А. Ф. Новиков строение вещества



Pdf көрінісі
бет54/78
Дата04.11.2023
өлшемі2,4 Mb.
#189767
түріУчебное пособие
1   ...   50   51   52   53   54   55   56   57   ...   78
Байланысты:
1022 3

 
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


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   50   51   52   53   54   55   56   57   ...   78




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет