Энергетические свойства кристаллов

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ [c.210]

Как показано на рис. III.7, примесные атомы алюминия и фосфора замещают атомы кремния в узлах решетки. Энергетическая однородность кристалла при этом нарушается. Атомы алюминия имеют лишь по три валентных электрона, что приводит к дефициту одного электрона в каждом занимаемом ими узле кристаллической решетки. Однако при сообщении атому алюминия небольшой энергии порядка 5,5 кДж/моль он захватывает недостающий электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион и образуя вблизи себя положительно заряженную дырку. Электрическая нейтральность кристалла при этом сохраняется. Аналогичное алюминию действие оказывают на свойства полупроводниковых кремний и германия примеси и других элементов, таких, как бор, галлий, индий, цинк, железо, марганец. Их называют акцепторными примесями. [c.80]

Зонная теория твердого тела позволяет объяснить основные физико-химические свойства кристаллов высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов, особенности проводимости в полупроводниках, изолирующие свойства диэлектриков и т. п. Электрическая проводимость кристаллов определяется наличием квазисвободных электронов, способных к направленному перемещению под действием внешнего электрического поля. Если на электрон действует сила, определяемая напряженностью электрического поля, то он начинает двигаться с ускорением и его кинетическая энергия при этом возрастает. В зонной модели, которая является результатом применения представлений квантовой механики к твердому телу, возрастание энергии электрона равносильно его переходу на более высокий энергетический уровень. При наличии в зоне разрешенных энергий вакантных уровней, ко- [c.309]

Вакансия, образовавшаяся по этому механизму, называется дефектом по Шоттки. В кристаллах металлов энергетически более выгодные дефекты по Шоттки, хотя возможно одновременное возникновение дефектов по Шоттки и Френкелю, однако дефектов по Френкелю формируется настолько мало, что их можно не учитывать в расчетах свойств кристаллов. [c.174]

Расположение зон (ближе или дальше друг от друга) и их заполненность электронами обусловливают свойства кристалла как диэлектрика (изолятора), полупроводника и проводника. При условии перекрывания валентной зоны и зоны проводимости вещество ведет себя как проводник. Если зоны не перекрываются, достаточно далеко удалены друг от друга и валентная зона полностью заполнена электронами, вещество проявляет свойства диэлектрика. Энергетический разрыв между зоной проводимости и валентной зоной называется запрещенной зоной. Количественно способность веществ проводить электрический ток оценивается по ширине запрещенной зоны Е. У диэлектриков ширина запрещенной зоны выше 3 эВ, у полупроводников от 3 до 0,1 эВ и у проводников (металлов) запрещенная зона отсутствует, АЕ=0 (рис. 4.15). [c.182]

Следовательно, энергетические характеристики кристаллов и их физические свойства (твердость и другие) можно сопоставлять только при условии однотипности кристаллических структур и связей. [c.212]

Кристаллы имеют дополнительные элементы симметрии — Трансляционные. Трансляцией называется такое пространственное преобразование, при котором перемещения всех точек одинаковы. Наличие трансляционной симметрии у кристалла приводит к образованию энергетических зон электронов, что, в свою. очередь, определяет многие свойства кристалла, в частности его проводимость. [c.73]

Все полупроводники сильно изменяют свои электрические свойства в зависимости от содержания в них примесей. Это можно объяснить с помощью квантовой статистики Ферми (описывающей распределение электронов по энергетическим уровням в зависимости от температуры) в приложении к энергетическим зонам кристаллов (см. рис. 28,6). [c.285]

Свойства кристалла зависят от разности в энергии между зонами и от способа распределения электронов в различных энергетических зонах. Разделение между зонами зависит от разницы между энергетическими уровнями изолированных атомов, из которых построен кристалл, и от расстояния меноду соседними частицами в кристалле. [c.117]

Особое состояние поверхностных атомов (молекул или ионов) твердого тела приводит к тому, что вблизи поверхности электроны распределяются не так, как в объеме. Это значит, что энергетическое состояние электронов поверхностного слоя твердых тел отличается от такового в объеме. Это было доказано академиком Таммом квантовомеханическим расчетом в тридцатых годах и позднее доказано экспериментально на чистой поверхности германия и кремния, полученной путем разлома кристаллов в очень глубоком вакууме. Из приведенных рас-суждений следует, что электрические, химические, каталитические и адсорбционные свойства даже заведомо чистых поверхностей существенно отличаются от объемных свойств кристалла. [c.169]

Совокупность динамических свойств квазичастиц и вакуума движения образует то, что принято называть энергетическим спектром кристалла. [c.14]

Том I (1962 г.) содержит общие сведения атомные веса и распространенность элементов единицы измерения физических величин соотношения между единицами измерения физических величин измерение температуры и давления математические таблицы и формулы важнейшие химические справочники и периодические издания основные данные о строении вещества и структуре кристаллов физические свойства (плотность и сжимаемость жидкостей и газов, термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов равновесные температуры и давления критические величины и константы Ван-дер-Ваальса энергетические свойства теплопроводность электропроводность и числа переноса диэлектрическая проницаемость дипольные моменты вязкость поверхностное натяжение показатели преломления) краткие сведения по лабораторной технике. Имеется предметный указатель. [c.23]

Большинство самых удивительных свойств кристаллов связано со структурой и свойствами его энергетического спектра и тех квазичастиц, которые формируют энергетический спектр. [c.14]

Свечение кристаллофосфоров объясняется зонной теорией твердого тела. Кристаллофосфоры представляют собой ионные кристаллы с вкрапленными в них ионами активатора и плавня. В результате сильного взаимодействия с соседями энергетические уровни ионов кристалла расщепляются на больщое число уровней, образуя щирокие энергетические зоны. Число уровней, составляющих такие зоны, равно удвоенному числу взаимодействующих между собой ионов. У кристалла может быть несколько энергетических зон. Одни из них образуются вследствие расщепления энергетических уровней катионов, а другие — в процессе расщеплении энергетических уровней анионов. При этом каждая из образующихся зон является обобществленным уровнем всех катионов или всех анионов кристалла. Наиболее важными зонами, определяющими оптические свойства кристалла, являются самая высокая из заполненных электронами зон, образованная уровнями аниона основного вещества, и самая низкая из незаполненных зон, образованная уровнями катиона основного вещества. Первая зона называется валентной, а вторая — зоной проводимости. Между этими двумя зонами располагается запрещенная зона. Ее ширина в случае кристаллофосфоров колеблется от 2 до 10 эВ. [c.509]

Однако вопреки установившемуся мнению именно эти данные мало показательны при обсуждении вопроса о роли в катализе структурной и энергетической неоднородности кристаллов. Дело в том, что ни проволока, ни сетка, ни фольга, прокаленные до 500°, т. е. в условиях, когда на их поверхности установилось термическое равновесие, не являются различными объектами с точки зрения микроструктуры поверхности и постоянство удельных активностей здесь неизбежно. В работе О. М. Полторака [50], показано, что кристаллы платины размером выше 50—40 А после прокаливания при 500° приобретают такие же свойства, как и макрокристаллы платины. Поэтому в работе [47] сопоставляются пять однотипных платиновых поверхностей, удельные свойства которых, естественно, и оказались примерно одинаковыми. По данным О. М. Полторака и В. С. Воронина [51], для процессов с участием водорода различия в удельных активностях различных платиновых поверхностей действительно невелики, Но в окислительных процессах удельные активности отличаются на один-два порядка. [c.84]

Полученные в докладываемой работе экспериментальные результаты указывают на ошибочность точки зрения А. В. Киселева, считающего, что различие в упаковке кремний-кислородных тетраэдров в аморфных частицах скелета силикагеля и кристаллах кварца не сказывается на адсорбционных свойствах [И] и что после адсорбции паров воды и последующей откачки при температуре не выше 200° С, поверхность различных образцов силикагелей и кварца оказывается гидратированной в одинаковой степени [12]. Продемонстрированное же в многочисленных работах (обзоры их даны в [13, 14]) совпадение так называемых абсолютных , т. е. отнесенных к единице поверхности адсорбционных и энергетических свойств поверхности различных образцов кремнезема, может объясняться тем, что удельная поверхность образцов вычислялась из изотерм адсорбции веществ, адсорбция которых в области, используемой для расчета по БЭТ, зависит от степени гидратации поверхности. Зависимость эффективной посадочной площадки молекулы со от степени гидратации не учитывалась в этих работах. Поэтому при отнесении экспериментальных изотерм к вычисленной из этих же изотерм величине удельной поверхности такие абсолютные изотермы могли совпадать. Это и привело А. В. Киселева к неправильным выводам об одинаковых адсорбционных свойствах поверхности различных модификаций кремнезема. [c.420]

Спектральные и оптические исследования являются важнейшими способами изучения энергетического строения вещества в газообразном, жидком или твердом состояниях. Их развитие в значительной мере обусловливает общее развитие теории квантовых процессов и взаимодействие вещества со светом и другими излучениями. В результате спектральных исследований кристаллов, играющих важную роль в науке, технике и промышленности, можно определить строение составляющих их частиц, а также судить о связях между этими частицами в кристаллах разных типов. Именно этими факторами определяются свойства кристаллов и возможности использования их в тех или иных целях. Существенно поэтому иметь наиболее полную картину спектральных особенностей кристаллов ряда важных химических соединений. [c.5]

Происхождение наведенной резкой поляризации полос спектра в напряженных кристаллах пока остается невыясненным не только для бензола, но и для других исследованных кристаллов [46, 73]. Однако исследование влияния деформирования на спектры кристаллов может быть плодотворным методом изучения энергетической структуры и механических свойств кристалла. В частности следует упомянуть, что анализ спектров термически деформированных кристаллов нафталина позволил сделать заключение о том, что тонкие полученные сублимацией кристаллические пленки этого соединения обладают повышенным модулем упругости [73]. [c.76]

Структура полос определяет физические свойства кристалла, причем все сказанное выше для одномерной цепочки справедливо ц для реальных трехмерных кристаллов кристалл имеет свойства металла, когда самая верхняя полоса из числа занятых электронами заполнена только частично. Напротив, оп будет диэлектриком в том случае, когда валентная зона отделена от зоны проводимости энергетической щелью (запрещенной зоной). [c.66]

В гл. 2 мы обсуждали вопрос о том, как с помощью диаграмм потенциальной энергии можно описать энергетическое состояние молекулярных систем. Здесь представляется очень полезным кратко рассмотреть тип диаграммы потенциальной энергии, используемый для обсуждения электронных и других свойств кристаллов. Важно принять во внимание, что при рассмотрении различных изменений энергии, сопровождающих процессы, происходящие внутри или на поверхности кристаллов, мы не можем, строго говоря, применять термин энергетические уровни. Мы должны рассматривать энергетические зоны, которые можно представить себе как результат смешения энергетических уровней дискретных частиц нри их объединении с образованием кристалла. Читатель может найти полное обсуждение основных положений зонной теории в ряде специальных монографий [16, 20, 30, 31]. [c.223]

В этой главе рассматриваются термодинамические соотношения между изменениями состояния системы и происходяш,ими при этом энергетическими изменениями, а также освещаются важные следствия, вытекающие из термического уравнения состояния. Чтобы описать тепловые свойства кристаллов, необходимо условиться о выборе знаков у слагаемых энергетического баланса. Мы будем рассматривать все изменения энергии с точки зрения системы , под которой будем понимать, например, определенное количество какого-либо вещества в определенном состоянии. При таком подходе любая энергия (например, в форме работы или теплоты), которая в ходе процесса подводится к системе, считается положительной, а энергия, отводимая от системы — отрицательной. [c.47]

Расположение частиц (атомов, ионов, молекул) становится закономерным, упорядоченным, когда вещество переходит из аморфной фазы (газ, жидкость, стеклообразное состояние) в кристаллическую, соответствующую минимуму внутренней энергии при данных условиях (рис. 7). Закономерность расположения частиц, их природа, их энергетический спектр и силы связи между ними определяют физические свойства кристалла. [c.6]

Зная в общих чертах свойства кристаллов галогенидов щелочных металлов, нетрудно установить природу f-центров. При прогревании в парах металла кристалл получает избыток металлических ионов по сравнению со стехиометрическим составом и одновременно равное число избыточных электронов. Избыточные ионы металла могут разместиться в кристалле двумя способами или в узлах соответствующей им подрешетки на поверхности кристалла, притянув к себе равное число анионов из глубины кристалла, так что в глубине образуются анионные вакансии, или же внедряясь в междуузлия. В кристаллах галогенидов щелочных металлов первый способ энергетически оказывается значительно более предпочтительным, поэтому можно утверждать, что аддитивно окрашенные кристаллы этих соединений содержат в равных количествах анионные вакансии Vx+ и избыточные электроны е . [c.42]

Таким образом, можно выделить три главные задачи кристаллоструктурного характера 1) установление корреляции между дальним порядком и физическими свойствами кристалла 2) изучение закономерностей структурных мотивов в отдельных классах соединений 3) получение данных для энергетических расчетов. [c.135]

Соотношение коллективных и локальных взаимодействий в гетерогенном катализе необходимо определять на основе экспериментальных и теоретических разработок. Нуж1но учитывать проявление атомом активного центра строго определенной степени окисления на фоне коллективных свойств кристалла. Это положение, вытекающее из энергетического соответствия, развито в теориях Баландина, Кобозева. Вероятность локального взаимодействия должна зависеть и от числа атомов в активном центре согласно принципам структурного соответствия. Поэтому взаимодействие в катализе локально, но следует учитывать, в какой степени коллективные свойства кристалла влияют на интенсивность этого взаимодействия. [c.174]

Большинство неметаллических катализаторов обладает полупроводниковыми свойствами, поэтому заманчиво использовать это их свойство в качестве ключа к раскрытию природы активности. Такая возможность связана со способностью полупроводника обмениваться зарядом с адсорбированной частицей, принимая или отдавая электрон. Согласно существующей теории, центром хемосорбции (активным центром) является свободный электрон (или дырка ) полупроводника. Адсорбированные атомы или молекулы рассматриваются как примеси, нарушающие строго периодическую структуру решетки. В энергетическом спектре кристалла они могут быть изображены локальными уровнями, расположенными в запрещенной зоне полупроводника (см. гл. V). Разные частицы занимают различные уровни в запрещенной зоне. Если реагирующая частица занимает уровень, расположенный ближе к зоне проводимости, т. е. уровень адсорбированной частицы находится выше уровня Ферми на поверхности, то все хемосорбционные частицы являются донорами электронов. Если же уровень адсорбированной частицы ниже уровня Ферми, она является акцептором электронов. Таким образом, адсорбционная способность и каталитическая активность поверхности полупроводника определяются взаимным расположением локального уровня адсорбированрой частицы и по,ложением уровня Ферми на поверхности. Реакция называется акцепторной, если скорость 472 [c.472]

Последовательное изучение химической природы вакансий и их роли в модификации свойств Ш-нитридов начато сравнительно недавно [36—39]. Как правило, рассматривается состояние изолированной вакансии в модели сверхячейки. Получаемые результаты описьтают электронную природу дефекта, его заряд, положение вакансионных уровней в спектре матрицы. Изучают возмущающее действие вакансии на энергетические состояния кристалла и степень его локализации, описывают релаксационные эффекты, в некоторых случаях оценивается энергия формирования вакансий. Пока лишь в единичных работах затронуты вопросы изучения состояний дивакансий или комплексов дефектов (например, вакансия — примесь). [c.38]

Спектрометрические свойства кристаллов германата висмута до и после у-облу-чения дозой 104—106 рад и также нейтронного облучения (поток 1014 см ) изучены в [339]. Описаны условия дефадации спектрометрических свойств и их восстановления после облучения. Энергетический спектр фотонов, эмитированных из кристалла, облученного потоком нейтронов, содержит долгоживущий фоновый пик, который обусловлен самооблучением радиоактивными изотопами, возникшими в кристалле. [c.296]

Из рассмотрения кристаллографических сечений различных кристаллических модификаций кремнезема [1, 2] следует, что при прочих равных условиях различие в упаковке кремнийкислородных тетраэдров должно существенно сказаться на степени гидратации поверхности. При механическом дроблении кристаллического кварца структура его поверхности может быть значительно искажена. В литературе имеются указания о наличии на поверхности кварца тонкого слоя аморфного кремнезема [3]. В связи с этим картина расположения свободных углов кремнийкислородных тетраэдров на поверхности раскола реального кристалла может существенно отличаться от полученной из кристаллографических данных. Тетраэдры могут быть связаны с объемной структурой не только тремя углами, но, возможно, также четырьмя, двумя и даже одним. В случае силикагелей различие в упаковке и ориентации тетраэдров 5104 на поверхности может быть вызвано условиями их Приготовления и дальнейшей обработки. При длительном контакте образца с водой все выступающие на поверхности углы кремнийкислородных тетраэдров заняты гидроксилами, т. е. поверхность в этом смысле будет полностью гидратирована. Однако число таких углов, а следовательно, степень гидратации единицы поверхности различных образцов кремнезема может быть различной. Для проверки этих положГений. мы [4—8 провели систематические исследования адсорбционных и энергетических свойств, а также степени гидратации единицы поверхности кремнезема. В этих работах использовались различные образцы силикагеля, непористый кремнезем, полученный сжиганием кремнийорганических соединений (БС-1), и кристаллический а-кварц , их основные адсорбционные характеристики приведены в табл. 1. [c.107]

Проведенное рассмотрение показывает, что оба фактора, влияющие на каталитическую активность, — положение уровня Ферми и положение локальных уровней адсорбированных частиц в энергетическом спектре кристалла — определяются (хотя и не во всех случаях) свойствами решетки. К сожалению, в настоящее время для проведения сопоставлений величин v тя. w с, каталитической активностью число экспериментальных данных недостаточно. Тере-нин и Пуцейко оптическими методами определили расположение [c.36]

Зонную теорию обычно используют для описания ионных кристаллов [104], которые, как правило, являются хорошими изоляторами. Полагают поэтому, что ее можно применять также при описании молекулярных кристаллов. Например, с использованием этой теории рассматривались электрические свойства кристаллов Ь и Зв [102], а также электрические свойства кристаллов типа антрацена [33]. Однако при рассмотрении молекулярных кристаллов встретились затруднения, которых не возникает, например, в случае ковалентных кристаллов типа германия или соединений двух элементов. Бьюб [18] приводит более 100 таких соединений, имеющих тесное соответствие между энергетической щелью и длинноволновой границей поглощения. Изучение всех этих кристаллов несколько осложнено наличием экситонов их спектр вполне определяется энергетической щелью. Дополнительной характеристикой служит и то, что вообще в таких соединениях эффективная масса электрона (а также дырки) имеет примерно тот же порядок величины, что и масса свободного электрона. Молекулярные кристаллы, такие, как антрацен, отличаются от только что обсуждавшихся неорганических соединений тем, что начало сильного поглощения у них непосредственно не связано с энергетической щелью между нижней зоной и зоной проводимости. Край поглощения кристаллом непосредственно связан с краем погло- [c.661]

Представление кристалла с помощью ячеек Вигнера—Зейтца весьма плодотворно в кристаллофизике, а особенности в тех случаях, когда следует описать анизотропию векторных свойств кристаллов, показать связь между их структурой и тензорными свойствами. Особо важное значение имеет представление волнового обратного пространства кристалла с помощью обратных ячеек Вигнера—Зейтца (зон Бриллюэна). Поскольку такая ячейка описывается около одного узла, то она ограничивает энергетическое пространство с единствснньш незэвисймьВД значением волнового вектора-основ- [c.85]

Изучены свойства карбида кремния. Показано, что карбид кремния не плавится, а при 2100°С разлагается на Si и Плотность Si равна 3,2 ej M , твердость по Моосу — 9- 10 . Исследованы оптическиеи рентгенографические свойства, а также произведен расчет энергетических зон кристаллов карбида кремния. Установлено, что Si химически стоек к кислотам а при температурах. выше 900° С взаимодействует с хлором Исследовано окисление карбида кремния при нагре-)зании в различных условиях Показано, что при нагрева- [c.602]

При исследовании свойств кристаллов ХпзЗе необходимо учитывать возможное отклонение от стехиометрии состава Хп Зе в сторону избытка 8е, что может изменять измеряемые величины [62]. Хпабе имеет сложную энергетическую структуру зон. В работе [63] определялись коэффициенты термо-э.д.с. и Холла Хп Зе п- и р-шпа. Удельное электросопротивление образцов, в зависимости от кристаллографического направления, составляет от 10 1 до 10 ом-см. Подвижность электронов образцов п-типа, вычисленная по коэффициенту Холла, составляет 500 см /в-сек, и энергия активации в собственной области таких образцов равна 0,8—0,9 эв. Образцы исследовались в виде тонких монокристаллических пластинок, ориентированных в определенных направлениях. В некоторых из них были обнарун ены тонкие прослойки металлического индия в виде игл. Такие кристаллы обладали ярковыра-женной анизотропной фотопроводимостью. [c.103]

По сравнению с изучением механизма роста кристалла исследование монослойного осаждения является менее трудным, так как оно непосредственно связано со скоростью передачи заряда через границу фаз, определяемой при помощи легкодоступных и высокочувствительных электрических приборов. Физикохимическое исследование механизма роста кристалла должно включать установление энергетических, атомных и структурных факторов, определяющих тип и будущие свойства кристаллов. Среди нескольких возможных путей роста реализуется тот путь, который имеет самую быструю лимитирующую стадию. Этому пути роста соответ-чствует определенная форма кристалла. Однако в схеме [c.260]

Во втором примере рассмотрим распределение атомов в структуре Ы1А5 (см. стр. 51). Как и в предыдущем примере, примем постоянным экспериментально определенное минимальное расстояние между двумя разнородными частицами структуры (N1—Аз = = 2,43 А). При условии сохранения симметрии не будем накладывать ограничений на деформации структуры. Искажения и здесь будут связаны с изменением отношения осей. Кривая фиг. 46 изображает величину энергии решетки, вычисленную при соблюдении сформулированных условий как функция Со/йо- В качестве зарядов частиц N1 и Аз произвольно взяты соответственно значения +2 и —2. По кривой фиг. 46 видно, что структура типа М1Аз (при постоянном минимальном расстоянии между разнородными частицами) энергетически всегда менее выгодна, чем структура типа КаС , и что действие электростатических сил ведет к увеличению отношения осей в сторону значений больш-е идеального (со/ао = 1,633). Однако для самой структуры №Аз, как и для большей части других представителей этого типа, Со/ад = 1,633. Отсюда вытекает, что электростатический вклад в химическую связь для этих структур вообще отсутствует или, во всяком случае, весьма мал. Физические свойства кристаллов (непрозрачность, заметно выраженная электропроводность) подтверждают неионный характер этих соединений. [c.80]