ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Превращение неметаллов в металлы из "Химическое равновесие и скорость реакций при высоких давлениях Издание 3" При давлениях в десятки и сотни тысяч атмосфер происходит деформация электронных оболочек атомов, и кинетическая энергия электронов быстро возрастает. Электрические поля отдельных атомных ядер все более накладываются друг на друга, и внешние электроны приобретают возможность свободного движения, в результате чего вещества — неметаллы — должны переходить в металлическое состояние. [c.88] Альдер и Христиан [79] изучили изменение электрических свойств ряда ионных и молекулярных кристаллов под действием ударной волны. Они установили, что иод приобретает металлическую проводимость при ударном давлении около 130 кбар. Дэвид и Хаманн [80] обнаружили появление металлической проводимости у серы при ударном давлении около 230 кбар. [c.89] Упомянем недавнее исследование, в котором сделана попытка сопоставить появление металлической проводимости у иода с параметрами его кристаллической решетки. Линч и Дрикамер [81 ] исследовали влияние давления на параметры решетки иода. Иод обладает молекулярной решеткой с ван-дер-ваальсовыми силами связи и характеризуется весьма значительной сжимаемостью (на 35% при повышении давления от атмосферного до 200 кбар). У иода металлическая проводимость в направлении оси Ь появляется при давлении 60 кбар, а в плоскости ас — при 220 кбар. Авторы высказали предположение, что для осуществления металлической проводимости необходимо уменьшить расстояние между двумя соседними атомами иода до 3 А. [c.89] В последние годы были детально исследованы металлические переходы многих других полупроводников — как элементов (селена, кремния, германия, мышьяка, иттербия и др.), так и соединений. и работы принадлежат в значительной своей части Дрикамеру с соавторами и подробно рассмотрены в его важном обзоре [82]. [c.89] ЕI К Е 2 — уровни энергии электронов в занятой и свободной зонах г — среднее расстояние между атомами в кристалле Го — равновесное расстояние при нормальном давлении г — равновесное состояние в мо-мент пересечения энергетических зон. [c.89] Интересно, что в определенном интервале значений плотности металл при сжатии может превращаться в диэлектрик. Так, расчеты Г. М. Гандельмана, В. М. Ермаченко и Я. В. Зельдовича [84] позволили им высказать предположение, что при плотности 60 г/см (т. е. при давлении около 250 тыс. кбар) никель становится изолятором. Авторы объясняют это следующим образом Атом никеля имеет 28 электронов, т. е. как раз такое число, которое заполняло бы уровни с я = 1, 2 и 3, если бы расположение уровней не отличалось от водородоподобного при этом никель был бы благородным газом. В действительности в металле при нормальных условиях полоса 4s ниже полосы 3d. За счет перехода электронов с 3d на 4s и появляются незаполненные полосы, обусловливающие проводимость. При увеличении плотности уровень 4s быстро поднимается и становится выше уровней 3s, Зр и 3d. При этом возникает ситуация, когда заполнены все полосы с /г 3, и никель становится диэлектриком. При еще более высокой плотности следует ожидать пересечения полос Зр и 4d, после чего никель снова станет металлом . Авторы оценивают давление этого второго перехода выше 1500 тыс. кбар. [c.90] Большой интерес в последнее время вызвали сведения о получении новых металлов, которые сохраняются при атмосферном давлении в течение некоторого времени (особенно при низких температурах), хотя они термодинамически устойчивы (в большей своей части) только при высоких давлениях. Эти новые металлы были названы металлическими алмазами [85]. Речь идет об элементах и соединениях, обладающих в среднем четырьмя валентными электронами на один атом и способных при высоких давлениях претерпевать превращение из модификации с алмазной решеткой в более плотную металлическую модификацию с более высоким координационным числом. К числу таких новых металлов относятся металлические фазы всех элементов IV группы, а также нитрид бора, фосфид алюминия, арсенид галлия, антимонид индия и многие другие соединения в своих металлических модификациях— число их, по утверждению Дарнелла и Либби [85], составляет многие тысячи (см. также стр. 96). [c.90] Имеются экспериментальные данные, указывающие на появление металлической проводимости у газов при высоких давлениях. Оказалось, что в некоторых случаях можно получить газ с металлической проводимостью при сравнительно низком давлении. И. К. Кикоин с соавторами [86] исследовали электропроводность ртути в закритической области температур и давлений (применявшееся ими давление достигало 4 кбар). Авторы пришли к выводу, что проводимость ртути чрезвычайно быстро растет с повышением плотности. Впоследствии Франк и Гензель [87, 88] нашли, что пары ртути выше критической температуры (1490° С) при повышении давления всего до 2 кбар обнаруживают рост электропроводности на 4 порядка при относительно небольшом увеличении плотности. [c.91] Вернуться к основной статье