Ковалентные или валентные кристаллы

Ковалентные или валентные кристаллы [c.28]

Другим видом дефектов в кристалле является экситон, представляющий собой нейтральное возбужденное состояние электрона до уровня, энергия которого ниже энергии ионизации. В ковалентном или ионном кристалле экситон можно рассматривать как слабо связанные между собой электрон зоны проводимости и дырку, образующие в целом нейтральный центр, который тем не менее не находится в основном состоянии (если бы это было так, электрон должен был вернуться в валентную зону и рекомбинировать с дыркой). Это состояние в известной степени аналогично возбужденному состоянию атома водорода, в котором электрон и протон еще остаются связанными. В молекулярных кристаллах экситон также представляет собой локальное электронное возбужденное состояние, возникающее в результате возбуждения одной молекулы. Экситоны могут двигаться в твердом теле за счет диффузии связанной пары электрон —дырка или за счет переноса молекулярного возбуждения от одной молекулы к другой. Экситоны могут иметь значительное время жизни, по истечении которого они переходят в состояние с более низким уровнем энергии время жизни является характеристическим для (нестабильных) частиц. [c.68]

При температурах, близких к абсолютному нулю, в идеальном кристалле 5 или Ое ковалентные связи полностью заполнены и все электроны связаны с атомами, вследствие чего электропроводность отсутствует. При нагревании или освещении кристалла происходит освобождение электронов от ковалентной связи, возникает электропроводность — переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. При этом на месте ушедшего электрона образуется незаполненная связь (дырка), которая может быть занята электроном из другой какой-нибудь связи. Одновременно незаполненная связь (дырка) может перемещаться по кристаллу. [c.387]

Н ое состояние). В процессе взаимодействия атомов с образо ванием кристалла предварительно происходит распаривание Зз -электронов, при этом один из них переходит на вакантную Зр-орбиталь (рис. 36, б). Затем происходит зр -гибридизация, в результате чего все четыре электрона становятся идентичными, обладая одинаковой формой электронного облака. Каждый атом кремния в возбужденном состоянии располагает четырьмя валентными электронами. Сетка валентных связей в кристалле кремния имеет следующий вид атом кремния находится в центре правильного тетраэдра, а валентные связи направлены к его углам. Такой же вид сетки и у германия — другого элементарного полупроводника с идеально ковалентной или гомеополярной (атомной, неполярной) связью. Отличие заключается лишь в том, что теперь гибридизации подвергаются 4з- и 4р-электроны. [c.97]

Переходя от молекулы водорода к кристаллам, отметим основной характерной особенностью ковалентных кристаллов является то, что количество ковалентных связей, образуемых каждым атомом со своими соседями, равно количеству неспаренных внешних электронов атома в свободном состоянии или в возбужденном валентном состоянии. В этом смысле ковалентная связь является насыщенной. [c.81]

Введение в полупроводник примесных атомов приводит к нарушению в нем стехиометрического состава и периодичности кристаллической решетки. Примеси вносят в структуру полупроводника дополнительные квантовые уровни, отличающиеся от зонной структуры уровней основного кристалла. В полупроводниках примеси в зависимости от их природы и природы полупроводников могут образовывать п- или р-проводимости. Примеси, образующие и-проводимость, должны иметь большую валентность, чем валентность, основного полупроводника примеси, создающие р-проводимость, должны иметь валентность меньшую по сравнению с валентностью основного полупроводника. Например, для четырехвалентного германия пятивалентные примеси As, Р, Sb и др. создают электронную проводимость, поскольку четыре атома примеси, занимая в кристаллической решетке германия определенные узлы, образуют ковалентные связи с соседними атомами германия, а избыточный (пятый) электрон внешней орбиты мышьяка остается свободным. Такие свободные электроны создают электронную проводимость. Примеси, освобождающие электроны, называются донорами, а соответствующие им энергетические уровни — донорными [c.282]

Разделение электронов и дырок обеспечивается р-п-переходом. Рассмотрим его на примере кремния. Его четырехвалентные атомы связаны друг с другом в кристаллической решетке ковалентными связями, как показано на рис. 5.10, а -f4 означает валентность атома кремния). При нагреве или поглощении фотона электроны могут высвобождаться, образуя при этом дырки. На рис. 5.10 показан кристалл кремния с разрывом одной ковалентной связи за счет подвода теплоты или энергии из- [c.97]

Если взаимодействующие тождеств, частицы находятся во внеш. поле, напр. в кулоновском поле ядра, то существование определённой симметрии волновой ф-ции и соответственно определённой корреляции движения частиц влияет на их энергию в этом поле, что также является обменным эффектом. Обычно (в атоме, молекуле, кристалле) это О. в. вносит вклад обратного знака по сравнению с вкладом О. в. частиц друг с другом. Поэтому суммарный обменный эффект может как понижать, так и повышать полную энергию взаимодействия в системе. Энергетич. выгодность или невыгодность состояния с параллельными спинами фермионов, в частности электронов, зависит от относит, величин этих вкладов. Так, в ферромагнетике (аналогично рассмотренному атому гелия) более низкой энергией обладает состояние, в к-ром спины (и магн. моменты) электронов в незаполненных оболочках соседних атомов параллельны в этом случае благодаря О. в. возникает спонтанная намагниченность (см. Ферромагнетизм). Напротив, в молекулах с ковалентной хим. связью, напр. в молекуле Hjj, энергетически выгодно состояние, в к-ром спины валентных электронов соединяющихся атомов антипараллельны. [c.372]

Таким образом, валентные электроны в металле нельзя считать потерянными или приобретенными атомами. Они обобществлены атомами в объеме всего кристалла в отличие от ковалентных кристаллов, в которых такое обобществление ограничено одной парой атомов. [c.19]

Металлическая связь отлична от других видов связи частиц в кристаллах. Природа ее обусловлена взаимодействием ионов с электронами, переходящими от одного иона к другому. Последнее сближает металлическую связь с ковалентной, однако в отличие от нее металлическая связь не обладает ни направленностью, ни насыщенностью, определяемой валентностью соответствующих атомов, что сближает ее с ионной связью. Степень связанности электрона в металле в определенной степени характеризуется работой выхода электрона, измеряемой наименьшей энергией электромагнитных колебаний, способной выделить электрон, или температурой, при которой начинается термоэлектронная эмиссия. Экспериментально найденные значения работы выхода электрона для некоторых металлов приведены в табл. 17. [c.110]

В полупроводниках (главным образом — ковалентных кристаллах) валентные электроны образуют четко направленные орбитали, связывающие атомы, а энергия возбуждения (ширина энергетической щели AW) превышает тепловую энергию (AW>kT), но ниже энергии видимого света (АИ <3 эВ). В диэлектриках (главным образом — ионных и молекулярных кристаллах) валентные электроны локализованы в еще большей степени не на связях между атомами, а вблизи отдельных анионов или молекул. Энергия связи электронов в диэлектриках намного превышает не только тепловую (AW kT), но и энергию видимого света (AW>%yi). Поэтому вероятность возбуждения электронов мала. Кроме того, малая кривизна зон в диэлектрике в окрестности экстремумов (см. рис. [c.15]

Ковалентная а-связь, возникающая при перекрытии остовных р - или -оболочек, всегда образуется парой электронов, имеющих антипараллельные спины. Она отвечает координационному числу /Са = 6 и чаще всего взаимно ортогональному расположению р-орбиталей и образуемых ими а-связей. Кулоновское отталкивание шести р- или rf-орбиталей оболочек р d ) приводит к валентным углам 90° и к кубической сингонии кристалла. Реже двухэлектронные а-связи могут отклоняться от взаимно ортогональной ориентации, что приводит, например, к гексагональной сингонии также с шестью ближайшими соседями. [c.59]

Из металловедения хорошо известно, что кристаллические интерметаллические соединения с ковалентными и ионными связями имеют тенденцию образовываться, если по меньшей мере один из элементов принадлежит к группе IVB или к более дальним группам периодической системы элементов ([137], гл. 4). Это следует из химического принципа, согласно которому предпочтительно образуются такие соединения, в которых один из элементов имеет почти заполненную оболочку валентных электронов. Очевидно, что химические составы жидких полупроводников согласуются с этим принципом. Теория химических связей полупроводниковых соединений Мозера и Пирсона [178] представляет собой более детальное изложение указанного принципа. Основное отличие жидких полупроводников состоит в том, что в жидкой фазе может существовать больше различных молекулярных структур, чем в кристалле, поэтому ограничения стехиометрии, соответствующие правилам Мозера и Пирсона, в этом случае не могут применяться строго. [c.49]

Металлическая связь приближается, в основном, к ковалентной связи и отличается тем, что валентные электроны являются общими не для пары соседних атомов (как при ковалентной связи), а для всего кристалла. Металл представляет собой совокупность пространственной решетки, построенной из положительных ионов, возникающих в результате отщепления от каждого из атомов одного . или нескольких валентных электронов, и этих отщепившихся электронов, движущихся внутри решетки и взаимодействующих как с ионами, расположенными в узлах решетки, так и друг с другом. Электроны не принадлежат определенным атомам. Они непрерывно и беспорядочно перемещаются внутри кристаллической решетки, переходят от одного атома к другому, связывая их. Скопления электронов, осуществляющих металлическую связь, получили название электронного газа. [c.9]

Молекулярная связь является менее прочной, чем остальные. Возникает молекулярная связь за счет взаимодействия диполей, имеющихся или индуцированных между соседними молекулами так как при этом виде связи нет перехода электронов, то эта связь не имеет насыщенности подобно валентным или ковалентным связям. К твердым телам с молекулярными связями относятся кристаллы органических веществ, например, обычный сахар. [c.22]

Если, однако, обратиться к ковалентным кристаллам и металлам, то оказывается, что построить для них даже грубую теорию очень трудно. Основная проблема состоит в том, что расположение валентных электронов как в хорошо локализованных связях чисто ковалентных диэлектриков, так и в электронном газе щелочных металлов резко отличается от их расположения в изолированных атомах или ионах. В этих случаях наше рассмотрение будет носить лишь качественный характер. [c.28]

Изложенные выше грубые теории когезионной энергии в молекулярных и ионных кристаллах дают столь хорошие результаты главным образом потому, что конфигурация валентных электронов в этих твердых телах не испытывает существенных искажений по сравнению с их конфигурацией в изолированных атомах (молекулярные кристаллы) или ионах (ионные кристаллы). Это не справедливо в случае ковалентных кристаллов и металлов, распределение валентных электронов в которых значительно отличается от существующего как в изолированных атомах, так и в изолированных ионах этих веществ. Следовательно, для расчета когезионной энергии подобных твердых тел нельзя ограничиться вычислением классической потенциальной энергии системы слабо или почти не деформированных атомов или ионов, образующих определенную кристаллическую структуру. Даже простейшие расчеты должны теперь включать в себя вычисление уровней энергии валентных электронов в присутствии периодического потенциала ионных остовов. [c.39]

Структура валентной оболочки — ns np (п = 3 для серы, 4 для селена, 5 для теллура. Элементы этой группы содержат два неспаренных р-электрона на внешней оболочке, поэтому две ковалентные связи от каждого атома могут быть направлены либо к одному атому (при этом будут образовываться двухатомные молекулы как в О2), либо к двум различным атомам (образуются многоатомные молекулы в виде замкнутых колец или бесконечных протяженных цепочек). Угол между соседними ковалентными связями, направленными к двум различным атомам, не должен сильно отличаться от 90°. Отличие может быть связано либо с частичной sp-гибридизацией волновых функций электронов, либо со взаимодействием между вторыми соседями. В кристалле кольца или изогнутые цепочки связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса. Можно ожидать, что связи здесь будут еще слабее, чем в кристаллах VA подгруппы. Физические параметры элементов подгруппы приведены в табл. 2.3. [c.49]

Исследования структуры жидких металлов рентгеновским и нейтроннографическим методами показали, что при плавлении происходит разрушение дальнего порядка кристалла, однако ближний порядок сохраняется, причем он может соответствовать плотной или объемно-центрированной упаковке для металлов и направленным валентным связям для ковалентных элементов или молекулярных кристаллов. [c.46]

Первый случай разберем на примере кристалла кремния, в котором атомы удерживаются за счет ковалентных или парноэлектронных связей с четырьмя другими себе подобными атомами. На фиг. 153, а показана кристаллическая решетка кремния (элемента 4 группы таблицы Менделеева), не содержащая инородных примесей. На фиг. 153, б изображена решетка кремния с примесью элемента третьей группы — бора, имеющего на внешней орбите три валентных электрона. Такая примесь в решетке кремния представляет собой дырку в случае приложения электрического поля, как показано на фиг. 153, от левого атома кремния будет взят электрон этот атом захватит электрон от следующего атома, т. е. дырка начнет передвигаться справа налево. Такой полупроводник относится к типу р . [c.304]

Зонная структура алмаза. Несмотря на важность этого вопроса, работ по количественному рассмотрению ковалентных связей в кристаллах практически не имеется. Причина этого, как мы упомянули в 97, заключается в том, что простейшие атомы, образующие валентные кристаллы, имеют так много валентных электронов, обусловливающих главным образом связь в кристалле, что вычисления становятся много сложнее, чем в случае простых металлов или солей. Имеется работа по полуколичественному исследованию зонной структуры алмаза и качественному рассмотрению наиболее пригодной формы функции Г айтлера-Лондона для атома в валентном кристалле с тетраэдрическим расположением ближайших соседей. Это рассмотрение применяется главным [c.480]

Металлическая связь по своей природе имеет значительное сходство с ковалентной связью. В обоих случаях электронные орбиты сливаются, но в металле происходит обобщение не отдельных, а всех валентных электронных орбит. При этом устанавливаются общие уровни энергии во всем объеме кристалла. Число уровней будет одного порядка с числом атомов в данном )бъеме металла. Уровни весьма близки между собой и образуют нергетические полосы или зоны, которые иногда рассматривают как расщепление валентных уровней (орбит) отдельных атомов. [c.10]

Ковалентная связь имеет то же происхождение, что и связь в гамополярных молекулах (Нг, СЬ, Ь,.- ), она обусловлена обменным электронным взаимодействием между атомами. В молекулярных кристаллах (Нг, СЬ, Ь,---) ковалентная связь локализована между ядрами в молекуле, молекулы удерживаются вместе слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Однако в случае алмаза или графита несколько валентных электронов являются общими для атома и ряда его соседей, и поэтому невозможно выделить какую-либо группу атомов, которую можно рассматривать как химически насыщенную (рис. 2.7). С этой точки зрения кристалл алмаза представляет собой огромную молекулу. [c.75]

Кристаллы полимеров отличаются от обычных низкомолекулярных кристаллов (атомных или молекулярных), которые в механическом, кинетическом и термодинамическом см1.1сле являются квазиизотроп-ными, так как силы связей между узлами в направлении различных кристаллографических осей практически не различаются. При кристаллизации линейных полимеров ситуация резко изменяется, так как появляется некоторая преимущественная ось, совпадающая с направлением цепи главн .1х валентностей. В этом направлении связи между узлами ковалентные и равнопрочность всей решетки исчезает. [c.91]

Указанное изменение свойств связано с тем, что число образующихся пространственно направленных ковалентных связей, равное (8 — JV), оказывается недостаточным для образования трехмерной кристаллической структуры. В этих случаях свойства кристаллов определяются значительно более слабыми связями Ван-дер-Ва-альса, которые связывают между собой слои, цепочки, двухатомные молекулы или отдельные атомы в структуре элементов VB, VIB, VIIB и нулевой подгрупп соответственно. В обоих коротких периодах число электронов на атом, принимающих участие в образовании связей, т. е. валентность элемента, соответствует номеру группы JV, в которой располагается элемент. [c.48]

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]

Б Некоторых кристаллах силы, связывающие атомы между собой, по своей природе являются в основном гомеополярными или ковалентными. Типичный пример — структура алмаза, в которой, как видно из рис. 5, каждый атом углерода окружен четырьмя другим И, образующими тетраэдр. В данном случае каждый атом углерода, имея по четыре валентных электрона, делит по одному из них с каждым из четырех соседей, так что за исключением атомов, располагающихся на поверхности, каждый атом образует октет валентных электронов посредством образования просты х ко1валентных овязей, каждая из которых обеспечивается двумя электронами с противоположными спинами. [c.28]

Анализируя химическую связь в полупроводниках, Музер и Пирсон [25] ввели понятие о некоторой специфической полупроводниковой связи ,основной составной частью которой является ковалентная связь, обеспечивающая полупроводниковые свойства кристаллов. Они пришли к выводу, что для образования этой связи в элементарных полупроводниках необходимо наличие полностью заполненных 5- и р-орбиталей в валентных оболочках всех атомов. В полупроводниковых бинарных соединениях достаточно, чтобы хотя бы один из двух связанных атомов обладал заполненными 5- и р-валентными орбиталями. Присутствие пустых металлических орбиталей у другого атома, входящего в состав соединения, не уничтожает полупроводниковых свойств, если эти атомы не связаны друг с другом. Связи в полупроводниках должны образовывать одно-, двух- или трехмерную решетку, простирающуюся на весь кристалл. [c.72]

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]

Осн. типы X. с.— и о н н а я (электровалентная) и ковалентная (гомеополярная). Ионная Х.с, образуется при переносе валентных эл-нов с одного атома на другой и стабилизируется электростатическим взаимодействием между возникающими при этом ионами (напр., в кристалле Na l). При обобществлении эл-нов парой соседних атомов между атомами возникает ковалентная связь. Понижение энергии в таком случае выражается обменными интегралами, поэтому ковалентное вз-ствие иногда называют обменным взаимодействием. Кратность ковалентной X. с. равна числу обобществлённых электронных пар если число пар равно 2 или 3, то X. с. называют соответственно двойными и тройными. [c.837]

Во-вторых, В узлах решетки, которые в идеальном кристалле заполнены, атомы могут отсутствовать. Точечные дефекты такого вида называют вакансиями. В элементарной ковалентной решетке отсутствие одного атома (электрически нейтрального) не вызывает существенных нарушений в общем балансе электрических зарядов в кристалле. Однако в ионном кристалле (если рассматривать его в целом) вакансии в катионной или анионной подрешетке должны быть каким-то образом электрически скомпенсированы. Это условие выполняется,, если имеется эквивалентное количество катионных и анионных ва кансий или если на каждую ионную вакансию приходится такое же число нонов того же знака в междоузлиях. Комбинацию вакансии и иона в междоузлиях называют дефектом по Френкелю, а комбинацию анионной и катионной вакансий —дефектом по Шоттки. Требование компенсации заряда, как мы в дальнейшем покажем, может быть также удовлетворено, если в кристалле содержится примесь атомов с валентностью, отличной от валентности атомов самой решетки. Наконец, компенсации можно достигнуть простым введением избыточных электронов или, наоборот, удалением их из кристалла. Если вакансия образуется в металле, то происходит одновременное удаление положительно заряженного иона и компенсирующего электрона (электронов). [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...