А. Ф. Новиков строение вещества
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
|
3.4. Металлические кристаллы Как мы только что убедились на примере ионных кристаллов, некоторые из типов взаимодействия атомов в твердом теле могут быть более или менее удовлетворительно описаны без привлечения квантовой теории. Однако в большинстве случае обойтись без квантово-механических представлений невозможно. Одно из подтверждений этому – всем хорошо известные твердые тела металлического типа. К металлам относятся около 80 элементов Периодической системы, то есть подавляющее большинство. Несмотря на все многообразие и различие их свойств, всем металлам присущи такие отличительные свойства, как высокая электро- и теплопроводность, пластичность, упругость при действии внешних усилий. Все металлы непрозрачны в широком диапазоне электромагнитного спектра, обладают характерным блеском. Эти особенности не могут не быть обусловлены особым типом химических взаимодействий и как следствие – особой структурой. 68 Основу структуры металла, как установлено, составляют ионы, причем одного знака – положительные. Каким же образом может существовать система (и в отдельных случаях проявлять наивысшие показатели прочности и тугоплавкости), составленная из ионов одного знака, где должны, казалось бы, преобладать исключительно силы отталкивания? Химическая связь в металлах может быть объяснена только в рамках квантово-механической теории. Для объяснения подробностей межатомного взаимодействия в металле необходимо привлечь представления метода молекулярных орбиталей, рассмотренные ранее, и применить их к системе, состоящей из многих частиц, каковой является металлический кристалл. Согласно методу молекулярных орбиталей перекрывание атомных орбиталей приводит к образованию двух энергетических уровней: с более низкой, чем у исходных атомов, энергией (связывающая орбиталь) и с более высокой (разрыхляющая орбиталь). При размещении электронов на связывающей орбитали образуются двухатомные молекулы, например, обнаруженные в паровой фазе молекулы натрия Na 2 и лития Li 2 . Если во взаимодействие вступают не два атома, а три, четыре и более, то в этом случае в системе появятся уже не две молекулярные орбитали, а три, четыре и так далее. При этом если энергия связи двух ближайших частиц не изменяется, то также остается, в основном, постоянной и разность энергий между самой нижней связывающей и самой верхней разрыхляющей орбиталями. Таким образом, в ограниченном энергетическом интервале при взаимодействии N частиц появляется N энергетических уровней. Если число N велико, например, это число Авогадро N A , то получается, что внутри ограниченного энергетического промежутка размещается около 6·10 23 уровней, на которых может разместиться такое же или большее количество электронов. Понятно, что эти уровни оказываются неразличимо близки друг к другу и образуют практически сплошную зону разрешенных значений энергий электронов. В этом случае говорят, что энергетический уровень электрона изолированного атома, преобразовался в энергетическую зону кристалла. Это наглядно представлено на рис.50. Чем ниже энергетический уровень исходного атома, тем меньше ширина энергетической зоны. Так, 1 s - орбитали испытывают очень малое расщепление. Рассмотрим связь в металлическом литии Li . Исходная одноатомная 2 s - орбиталь лития содержит всего один электрон, то есть она занята лишь наполовину. При образовании кристалла из N A атомов образуется энергетическая зона, составленная из 6·10 23 уровней, причем из них жүктеу/скачать 2,4 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|