Зонная модель металлов

Зонная модель металлов [c.100]

На рис. 63 показаны энергетические зоны, характерные для кристалла натрия (зонная модель металла натрия), образующиеся иэ атомных энергетических уровней натрия [c.147]

Рис. 59. К зонной модели металлов.

Основанная на теории МО зонная модель электронного строения металлов, полупроводников и диэлектриков может показаться не сразу очевидной всем студентам, но после ее обсуждения и объяснения она обычно усваивается. Последний раздел, посвященный силикатам, можно опустить без ущерба для усвоения важнейших понятий, но он дает хорошую возможность закрепить положение о связи между структурой и свойствами и обычно вызывает интерес у студентов. [c.577]

Зонная теория (электронная модель металла) [c.140]

Для ряда переходных металлов и значительного числа сплавов трактовка электронных структур на основе жесткой зонной модели приводит к довольно простой картине. Она базируется на предположении о перекрывании зон, возникших при [c.580]

Наряду с жесткой зонной моделью для чистых металлов я сплавов получила дальнейшее развитие модель электронных структур., отличающаяся разнообразными подходами к соответствующей проблеме. [c.581]

В полупроводниках валентная зона и зона проводимости не перекрываются и между ними существует запрещенная зона шириной порядка 1 эВ. Кроме того, заряд полупроводниковой фазы сосредоточен не на поверхности, как у металлов, а распределен в некотором поверхностном слое. В результате этого в полупроводниковой фазе возникает скачок потенциала (< ) (см. рис. 79), приводящий к искривлению энергетических зон вблизи поверхности электрода. Таким образом, в отличие от модели металла-ящика (см. рис. 153) для полупроводникового электрода энергетические уровни можно представить схемой, приведенной на рис. 161. [c.292]

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]

Зонная модель позволяет также объяснить присущий всем металлам специфический блеск. Электроны металлического кристалла способны поглощать световую энергию, переходя на более высокие энергетические уровни в валентной зоне или в зоне проводимости, после чего они сразу же испускают свет, возвращаясь на более низкие уровни. Наличие большого числа чрезвычайно близких энергетических уровней приводит к тому, что свет, падающий на металлический кристалл, практически полностью отражается им. Это и объясняет, почему все металлы имеют характерную зеркально-серебристую поверхность. При облучении металла светом с достаточно большой энергией (частотой) электроны могут полностью отрываться от его поверхности. Это явление получило название внешнего фотоэлектрического эффекта. [c.391]

Изучение электронного фактора в катализе на металлах тесно связано с исследованиями каталитических свойств сплавов . На основе простой зонной модели проблема первоначально представлялась такой. Компоненты сплава образуют общую энергетическую зону при сплавлении богатого электронами металла с переходным металлом число вакансий в -зоне последнего должно уменьшаться. Когда кристаллическая решетка остается неизменной, т. е. когда образуются статистические смешанные кристаллы, должна существовать прямая корреля- [c.112]

Рис. П.4. Модель зоны проводимости металла. Показано, как смещается уровень Ферми (Ер) при введе-

Рассчитанная им методом ЛКАО зонная структура во многом отличается от зонной модели Бильца и является также более общей, чем модель Коста и Конте, поскольку учитывает и металл — [c.243]

С аналогичной точки зрения Кларк [93] пытался интерпретировать каталитическую активность окислов переходных металлов на основе упрощенной зонной модели полупроводников. Важный механизм электронного переноса в граничном слое, содержащем объемный заряд, в статье Кларка не рассматривается. [c.281]

Поверхностные энергетические барьеры у металлов и диэлектриков снижаются в результате контакта поверхностей. Если по вертикали отложить энергию по направлению движения электронов, тогда, как показано на рис. 32, I я II, поверхностные энергетические барьеры у обоих тел смещаются и накладываются друг на друга. Электрические заряды переходят через энергетические барьеры под влиянием тепловой или механической энергии образующейся при контакте или трении. На рис. 32, I электроны перемещаются из диэлектрика Д в металл М, а в примере II они переходят из зоны проводимости металла в диэлектрик А. Происходит электризация с знаком заряда, обозначенным на соответствующей модели. [c.69]

Относительно простая зонная модель является пригодной для описания электропроводности d-полосы и оптического спектра окислов переходных металлов только для одного или двух внешних З -электронов на ион [109]. Вычисления в зонной модели не указывают на достаточное расщепление энергетического спектра d-полос. Поэтому невозможно получить данные о поведении изолятора для ряда окислов (МпО, FeO, СоО и NiO), которые имеют более чем три электрона на ион [ПО]. [c.88]

Как известно из элементарной физики, твердые тела по электрическим свойствам можно разделить на три класса металлы, полупроводники и диэлектрики. Все эти три класса веществ могут быть описаны с помощью зонной модели электронной структуры, известной уже более 30 лет. Эта модель основана на представлении об электронных уровнях, которые вследствие взаимодействия атомов в кристаллической решетке размываются в полосы (разрешенные зоны), отделенные друг от друга запрещенными зонами, т. е. зонами, не содержащими уровней, на которых электроны могли бы находиться. [c.127]

Парамагнитные свойства соединений урана, в которых он имеет степень окисления +3, +4 и +5, зависят от числа электронов на 5/ - и 6 -уровнях. Однако энергии связи 5/- 6 -электронов для атомов урана очень близки (рис. 7.1) и электронная конфигурация может изменяться при переходе от соединения к соединению, даже если степень окисления урана сохраняется [47]. Кроме того, в атоме урана 5/-электроны вообще связаны довольно слабо, так что эти электроны значительно чувствительнее к внешним воздействиям, чем, скажем, 4/-электроны лантаноидов. В физике твердого тела для рассмотрения электронной структуры применяют два подхода в одном из них (зонная модель) валентные электроны считаются обобществленными (коллективизированными), во втором, напротив, локализованными (модель Гайтлера—Лондона). Формальным критерием применения одной из этих двух моделей к переходным металлам является величина критического расстояния между атомами 14 2И [c.211]

Если основное взаимодействие РЗЭ, обсуждавшееся в предыдущем разделе, можно, хотя и с некоторой неопределенностью, описать количественными соотношениями, то этого нельзя сделать в случае магнитных обменных взаимодействий, в. которых принимают участие ионы переходного металла, несущие магнитный момент, особенно когда момент связан с Зй-полосой, как, например, в случае чистых металлов никеля, кобальта и железа. Так как большая часть интерметаллидов, которые мы будем обсуждать в последующих разделах обзора, содержит Зй-пере-ходные металлы, то будет вполне уместно остановиться очень кратко на некоторых чертах прямого взаимодействия, которые существенны для понимания свойств этих соединений. Подробные обзоры прямого обмена опубликовали в последнее время Херринг 43, 44] и Мотт [45] они описаны также в книге под редакцией Маршалла [46]. В то же время Фридель и др. [47] показали, что обобщение обычной зонной модели допускает существование локализованных моментов в рамках зонной картины. [c.22]

Фридель и др. [47], пользуясь расчетами фазового сдвига, показали, что в рамках зонной модели можно получить ситуацию, когда появляется как бы локальный момент, который следует связать с ионом. Они рассмотрели пространственную зависимость энергии вблизи иона переходного металла, когда вблизи него имеется локальная поляризация спинов, приводящая к тому, что заселенность состояний возрастает на п, а заселенность I состояний убывает на п. Было показано, что такая поляризация является устойчивой, если выполнено условие [17] иными словами, это условие описывает ситуацию, при которой любая поляризация спинов происходит спонтанно. [c.25]

Имеются указания, что зонная модель оказывается недостаточной и для интерпретации экзоэмиссии с оксидов, окисленных металлов и полупроводников [11, 12]. Одновременное теоретическое рассмотрение и экспериментальное исследование экзоэмиссии и других поверхностных явлений (адсорбции, окисления, катализа) представляет несомненный интерес, однако при этом надо основываться, не на зонной модели твердого тела, а на исследовании локальных возбужденных состояний (активных центров), образованных при участии многообразных форм адсорбированных частиц. [c.256]

Металлы, изоляторы, полупроводники. Зонная структура энергетического спектра электронов объясняется применением квантовой теории к твердому телу. Однако к зонной модели можно прийти и иным путем. [c.20]

Зонная модель (одноэлектронная модель металла) [c.172]

Применение модели линейного быстродвижущегося источника для описания процесса плазменно-дуго-вой резки позволяет удовлетворительно объяснить и проанализировать зависимость протяженности зоны структурных изменений в результате изменения скорости резки и мощности дуги как факторов, определяющих величину погонной энергии. То же можно сказать о влиянии на протяженность зоны состава металла и его толщины. Очевидно, что протяженность з. т. в. будет возрастать с увеличением мощности дуги и сокращаться с увеличением скорости резки, толщины металла, его плотности и теплоемкости. Зона температурного влия- [c.98]

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]

Представления о резонансных связях и об одноэлектронных связях кажутся искусственными, и они также не привели к решению вопроса. Занятие валентных электронов в направленных связях противоречит теории свободных электронов и зонной модели металлов, где эти электроны не рассматриваются локализованными в определенных направлениях. Особенно ярко несостоятельность такого подхода выявляется на примере ]целочных металлов, имеющих ОЦК структуры, в которых свободный электрон должен обеспечивать образование шести двухэлектронных направленных связей и металлическую проводимость. Выход из создавшихся трудностей заключается в том, чтобы считать валентные электроны в металлах почти свободными и взаимодействующими с периодическим нолем решетки, т. е. сохранить полностью модель коллективизированных электронов и зонную модель, а происхоягдение кристаллической структуры искать во взаимодействии внешних оболочек металлических ионов. [c.205]

Современная неорганическая химия состоит из многих самостоятельных разделов, например химии комплексных соединений, химии неорганических полимеров, химии полупроводников, металлохимии, физико-химического анализа, химии редких металлов, радиохимии и т. п. Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое второе рождение в результате широкого привлечения квантовохимических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентнохимических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу создание новых неорганических веи еств с заданными свойствами. Неорганическая химия, как и любая естественная наука, руководствуется методологией диалектического материализма, следовательно, опирается на ленинскую теорию отражения От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике... . Живое созерцание осуществляется, как правило, при помощи эксперимента — наблюдения явлений в искусственно созданных условиях. Из экспериментальных методов важнейшим является метод химических реакций. Химические реакции — превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Во-первых, химические реакции дают возможность исследовать химические свойства вещества. Аналитическая химия использует химические реакции для установления качественного и количественного состава вещества. Кроме того, но химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений. Во-вторых, на основе химических реакций осуществляется неорганический синтез. За последнее время неорганический синтез достиг большого успеха, особенно в получении особочистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовало применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов синтеза и т. п. [c.7]

В литературе изложены различные механизмы передачи электронов в полупроводниках, содержащих металлы с незаполненной -орбиталью. По механизму Морина [287], обмен электронами между отдельными катиона ми решетки полупроводника осуществляется по -зонам, а если эти зоны очень узкие, то электроны локализуются на катионах. Для других окислов справедлива обычная зонная модель с обобществлением электронов. Работа выхода электрона, как известно, зависит от положения уровня Ферми на поверхности, которое, в свою очередь, также определяется структурой энергетичеокого спектра полупроводника. [c.147]

Для данного металла величина б показывает долю участия -электронов в sp -гибpидax и (при учете общего числа внешних и - и 5-электронов) число незанятых атомных /-орбиталей. В зонной модели незанятые атомные -орбитали соответствуют электронным дыркам -зоны. Если при реакции происходит вза- [c.99]

Дауден рассмотрел факторы, которые, согласно зонной модели, влияют на образование положи1ельных или отрицательных ионов, а также ковалентных связей на поверхности металла. Он исходил цз трех следующих предположений [c.102]

Описанная в разд. 7.2 и 7.3 зонная модель совершенно не учитывает кристаллическую структуру металла и полупроводника. В более новых представлениях исходят из того, что электронные зоны образуются при перекрывании орбиталей, которые под влиянием окружающего кристаллического поля имеют определенную пространственную ориентацию. Рассморим переходный металл. В кубической гранецентрированной коорди- [c.110]

В /-ПОЛОСЫ металла. Немнонов же обнаружил согласие с моделью Эрна и Свитендика, в которой 2р- и Зй-полосы сильно гибридизированы, но 2р-полосы расположены ниже по энергии, чем в модели Лая и Логозетиса [40]. Таким образом, согласно модели Эрна и Свитендика [48], электронный переход мал и фактически может происходить в противоположном направлении. В итоге мы приходим к выводу, что на основании изучения только лишь рентгеновских спектров эмиссии нельзя сделать однозначного заключения о степени и направлении перехода электронов. Для интерпретации данных рентгеновских спектров были использованы две зонные модели с различными исходными посылками, и обе они, по-видимому, одинаково хорошо согласуются с экспериментом. [c.201]

И (pdn)y.fj причем значения для интегралов (ssff) , (dda) и [ddn) выбраны из полученных для чистых меди и никеля. Бильц утверждает, что предложенная им зонная структура применима ко всем тугоплавким соединениям со структурой типа Na l, так как в расчетах он использует средние значения приведенных выше двухцентровых интегралов. По существу его зонная модель содержит узкую -полосу (3,5 эВ), располагающуюся над широкой sp-поло-сой проводимости (рис. 125). Бильц обнаружил, что энергии, соответствующие двухцентровым интегралам (P o)xve (/ )хме> значительно меньше по модулю, чем энергии первоначальных р-уров-ней атомов внедрения, в результате чего электроны переходят от атомов металла к атомам неметалла (в 2р-полосы). У всех тугоплавких соединений металлов IV—VI групп -полоса в основном не заполнена. Таким образом, результаты расчета Бильца подтверждают гипотезу Рандла о направлении электронного перехода. [c.236]

Эри и Свитендик [17] также учли металл — металл- и металл — неметалл-связи, но их зонная структура Ti значительно отличается от предположенной Лаем. Эрн и Свитендик рассчитали зонную структуру Ti и TiN методом присоединенных плоских волн. Преимущество этого метода в том, что он не требует априорных предположений о характере взаимодействий между различными состояниями. Расчет может быть сделан также самосогласован ным путем сравнения исходной электронной конфигурации с вычисленной. Трудность метода состоит в выборе потенциалов атомов металла и неметалла. Хотя метод является самосогласованным с начальным потенциалом, но сам этот потенциал может изменяться в зависимости от предполагаемой ионности. На рис. 129 и 130 показаны полученные Эрном и Свитендиком гистограммы плотности состояний и характер связи в каждой зоне. В Ti 3d-и 2р-полосы сильно гибридизованы. Для TiN степень гибридизации значительно меньше, и 2р-полоса по шкале энергий расположена ниже уровня Ферми. Эти результаты показывают, что единая зонная модель не может описывать свойства как карбидов, так и нитридов. Напомним, что в предложенных ранее моделях, например модели Бильца, предполагалось, что зонные структуры карбидов и нитридов могут быть аппроксимированы моделью жесткой полосы, пригодной для соединений обоего типа. [c.244]

Дискутируются также вопросы о степени гибридизации и относительном расположении по шкале энергий 2/ -уровней углерода и 45-полосы титана в Ti . Зонная структура Лая согласуется с результатами измерений по оптическому отражению зонная модель Эрна и Свитендика не дает хорошего согласия с этими данными. Измерения низкотемпературной теплоемкости в некоторых нестехиометрических карбидах [20] также указывают на наличие электронного перехода от атомов углерода в -полосы. Более того, можно установить корреляцию между низкотемпературными теплоемкостями и эмпирическими параметрами Коста и Конте, предполагающими электронный переход от атомов углерода в -полосу металла (см. рис. 99, гл. 6) . [c.247]

Испытание указанной горячей лабораторной модели показало хорошие результаты. Помещенные в зону нагрева металла при подаче в нее газовоздушной смеси с недостатком воздуха (а = 0,5) металлические заготовки диаметром 30 мм из стали марки ШХ15 нагревались до 1050° С при температуре слоя 1100° С в 2—3 раза быстрее, чем в пламенных печах, при этом окисления не происходило. [c.211]

С другой стороны, чисто зонная модель тоже недостаточна для описания свойств окислов, так как неясна природа локализации -электронов в незаполненных оболочках. Для объяснения этого факта Мотт и Гуденаф предложили два различных подхода. Мотт исходит из зонной теории ионных кристаллов, рассматривая узкую -зону, расщепленную кристаллическим полем. Б окисле, где атомы металла разделены атомами кислорода, -зона еще больше сужается, самое понятие зоны теряет смысл. Перекрытие -состояний отсутствует, и электроны локализованы на ионах переходного металла. Гуденаф рассматривает окисел в приближении ковалентных связей, как в координационных соединениях, в которых переходный металл связан с окружением гибридными связями, включающими и -орбитали. В частных случаях, когда это согласуется со структурой, Гуденаф полагает, что может образоваться прямая ковалентная катион-катионная связь. Такой [c.4]

На окисных полупроводниках катиона хемосорбция должна происходить над анионами рещетки и следует ожидать, что во взаимодействии участвуют как анионные, так и катионные зоны. Это делает проблему значительно более сложной, и так как катионно-анионная зонная модель не подходит для окислов переходных металлов, мы не будем обсуждать ее здесь более подробно. [c.412]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология