Металлы зоны энергии

Непрозрачность и характерный металлический блеск металлов обусловлены структурой энергетических уровней металлов. Близость энергий большого количества занятых и свободных уровней приводит к тому, что любому кванту видимого света с энергией Е = Н и всегда имеется такая пара энергетических уровней, один из которых находится в валентной зоне, а другой — в зоне проводимости, что разность их энергий равна Е. В этом случае электрон из валентной зоны, поглощая квант света, переходит в зону проводи.мости. Свет не отражается, а поглощается. Поэтому металлы непрозрачны. В то же время металлам характерен блеск, который появляется в результате испускания света при возвращении возбужденных светом электронов на более низкие энергетические уровни. [c.151]

Максимальная скорость изотопного обмена при адсорбционно-десорбционном механизме соответствует заполнению хемосорбированным водородом —0,5 поверхности. Поэтому значение энергии связи водорода с поверхностью должно быть не слишком большим и не слишком малым. Такому оптимальному содержанию d-электронов соответствует электронная структура никеля и платины. При переходе к меди — металлу с заполненной d-зоной — энергия связи водорода с поверхностью металла и скорость хемосорбции резко уменьшаются. [c.56]

В переходных металлах -зона лишь частично заполнена и перекрывается с лежащей выше соседней х-зоной, которая без перекрывания была бы не заполнена. Магнитные свойства таких металлов определяются их зонной структурой. В качестве примера рассмотрим никель и медь (рис. 23). Медь имеет целиком заполненную З -зону, которая содержит десять электронов, половина из них имеет спины, направленные вверх, а у другой половины электронов спины направлены вниз, и, кроме того, в этой зоне имеется один 45-электрон. У атома никеля на один электрон меньше, и вследствие перекрывания 45- и Зй-зон и перехода части Зй-электронов в 45-зону у каждого атома в Зй-зоне не достает примерно 0,54 электрона. В результате так называемого обменного взаимодействия в З -зоне имеется избыток электронов с одним направлением спина (расщепление З -зоны), что приводит к появлению ферромагнетизма.. Выше определенной температуры (температуры Кюри) тепловая энергия электронов нарушает слабое обменное взаимодействие, в результате чего, как показано на рис. 23, в, все электроны спарены, т. е. распределяются поровну между двумя возможными спиновыми состояниями. [c.46]

Строго говоря, для различных разобранных в теории случаев это выран еиие оказывается лишь очень близким к приведенному выше и содержит в члене, зависящем от импульса, коэффициент а, значение которого — порядка единицы и равно, например, для натрия 1,05, для меди 1,07 и для лития 0,75. Может быть, близость коэффициента а к единице и является объяснением того обстоятельства, что достаточно грубое, вообще говоря, приближение свободных электронов иногда приводит к результатам, вполне удовлетворительно согласующимся с экспериментом в той части, которая обусловлена характером распределения валентных электронов в металле по энергии. Эта формула должна давать удовлетворительные результаты для мета.ллов с небольшим числом валентных электронов, до тех пор пока их энергия не станет приближаться к значениям, характерным для границы области разрешенных энергий, границы рассматриваемой зоны Бриллюэна. Для этой области энергий (достаточно удаленной от границ зоны) нетрудно подсчитать и число возможных состояний электронов заданной энергии в объеме (Д/с) пространства импульсов. [c.25]

Увеличение скорости съема металла Q связано с увеличением реализуемой в рабочей зоне энергии которая в условиях [c.155]

Металлический проводник. Для одновалентных металлов (рис. 60, б) зона L наполовину занята валентным электроном, поэтому может быть поглощена дополнительная энергия и возможно прохождение тока. У двухвалентных металлов зона G занята полностью, однако вследствие сильного искажающего влияния кристаллического поля осуществляется перекрывание этой зоны с более высокими зонами, что и обусловливает возможность поглощения энергии (рис. 60, в). [c.173]

Так, кристаллическое строение металлов больших периодов может быть связано со строением внешних электронных оболочек. Число электронов, переходящих в электронный газ, определяет электронную концентрацию данной металлической структуры и строение внешней оболочки иона. Ненаправленное взаимодействие образовавшихся ионов с коллективизированными электронами обусловливает главную металлическую компоненту межатомной связи в металлах. Чем выше концентрация электронного газа и чем меньше размеры ионов, тем выше энергия металлической связи. Внешние валентные электроны в металлах коллективизированы и не образуют гибридных пар. В металлах с кубическими плотными упаковками направленных связей вообще не существует. Такие связи появляются только в результате обменного взаимодействия внешних оболочек ионов, когда они сближаются вследствие взаимодействия ионов с электронным газом и перекрываются. Обменная компонента связи ионов с внешними р - или ( -оболочками обусловливает существование объемноцентрированной кубической структуры. Такая концепция заключает в себе достоинства модели свободных электронов и зонной модели, а вместе с тем представляет распространение квантовой теории валентности на область металлического состояния, позволяя из электронного строения оболочек ионов полз ить определенные данные о кристаллической структуре металлов. Зонная теория металлов, в которой при построении зон Бриллюэна исходят из заранее заданного типа решетки кристалла, позволяет успешно вычислять целый ряд электронных, магнитных и других свойств металлов и сплавов эта теория остается справедливой. [c.229]

Число валентных электронов, несомненно, играет важную роль при решении вопроса — является ли вещество металлическим или нет, но это, безусловно, не единственный критерий. Действительно, число элементов, которые могут считаться металлами, в каком-либо ряде периодической системы зависит, как мы знаем, от расположения этого ряда. Так, в первом ряду, вероятно, только литий и бериллий могут считаться металлами, тогда как в следующих рядах такие элементы, как мышьяк, сурьма, висмут и даже теллур, часто рассматриваются как металлы из них у первых трех некоторые физические свойства носят более резко выраженный металлический характер. Как указано выше, это ни в коем случае не должно означать, что все валентные электроны свободны, и, действительно, мало вероятно, чтобы в этих сильно отрицательных элементах число свободных электронов относилось к числу атомов, как 1 1. Чтобы придать веществу некоторые физические свойства металлов, не требуется большого числа свободных электронов (которые можно определить как электроны не вполне заполненных зон энергии). В тех случаях, когда имеются четыре и более валентных электрона, как, например, у висмута или кремния, связи являются преимущественно ковалентными. Эти [c.374]

Дпя большинства металлов в реальных условиях электрохимическая коррозия протекает гетерогенно-электрохимическим путем, т.е. через локальные элементы. Разные точки поверхности металлов различаются энергией и свойствами, что отражается на кинетике электрохимической реакции. Особенно много таких зон возникает, когда металл содержит инородные включения (рис. 3.4). При наличии электролита с высокой элктропроводностью на этих неоднородностях появляются местные гальванопары, теорию которых разрабатывали де ля РиБ, А.К. Фрумкин, Ф.И. Гизе, H.A. Изгарышев, Г.В. Акимов, А.И. Голубев и др. Однако в том случае, когда интересует только общая величина коррозии, а не распределение ее по поверхности, всю корродирующую поверхность можно считать однородной. Следует иметь в виду, что при такой замене средняя скорость коррозии не определяет опасность коррозионных разрушений (может иметь место питтинговая коррозия). При этом скорость коррозии характеризуется ано,дной плотностью тока Л = //5а, где 5 - площадь анода. Причины появления неоднородности металлов - макро- и микровключения, неоднородность сплава (наличие сварных швов), разнородность металлов, нарушение изоляционного покрытия, наличие на металле окалины, ржавчины, неравномерная деформация, неравномерность приложенных нагрузок и др. [c.37]

Зоны энергии в металлах и сплавах. Хотя подробное обсуждение этого вопроса выходит за рамки настоящей книги, следует сделать некоторые указания о методах, применяемых при рассмотрении энергетических состояний электронов в металлах Энергетическое состояние свободного или частично свободного электрона можно охарактеризовать тремя квантовыми числами, которые описывают состояние его движения соответственно в х-, у- и 2-направлениях. Эти квантовые числа очень тесно связаны с волновым числом (т. е. с обратной величиной длины волны) волны, связанной с электроном, как это очевидно из обсуждения в гл. IV, в которой было рассмотрено движение электрона в ящике. Действительно, из уравнения (Зв) гл. IV видно, что волновые числа следующих один за другим уровней энергии в случае движения в одном измерении находятся в отношениях 1 2 3 4... Если движение происходит в трех измерениях и рассматриваемая волна имеет направление не параллельное одной из осей, то ее волновое число к определяется компонентами волнового числа к , ку, к в направлениях х, у, и г в соответствии с уравнением [c.384]

Для щелочных металлов с наполовину заполненной 8-зоной энергия ионизации убывает с ростом размера кластера. Для кластеров верх р-зоны с ростом кластеров вначале убывает (энергия ионизации возрастает), а затем возрастает подобно кластерам щелочных металлов. Такой переход к совпадению с предсказаниями классической капли начинается где-то на уровне 25 атомов в кластере. [c.261]

В металле граничная энергия Ферми расположена в одной из энергетических зон. Поверхность Ферми — сложная периодическая поверхность, которая у большинства металлов непрерывным образом проходит через всю обратную решетку (открытая поверхность — по терминологии 2). Замкнутая поверхность Ферми, очевидно, периодически повторяется в каждой ячейке р-пространства. [c.111]

Показано, что основной движущей силой химического взаимодействия между атомами соединяемых металлов является энергия, высвобождаемая при выходе в зону физического контакта дефектов кристаллической решетки, являющихся следствием термически активируемой пластической деформации. Химическое взаимодействие (образование металлических связей) между соединяемыми поверхностями происходит на активных центрах, которые можно представить как участки поля упругих искажений вокруг вышедших в зону физического контакта отдельных дислокаций или их скоплений, в пределах которых энергетическое состояние атомов соответствует уровню, необходимому для разрыва старых и образования новых связей. Иллюстраций 4. Библ. 7 назв. [c.232]

Зонная теорий ( 50) показывает, что изоляторы и полупроводники в отличие от металлов не содержат частично заполненных энергетических зон. В изоляторах и полупроводниках (при отсутствии теплового или другого возбуждения) зоны, следующие за валентными (заполненными) зонами, являются пустыми, т. е. не. содержат электронов. Проводимость может возникнуть в них только в результате частичного перехода электронов из валентной зоны в ближайшую пустую зону. Возможность и вероятность такого перехода зависит прежде всего от того, насколько эта зона находится выше (по энергетическому уровню), чем валентная зона, т. е. какова затрата энергии, необходимая для такого перехода. Энергетический интервал между этими зонами называют запрещенной зоной, так как в этом интёрвале энергии электроны не могут находиться. Количество энергии, необходимой для указанного перехода, называют обычно шириной запрещенной зоны и выражают в электрон-вольтах. [c.148]

Действие этих активных сред, за исключением радиационных, начинается с адсорбции на границе раздела фаз. Взаимодействие по поверхности металла или проникание в объем металла является уже вторичным процессом, результатом которого в определенных условиях может быть хрупкое разрушение, характерное зеркальным сколом по плоскостям спайности кристаллов. В пластичных металлах часть энергии, освобождаемой при раскрытии трещины, расходуется на создание новой свободной поверхности, а другая часть — на пластическое течение металла. Поэтому в зоне разрушения, наряду с хрупким сколом, может происходить и пластическая деформация. [c.183]

Бериллий представляет собой более сложный пример металла, чем литий. В изолированном атоме бериллия имеется ровно столько электронов, чтобы полностью заполнить его Ь- и 2 -орбитали. Поэтому в металлическом бериллии такое количество электронов, что они полностью заполняют его 25-зону делокализованных орбиталей. Если бы 2р-зона не перекрывалась с 2 -зоной (рис. 14-26), бериллий не обладал бы хорошей электропроводностью, потому что для перемещения электронов в кристалле такого металла потребовалась бы энергия их возбуждения в 2р-зону, равная интервалу между 25- и 2р-зонами. Однако эти две зоны в кристалле бериллия перекрываются, и, таким образом, у него появляются незанятые делокализованные орбитали, расположенные на бесконечно малом расстоянии над высшими заполненными орбиталями. Благодаря этому бериллий является металлическим проводником. [c.628]

Полупроводники обладают свойством пропускать электрический ток при условии, что они получают извне сравнительно небольшую энергию, необходимую для возбуждения электронов из нижней заполненной валентной зоны в верхнюю пустую зону проводимости. Поскольку при повышении температуры число возбуждаемых электронов возрастает, проводимость полупроводника увеличивается с температурой. Это свойство полупроводников совершенно противоположно поведению металлов при повышении температуры. [c.631]

Если принять для перехода ионов металла из точки Р (рис, 26) в междоузлия решетки окисла полупроводника п-типа, что W н — энергия, соответствующая этому переходу, Ф — энергия, необходимая для перехода электрона из металла в зону проводимости окисной пленки (рис. 27), а Е — энергия сиязи электрон—ион в междоузлии, то величина — Е будет энергией раство- [c.50]

Причинами межкристаллитного растворения твердых металлов в жидком могут быть 1) более высокий уровень потенциальной энергии атомов,находящихся в межкристаллитных зонах, по [c.144]

Отметим важное обстоятельство, связанное с терминологией, принятой в теории металлов и в физике полупроводников. В металлах величина энергии Ферми зависит только от конпентрапии электронов и соответствует максимально возможной энергии занятого электронного состояния (при Г = О энергия Ферми и химический потенпиал совпадают). При конечных температурах химический потенпиал зависит от температуры (соотношение (8.128)), однако, поскольку электронный газ в металлах вырожденный, его конпентрапия фактически не зависит от температуры, что и предопределяет соответствие химический потенпиал примерно равен энергии Ферми (гл. 8). Напротив, в полупроводниках электроны проводимости появляются только при конечных температурах, что отвечает возбужденному состоянию. В результате конпентрапия носителей заряда сильно зависит от температуры, вследствие чего химический потенпиал, который в физике полупроводников обычно также называют уровнем Ферми, есть функпия конпентрапии и температуры. Так, для собственных полупроводников уровень Ферми 1 находится в запрешенной зоне. [c.248]

Еще одним весьма важным отличием металлов от других кристаллов является расположение зоны проводимости, следующей за валентной зоной и более высокой, чем она, по энергии. Зона проводимости образуется из незанятых электронами энергетических подуровней атомов точно таким же образом, как валентная зона образуется из занятых валентных подуровней. В кристаллах металлов зона проводимости перекрывается с валентной зоной (рис. 22.4,а) другими словами, эти зоны создают непрерывный ряд тесно расположенных энергетических уровней. Термин зона проводимости означает, что электроны с соответствующими ей энергиями способны легко высвобождаться из-под влияния отдельных ядер и перемещаться по всему кристаллу. В твердых металлах при обычных температурах валентньш электроны распределяются не только по валентной зоне, но и по нижним уровням зоны проводимости. При наличии внешнего напряжения, приложенного к кристаллу металла, электроны [c.390]

Во второй главе Исследование металла сварных соединений и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода исследованы изменения механических характеристик металла сварных соединений, выполненных газопрессовой (ГПС) и электродуговой (ЭДС) сваркой, и основного металла нефтепровода после длительного срока эксплуатации (50 лет). Проведены испытания образцов из основного металла, металла швов и зон термического влияния (ЗТВ) сварных соединений, выполненных ЭДС, и металла зоны сварки, включающей зону сплавления и зону влияния, сварных соединений, выполненных ГПС (сталь Ст4сп), на растяжение и ударный изгиб. Испытания на растяжение проводились на универсальной разрывной машине фирмы MST со скоростью деформации, равной 8-10 с при комнатной температуре. Испытания на ударный изгиб проводились на маятниковом копре МК-30 с энергией удара, равной 150 Дж. В результате испытаний определены механические характеристики (предел прочности, предел текучести, относительное равномерное сужение, относительное сужение при разрыве) и значения ударной вязкости для основного металла, металла швов и металла ЗТВ сварных соединений, выполненных ЭДС, и металла зоны сварки стыков, выполненных ГПС (табл. 1). Установлено, что механические характеристики металла зоны сварки стыков, выполненных ГПС, значительно ниже, чем характеристики металла электродуговых швов и основного металла. Значение предела прочности основного металла после 50 лет эксплуатации находится в пределах, указанных в ГОСТ и сертификате на трубы. При испытаниях на ударную вязкость установлено, что в сварных швах и зонах термического влияния значения ударной вязкости более низкие по сравнению с основным металлом, что указывает на высокую вероятность хрупкого разрушения швов. Такие низкие значения могут быть обусловлены влиянием микроструктуры, а также наличием непроваров и пор, обнаруженных в швах. При этом для металла зоны сварки газопрессовых сварных стыков значения ударной вязкости ниже, чем для металла электродуговых швов и основного металла, что, по-видимому, обуслов- [c.9]

Близкие значения удельной каталитической активности для платины и никеля, а также резкое падение активности нри переходе от никеля к меди и от платины к золоту свидетельствуют о зависимости каталитической актх вности от числа неспаренных электронов в -зоне металла. Число неснаренпых электронов в -зоне влияет на энергию связи хемо-сорбированного водорода с металлом. На металлах с незаполненной -зоной (железо [21], никель [22]) адсорбция водорода протекает с большой скоростью и даже при низких давлениях отвечает покрытию большей части поверхности. При адсорбционно-десорбционном механизме обмена максимальная скорость реакции соответствует заполнению поверхности хемосорбированным водородом приблизительно наполовину. Поэтому падение энергии связи водорода с поверхностью металла, соответствующее уменьшению числа неспаренных электронов в -зоне в ряду Ге—Со—N1, приводит к увеличению удельной каталитической активности. При переходе к следующему металлу — меди — с заполненной -зоной энергия связи водорода с поверхностью металла и скорость хемосорбции резко уменьшаются. [c.74]

Заметим, что параллельно работам Писаржевского и его учеников в 20-х и начале 30-х годов появились работы также и других ученых, обратившие внимание на важность электронных представлений. Предположения, аналогичные тем, которые были сделаны Писаржевским, о ионизации реагентов под действием электронов твердого тела высказали в 1928 г. Брюэр [154], в 1933 г. Шмидт [155] и в 1935 г. Нирон [156]. В 1929 г. Ридил и Уопсбро-Джонс [157] установили связь между работой выхода электрона из металлов и энергией активации окисления этих металлов. В 1932 г. Леннард-Джонс [158] впервые высказал возможность образования ковалентной связи между поверхностью адсорбента и адсорбированным атомом путем спаривания электронов адсорбата с электронами из зоны проводимости металла. Однако и эти работы, подобно исследованиям Писаржевского, не могли подняться выше уровня, который диктовался классической физикой. Поэтому их тоже следует раС сматривать не как основу, а только как источник развития ho-вейших электронных представлений в катализе. [c.240]

Мотт и Герни [2П показали, что для термического освобождения электрона из /-центра в галогенидах щелочных металлов нужна энергия порядка 1,9 эв. Поэтому время, в течение которого электрон остается в /-центре, должно при комнатной температуре быть равным примерно 10 сек, если для частотного фактора принимается максимальное значение, а именно 10 сек . Следовательно, если бы /-центр мог разлагаться только термическим путем с переходом электрона в зону проводимости, то при комнатной температуре нельзя было бы ожидать обесцвечивания кристаллов. Тем не менее в кристаллах, окрашенных путем облучения рентгеновскими лучами, часто наблюдается [60] заметное обесцвечивание при температурах [c.113]

Строго говоря, уравнение (46) представляет собой в отношении функции Л (v J) интегральное уравнение, решение которого принципиально позволяет находить функцию распределения свободных уровней энергии в зоне проводимости металла, исходя пз определенной на опыте зависимости коэффициента поглощения от частоты в пределах истинного края поглощения. Один из методов приближенного решения этого уравнения был предложен автором этой книги [122]. Однако подобные расчеты весьма громоздки и утомительны. Поэтому их проведение может себя оправдать лишь в наиболее интересных случаях. Как правило, экспериментально наблюдающаяся для большинства металлов форма кривой поглощения в области истинного края хорошо описывается арктангенсоидой, получающейся из (46) в предположении постоянства в пределах края функции Л (v g). Это допущение эквивалентно предположению о равномерности распределения вакантных незанятых уровней металла по энергиям в той области энергий, куда осуществляется переход К-электронов в результате поглощения рентгеновских лучей металлом. Арктангенсоидальный ход кривой поглощения в пределах основного края весьма мало нарушается даже в том случае, если принять функцию iV(v g) пропорциональной квадратному корню пз энергии (в согласии с требованием теории свободных электронов). Тогда теоретическая кривая [i.(v) растет быстрее арктангенсоиды со стороны коротких волн и [c.190]

Уже в 1928 г. Рогинский и Шульц [4] подчеркнули важность электронных представлений, а Ридиэл и Уонсбро-Джонс [5] установили связь между работой выхода металлов и энергией активации их окисления. Брюэр [6] в 1928 г., Шмидт [7] в 1933 г. и Найроп [8] в 1935 г. предположили, что в некоторых каталитических процессах поверхность может способствовать ионизации адсорбированных веществ. Леннард-Джонс [9] в своей теории хемосорбции на металлических поверхностях рассмотрел возможность образования ковалентной связи путем спаривания валентного электрона адсорбированного атома с электроном из зоны проводимости металла. [c.7]

НЭШ потенцизл нулевого за ряда металла (Уцз), свободная поверхностная энергия металла ( поверхностное натяжение металла) ме, энергия кристаллической решетки металла кр и др. [44—53]. Эти характеристики для одного и того же металла существенно отличаются в зависимости от состояния его внешней (видимой) и внутренней (микротрещины, совокупность внутренних дефектов) поверхности. Эти характеристики различны также для зоны ювенильного металла и внешней зоны наклепа — слоев деформированного металла, образующегося в результате механической обработки. Для стали зона наклепа может распространяться а глубину от 0,01 мм (при протяжке) и до 3—4 мм (при точении, прессовании) [44]. [c.18]

Формирование значительного количества 5- феррита в структуре околошовного металла резко уменьшает склонность сварных соединений к образованию холодных трещин. Образование большого количества 5- феррита характерно для 13% -ных хромистых сгалей с содержанием С < 0,1%. Количество 6- феррита в структуре околошовного металла зависит от уровня температуры нагрева. В участках, нагреваемых до температур, близких к температуре соли-дуса, количество 6- феррита в структуре может стать подавляющим. Такая структура характерна для участка зоны термического влияния, примыкающего к линии сплавления со швом и подвергающегося при сварке влиянию наиболее высоких температур. Ширина этого участка мало зависит оз температуры подогрева, но возрастает с погонной энергией сварки. Поэтому ддя сталей 08X13 и 08Х14МФ с увеличением ширины участка с большим количеством 6- феррита отрицательное влияние его на вязкость сварных соединений возрастает. [c.238]

Металлы группы железа и платины также образуют -и -сплавы, например, СоА1 и Ре52по1- Отношение числа электронов к числу атомов следует правилу Юм-Розери, если принять, что железо или платина не отдают своих валентных электронов. Были сделаны некоторые попытки объяснить это правило на основании квантовых состояний в зонах энергии в сплавах (см. 18.4). [c.381]

Пайка в общем случае может осуществляться в среде нейтральных или активных газов, а также на воздухе под слоем растворов или расплавов различных флюсующих веществ, с которыми металлы в зависимости от химизма флюсования могут в той или иной степени взаимодействовать. Реакции в зоне найки при этом могут протекать по различным направлениям. Наиболее быстро протекает реакция, которая имеет наименьшую энергию активации. Если реакция не требует разрыва имеющихся в поверхностном слое основного металла и припоя связей, то в первую очередь по ним будет протекать взаимодействие, На границе основной металл — расплавленный припой могут протекать взаимодействия металлов с газами, продуктами разложения окисных и других пленок, флюсами. Поэтому наличие на поверхности металлов адсорбированных или химически связанных пленок приведет к уменьшению количества взаимодействий между атомами основного металла и расплавленного припоя и, в итоге, к снижению прочности сная. Это обстоятельство, а также сообщение поверхностным атомам твердого и жидкого металлов дополнительной энергии активации вынуждают обращать особое внимание на удаление с поверхности взаимодействующих металлов окисных пленок и прослоек, разграничивающих взаимодействующие твердый и жидкий металлы. [c.14]

Высокая электропроводность металлов обусловлена тем, что либо не все уровни валентной зоны заняты, либо две зоны — валентная и возбужденная — перекоывают одна другую и также имеют достаточное число вакансий. Так как расстояние внутри данной зоны мало, то уже при незначительной энергии поля электроны будут переходить на следующие уровни и принимать участие в переносе тока. [c.136]