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: