам, т. е. отнесены к нулевому потенциалу вакуума. В случае проводящих твердых тел измеряемые значения энергии связи электронов в атомах относятся к уровню Ферми соответствующего проводника. Для пересчета искомой энергии к вакуумному уровню в этом случае требуется к измеренному значению прибавить работу выхода элемента, которая для металлов изменяется в диапазоне от 1,93 эВ (цезий) до 5,36 эВ (платина) и составляет в среднем около 4 эВ, [c.420]

Остановимся еще на одном аспекте теории энергии связи кристалла. Более последовательно ее определять как энергию разделения кристалла на нейтральные атомы (а не заряженные ионы). В этом случае следует приведенные величины дополнить вкладом энергии ионизации атомов металлов и энергии сродства к электрону атомов неметалла. Учет энергии ионизации (затрачиваемой на удаление из атома одного или нескольких электронов) и энергии сродства к электрону (выделяемой при присоединении электрона к атому) весьма важен при определении энергии связи и многих физических свойств твердых тел. Для иллюстрации типичных величин в табл. 2.7 приведены значения энергии ионизации первого электрона 1+ и энергии сродства к электрону для элементов первых трех периодов таблицы Менделеева. Соответствующие значения для остальных элементов, а также вторые ионизационные потенциалы можно найти в [2, 4]. [c.35]

Отрицательность этой величины указывает на то, что за счет электростатической энергии кристаллы металлов и полупроводников должны быть устойчивее и системы из разделенных ионов, составляющих кристалл, и совокупности изолированных молекул, поскольку энергия связи молекул соответствует а = — 1. [c.40]

Нам осталось выяснить, будет ли рассчитанная величина энергии связи превалировать над энергией ионизации. Приведем оценки для нескольких типичных металлов Mg, Be, Na, К. [c.40]

Сравним полученные расчетом данные с экспериментальными [4]. Для Mg, Be, Na и К эксперимент соответственно дает —1,53 —3,33 —1,13 —0,94 эВ/ат. Если для Mg и Be рассчитанные и измеренные значения различаются более чем в 4 раза, то для Na и К это различие совсем незначительно. Полученные результаты означают, что количественное сходство с экспериментом по энергии связи наблюдается по крайней мере у некоторых групп металлов (например, щелочных). Однако, сравнивая с данными предыдущей главы, легко убедиться в том, что даже это сходство не очень надежно, поскольку в наших расчетах не был учтен какой-либо потенциал отталкивания, без которого с кристаллом должен произойти коллапс. [c.40]

Изменение механизма выделения водорода на железе в присутствии анион-активных ингибиторов (наиример, фениларсоновой кислоты) связано со смещением г )1-потенциала в отрицательную сторону, что увеличивает иоверхностиук> концентрацию ионов гидроксония и, в свою очередь, приводит к относительному увеличению скорости стадии разряда, которая перестает лимитировать процесс. Увеличение перенапряжения катодного процесса частично связано с эффектом блокировки поверхности металла, частично со снижением энергии связи металл — атомарный водород [58]. [c.29]

Явление стимулирования коррозии малыми добавками ингибиторов объ ияется влиянием адсорбции ингибиторов на энергию связи металл — водор [90—91]. Максимальной скорости коррозии железа, протекающей с выделени водорода, должна соответствовать оптимальная энергия связи металл — воД род Еме-н- По мнению, высказанному в работе 91], адсорбция малых кс центраций ингибитора на поверхности металла в условиях, когда его пове ность почти полностью покрыта водородом, будет происходить на свободных водорода участках или на тех, где дг<>-н минимальна. При этом значен ме-н возрастает и станет близкой к Я°ме-н. Приблилсение величины энерг [c.50]

Расчеты по методу ячеек энергии связи щелочных металлов дали удовлетворительные результаты. Наиболее хорошее согласие с экспериментом получено для натрия. На рис. 1.14 показаны результаты расчета энергии связи металла в зависимости от междуатомного расстояния г. С уменьшением г возрастает перекрывание волновых функций валент-йых электронов соседних атомов и убывает потенциальная энергия системы ионсУБ и электронов за счет увеличения электронной плотности между ионами. Увеличение электронной плотности сопровождается в то же время ростом кинетической энергии электронов. Сумма энергий притяжения и отталкивания изображается кривой с минимумом, определяющим равновесное состояние металла (штриховая кривая). Расчет дал энергию связи 24,4 ккал/моль, а экспериментальное значение 26ккал7моль. Период элементарной ячейки из опыта а=4,25 А, из расчета с поправками на обмен и корреляцию а=4,51 А. [c.45]

Прочная адсорбция кислорода происходит, если атом металла на поверхности образует химические связи с кислородом (хемисорбция). Было замечено, что наиболее склонны к пассивности переходные металлы, имеющие незаполненный электронный -уровень, такие как хром, железо, кобальт, никель и др. Г. Г. Улиг предположил, что наличие незаполненного -уровня способствует хемисорбции кислорода. Если -уровень заполнен, то хемисорбция кислорода не происходит или энергия связи металл — кислород мала. У подобных металлов, например меди, легче образуется фазовый окисел. Эта концепция [58] подтверждается тем, что легирование переходных металлов металлами с заполненным -уровнем приводит к перераспределению электронов и заполнению -уровня электронами, отдаваемыми легирующим металлом с уровня х. Примером могут служить сплавы N1—Си или Ni—Zn в области твердых растворов. Есть возможность рассчитать концентрацию легирующего металла (донора электронов), необходимую для заполнения -уровня легируемого металла. При такой концентрации изменяются магнитные свойства сплава ж вместе с тем резко снижается способность к пассивации. [c.239]

Изученные карбиды имеют кристаллическую решетку типа НаС1. Если ограничиться рассмотрением первой и второй координационных сфер, то в силу структурных особенностей карбидов энергию связи атомов углерода с идеальной решеткой можно заменить в первом приближении энергией 6 единичных связей Ме—С име-с), а энергию связи металла с решеткой — энергией 6 единичных связей Ме—С (Уме-с) и 12 единичных связей Ме—Ме (и ,1е-ме)- Следова- [c.214]

Критерием протекания реакции выделения водорода могла бы быть величина Ьк, так как, согласно расчетам, она должна быть различна для разных механизмов. Так, при замедленном разряде с последующими быстрыми стадиями рекомбинации (механизм Фольмера — Тафеля) или электрохимической десорбции (механизм Фольмера — Гейровского) расчетное значение величины Ьк составляет 0,118 В. В случае замедленной рекомбинации с быстрым предшествующим разрядом (механизм Тафеля — Хориути) 6к = 0,029В. Такие низкие значения Ьк характерны для металлов с высокой энергией связи металл — водород ме-н- Замедленная рекомбинация присуща в основном металлам платиновой группы, для которых часто наблюдаются низкие значения Ьк- [c.7]

Очевидно, адсорбция анионов должна вызывать смещение 11)гпотен-циала в отрицательном направлении и повышать тем самым поверхностную концентрацию разряжающихся ионов гидроксония. Это должно способствовать увеличению скорости стадии разряда, которая, таким образом, перестает лимитировать процесс. Общее замедление катодной реакции связано с блокировкой части поверхности металла за счет адсорбции частиц. ФАК и, возможно, с уменьшением энергии связи металл-водород под влиянием адсорбции частиц анионного типа. [c.46]

В работе [79] проведен количественный анализ влияния на скорость катодного процесса изменения энергии связи металл — водород (fMe-н-эффект) и 1 )1-потенциала ( [ гэффект) при наличии и отсутствии эффекта блокировки (0-эффект). Показано, что при определенном соотношении констант, входящих в экспоненциальные множители уравнения (4.15), могут быть получены величины d gj ,/dQ как больше, так и меньше нуля, т. е. при одновременном проявлении всех трех эффектов могут быть объяснены случаи как ингибирования, так и стимулирования катодного процесса. [c.85]

Рассмотрим случаи стимулирования коррозии или катодного процесса под влиянием хемосорбирующихся ПАВ молекулярного типа. Типичным примером этого служит действие ацетиленовых соединений при коррозии железа или никеля. Несмотря на вероятность протонирования ацетиленовых спиртов, вкладом в возможное участие в разряде протонированной формы ПАВ можно пренебречь, так как с ростом концентрации ПАВ этот вклад должен был бы возрастать-л при высоких концентрациях ацетиленовые ПАВ не могли бы, быть ингибиторами. Адсорбция ацетиленовых ПАВ, как ул е отмечалось, идет с участием л-электронов и вакансий в -зоне переходных металлов, что должно привести к некоторому -ф1-эффекту отрицательного знака, т. е. к ускорению катодного процесса. Однако при адсорбции ацетиленовых ПАВ образуются довольно плотные поверхностные слои, и на занятых местах поверхности металла, т. е. на местах локализации отрицательного 1 31-потенциала, реакция практически не идет. В связи с этим основной вклад в суммарную скорость процесса вносит реакция на поверхности, свободной от адсорбированных частиц ПАВ. Адсорбция ацетиленовых соединений приводит к изменению степени покрытия поверхности металла водородом, т. е. к изменению энергии адсорбции или энергии связи металл — водород. Очевидно, что в этом случае относительный вклад 0-, -фг и ме-н-эффектов, а также их знаки будут определять ингибирующие или стимулирующие свойства данного ПАВ. [c.86]

Обсудим причины, по которым становится возможным применимость выражений (1.83), (1.88), (1.89), связывающих между собой г, у и 6. Перепишем уравнение (4.15) для скорости реакции катодного выделения водорода, учитывающее лишь три эффекта ингибирования (экранирующий, 1151- и ме-н-эффекты с учетом линейной зависимости изменения фгпотенциала и энергии связи металл — водород от 0) [c.90]

Выше уже отмечалось, что в действии галогенид-ионов как ингибиторов на железе и никеле основную роль играет снижение энергии связи металл—водород, а блокировка поверхности и влияние згпотенциала хотя и имеют место,, но суммарная величина этих эффектов невелика. Лишь в случае хлорид-ионов, специфический характер адсорбции которых выражен довольно слабо, -фг и ме-н-эффекты соизмеримы и имеют различный знак. В итоге влияние хлорид-ионов на коррозионный процесс невелико, а при определенных концентрациях вообще отсутствует. [c.91]

У большинства металлов (папр., щелочных) свободные электроны проводимости обусловливают энергию связи металл можно представлять как решетку, состоящую из положит, ионов, погруженную в электронную жидкость. У нек-рых металлов (напр., переходных) существенны также ковалентные связи, осуществляемые ялектронами незаполненных впутр. оболочек. Большинство металлов кристаллизуется в ОЦК, ГЦК и ГПУ решетки. [c.116]

Как уже отмечено в гл. I, можно рассмотреть два предельных случая сильно связанных электронов и почти свободных электронов. Строго говоря, ни один из параметров разложения, применяемых в обоих этих методах, не является в действительности малым, и поэтому эти методы приводят к плохо сходящимся или даже расходящимся рядам. Ввиду этого еще начиная с 30-х годов предпринимались попытки найти достаточно надежную и быстро сходящуюся процедуру расчета электронных спектров, а в дальнейшем, возможно, энергий связи металлов и кинетических коэффициентов. В настоящее время возникла большая и, фактически, довольно обособленная область теории металлов, занимающаяся этими вопросами. Она тесно связана с расчетами на компьютерах, и математическая сторона в ней безусловно доминирует над физической. Изложение этой области выходит за рамки данного курса. Читателю, интересующемуся соответствующим кругом вопросов, можно порекомендовать, например, книги [121] и [122]. Однако для полноты мы здесь изложим очень кратко ряд идей, лежащих в основе вычислительных методов. Удобнее, прежде всего, остановиться на так называемом методе ортогонализованных плоских волн (ОРШ, Херринг, 1940) [123], [c.256]

Вопрос 00 основном состоянии металла поднимает проблемы, полностью отличные от тех, с которыми мы имели дело в предыдущем параграфе. Он гораздо ближе связан с электронной теорией, представленной к предыдущих главах книги ). Энергия связи металла (энергия когозип) определяется как эиергия, необходимая для разложения металла на нейтральные атомы. [c.40]

Если энергия гидратации недостаточна для раэрыва связи мехду ион-атомами и электронами, т.е. энергия связи в кристаллической решетке превышает энергии гидратации, то на поверхности металла могут разряжаться катионы иа раствора. Поверхность металла при этом приобретает положительные варяды, которые с анионами раствора также обравуют двойной электрический слой (рис. 8,6). [c.24]

Металлические связи образуют структуры путем взаимодействия положительных ионов решетки (атомных остатков) и делока-лизированных, обобществленных электронов. Эти связи являются гомеополярными. Они по существу не относятся к химическим, и понятие металлические связи можно считать качественным, так как металлы не имеют молекулярного строения, а их атомы соединяются в кристаллические образования. Этот вид связи и обусловливает высокую прочность, пластичность и электропроводность металлов. Энергия связи — около Ю Дж/моль. Прочная металлическая связь наблюдается при образовании интер-металлидов и некоторых твердых растворов. Одна из ее особенностей — отсутствие насыщения, определяемого валентностью соответствующих атомов. [c.10]

Приведем расчет энергии взаимодействия пары атомов металла и взаимодействия таких же атомов в решетке. Например, для лития энергия связи в молекуле /=1,14 эВ. равновесное межатомное расстояние гравн. 2,7 А. Для кристаллической решетки энергия решетки 11=1,1 эВ, равновесное расстояние между атомами составляет 3,03 А и, формально, при координационном числе к.ч.=12 энергия межатомной связи в решетке равна 0,14 эВ, Таким образом, при ослаблении межатомных связей в кристагше наблюдается выигрыш в энергии кристаллической решетки. Поскольку в пористой части переходного слоя растягивающие напряжения обусловливают увеличение периода решетки (расстояния между атомами), то энергия данной зоны имеет еще большее значение по сравнению с энергией объемной кристаллической решетки, что вносит вклад в интегральную величину поверхностной энергии. [c.120]

Для объяснения явления ферромагнетизма в квантовой теории используются два основных подхода. Один из них основан на предложенной Френкелем модели коллективизированных электронов, подчиняющихся статистике Ферми — Дирака. Эта модель учитывает обменное взаимодействие. В теории показано, что при некоторой плотности электронного газа возможно появление самопроизвольного намагниченного состояния вне зависимости от того, что кинетическая энергия электронов при этом увеличивается. Напомним еще раз, что увеличение кинетической энергии связано с тем, что, в силу принципа Паули, электроны с параллельной ориентацией спина не могут з нимать один энергетический уровень. Поэтому при перевороте спина электрон вынужден занять состояние с большей энергией. В настоящее время, однако, существует мнение, что газ электронов проводимости, по-видимому, не является )ерромагнитным ни при каких условиях. Строгое доказательство этого пока отсутствует. В то же время ни в одном эксперименте не было обнаружено ферромагнетизма металлов, не содержащих атомов или ионов с недостроенными d- или /-оболочками. Появление ферромагнетизма в системе d- или /-электронов связано с аномально высокой (по сравнению с s-электронами) плотностью состояний в - и /-зонах. [c.337]

Согласно Куперу, при сколь угодно слабом притяжении между частицами ферми-газа вблизи ноБерхности Ферми возникают связанные пары частиц. Этот весьма нетривиальный результат является ключом к пониманию явления сверхпроводимости. Действительно, без учета эффекта Купера в основном состоянии металла электроны заполняют (в изотропном случае) фермиевскую сферу в импульсном пространстве. Если предположить, что в металле имеет место некоторое эффективное притяжение между электронами, то должно произойти спаривание электронов. При этом основное состояние будет лежать ниже, чем у свободных электронов, на величину энергии связи пар. Электронные пары обладают целым спином и поэтому подчиняются статистике Бозе. А бозе-газ при абсолютном нуле, как известно, обладает свойством сверхтекучести. В применении к бозе-газу заряженных частиц это свойство проявится в форме сверхпроводимости. Приведенные соображения не претендуют на строгость, однако они, безусловно, указывают на то, что полное объяснение явления сверхпроводимости можно получить на базе эффекта Купера. [c.885]

Все это определило построение гл. 2—5 данной книги. Во второй главе рассмотрены межатомные взаимодействия, энергия связи и некоторые свойства кристаллов с ионной и ван-дер-ваальсовой связями, в третьей — металлы в приближении свободных электронов, в четвертой — основы зонной теории твердых тел (а не только металлов), в пятой — применение зонной теории к определению энергии связи и свойств ряда твердых тел. Наиболее просто энергия связи рассчитывается для кристаллов, в которых между атомами действуют ван-дер-ваальсова или ионная связь. [c.20]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...