ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура твердых тел из "Основы общей химии Т 1" Производимые на основе подобных фотографий расчеты позволяют не только устанавливать взаимное пространственное расположение частиц, но и получать указания по вопросу о самой их природе. С этой точки зрения следует различать четыре основные типа структур твердого вещества, схематически показанные на рис. 111-56. [c.109] Образованные по атомному типу твердые вещества характеризуются обычно высокими температурами плавления и большой твердостью. Обе эти особенности обусловлены тем, что ковалентные связи соединяют атомы друг с другом весьма прочно. Типичным примером обладающих атомной структурой твердых веществ может служить алмаз, в котором каждый атом углерода непосредственно связан с четырьмя другими. [c.109] Типичной для твердого состояния веществ, образованных ионными молекулами, является ионная структура, характеризующаяся наличием в узлах пространственной решетки отдельных ионов. Как показывает рис. 111-56, каждый из них находится в совершенно одинаковом отношении ко всем непосредственно окружающим его ионам противоположного знака. Таким образом, при переходе в твердое состояние индивидуальность отдельных молекул нацело теряется весь кристалл ионного соединения представляет собой гигантскую единую частицу. [c.110] Очевидно, что при разложении кристаллов на свободные газообразные ионы то же количество энергии должно было бы поглотиться. [c.112] Причины столь резкого различия свойств выясняются из рассмотрения рис. 111-61. Результатом всякого механического воздействия на твердое вещество является смещение отдельных слоев его пространственной решетки. При подобном смещении в а т о м н о и структуре сцепление между слоями нарушается из-за разрыва валентных связей, в ионной — из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных ионов. Совершенно иначе обстоит дело в металлической структуре благодаря возможности свободного перераспределения электронов сцепление между слоями здесь все время сохраняется. [c.113] Согласно этой зонной теории, для металлов характерно то, что число подуровней внешней зоны больше числа заполняющих ее электронных пар (и отдельных — холостых — электронов), т. е. в пределах самой этой валентной зоны имеются дополнительные возможности размещения электронов. Так как отдельные подуровни одной и той же зоны энергетически очень близки друг к другу, перераспределение электронов металла по соседним подуровням осуществляется легко, с чем и связаны особенности металлического состояния. [c.114] Как видно из рис. 111-62, при расщеплении атомного энергетического уровня появляются подуровни с энергиями не только меньшими, но и большими исходной. Вырывч-ние электрона с самого верхнего заполненного подуровня валентной зоны должно, следовательно, происходить легче, чем с исходного атомного уровня. Этим и обусловлено существенное уменьшение работы выхода электрона из металла по сравнению с ионизацией отдельного атома того же элемента. Например, ионизация атома Ag требует затраты 7,6 эв, а работа выхода электрона из металлического серебра составляет 4,7 эв. [c.114] В отличие от металлов, в неметаллических структурах электронами заполнены все возможные подуровни валентной зоны. Изменение состояния какого-либо электрона могло бы поэтому произойти только путем перевода его в следующую возможную зону ( зону проводимости ). Так как такой перевод обычно требует очень большой затраты энергии (например, около 6 эв для алмаза), он не происходит, что внешне выражается отсутствием у неметаллических структур хорошей электропроводности и других особенностей металлов. [c.114] Электропроводность полупроводников обладает интересной особенностью. Каждый покидающий валентную зону электрон оставляет дырку в одном из ее подуровней. Под действием внешнего электрического поля место этой дырки занимает соседний электрон, тем самым оставляя дырку на своем прежнем месте. В результате дальнейших повторений такого процесса получается, что дырка движется от плюса к минусу, т. е. так, как если бы она несла положительный заряд. Это позволяет говорить о двух видах проводимости в полупроводниках — э л е к тр о н н о и (обусловленной движением электронов, перешедших в ранее свободную зону проводимости) и дырочной (происходящей за счет освобождения мест в исходной валентной зоне). Для отдельных полупроводников более характерна или одна, или другая из них. Например, для германия более характерна электронная и-хип) а для селена дырочная (р-тп) проводимость. [c.114] Если бы в жидкой ртути все атомы располагались строго закономерно (как в твердом теле), кривая вероятности нахождения какого-либо атома на том или ином расстоянии от исходного (расположенного в начале координат) должна была бы иметь ряд резко выраженных максимумов и минимумов. Напротив, если бы в расположении атомов господствовал характерный для газов полный беспорядок, то на всех расстояниях, превышающих предел возможного сближения атомов друг с другом, вероятность нахождения должна была бы быть одинаковой (что на рис. 111-65 соответствует пунктирной линии). Как видно из рисунка, полученная при помощи рентгеновских лучей экспериментальная кривая отражает некоторое промежуточное состояние хотя тот или иной атом и может находиться на любом превышающем примерно 2,5 А расстоянии от исходного, однако, вероятность его нахождения на некоторых о п р е-д е л е н и ы х расстояниях (приблизительно 3 6 и 8,5 А) является наибольшей, а на некоторых других (приблизительно 4,5 7,5 и 10 А), — наименьшей. Иначе говоря, характерное для твердых тел строго закономерное расположение частиц как бы пред-существует в жидкости. [c.115] Распределение жидкой ртути. [c.115] Вернуться к основной статье