Когда возникает металлическая связь? Дайте представление о теории металлов (классической и квантовой), полупроводниках, диэлектриках и изоляторах.

Биология » Концепции современного естествознания » Когда возникает металлическая связь? Дайте представление о теории металлов (классической и квантовой), полупроводниках, диэлектриках и изоляторах.

Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов.

Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные заряженные ионы. Относительно свободные электроны, оторвавшиеся от атома, перемещаются между положительными ионами металлов. Между ними возникает металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы кристаллической решетки металлов.

Классическая теория - электроны ведут себя, как атомы идеального газа, но сталкиваются не между собой, а с ионами кристаллической решетки, чем объяснялось сопротивление металлов. Согласно классической теории, один грамм-моль вещества, содержащий N частиц, должен обладать энергией 3RT или теплоемкостью в 6 кал/моль.

Квантовая теория металлов - внешние электроны обладают коллективными свойствами, и их кинетическая энергия должна быть порядка ионизационного потенциала, т.е. (5-10) эВ вместо 3 • 10~2 эВ. Впоследствии была учтена разработанная для электронов в соответствии с принципом Паули статистика Ферми-Дирака, волновая природа электронов, и движение их в решетке металла стали рассматривать как рассеяние электронных волн. «Валентные электроны» в металле приобрели черты сжатого газа, который подчиняется статистике не Максвелла, а Ферми-Дирака.

Полупроводники характеризуются тем, что электроны полностью занимают валентную зону. Поэтому для увеличения энергии электрона ему нужно сообщить энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны. Поэтому электрические свойства кристалла определяются шириной запрещенной зоны. Электрическое поле не в состоянии сообщить такую энергию, и для небольшой ширины зоны может быть достаточно тепловой энергии. Изоляторы имеют большую ширину запрещенной зоны, и тепловой энергии уже недостаточно для перевода электронов через нее.

Собственная проводимость возникает в результате переходов электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости. Так идут два процесса: появление попарно свободных электронов и дырок и рекомбинация, которая приводит к попарному исчезновению электронов и дырок. В отсутствие поля они движутся хаотически. При включении поля происходит перенос заряда в кристалле, который накладывается на хаотическое движение.


Также смотрите:

Обмен витаминов
Витамины – это необходимые для жизни животных органические низкомолекулярные соединения различной химической природы. Они служат биокатализаторами, являясь активной частью коферментов, отдельных биохимических и физиологических процессов, обладающих высокой биологическ ...

Свойства нерва и мышцы после образования синапса чужим нервом
Первые наблюдения о последствиях формирования синапсов чужим нервом относятся к 1904 году, когда Лэнгли и Андерсон провели выдающееся исследование, показавшее, что мышцы кошки могут иннервироваться преганглионарными холинергическими симпатическими волокнами, которые в ...

Ведущие природные факторы внутриландшафтной дифференциации беспозвоночных высокогорий. Геоморфологический фактор
Большой Кавказ в тектоническом отношении является эпигеосинклинальной геотектурой. Он имеет резко выраженное асиммитричное строение, обусловленное системой крутых сбросов и надвигов и подразделяется на два типа тектонических структур – блоковые или глыбовые хребты на ...