Связь проводимости и теплопроводности металлов

В начале XX в. Друде и Лоренц применили к электронам проводимости металлов кинетическую теорию газов и ввели представления об электронном газе. Эта теория свободных электронов хорошо объясняла закон Ома и связь электрической проводимости с теплопроводностью (закон Видемана—Франца), но не объяснила главного отличия металлов от других твердых тел, а именно температурную зависимость электрической проводимости. Действительно, в теории свободных электронов Друде и Лоренца кинетическая энергия электрона равна [c.130]

СВЯЗЬ ПРОВОДИМОСТИ и ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ [c.84]

Поскольку в металлоподобных нитридах доминирует металлическая связь при заметной доле ковалентности, они характеризуются металлическим блеском, хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью в сочетании с высокой твердостью и тугоплавкостью. Однако по всем этим параметрам металлоподобные нитриды несколько уступают металлоподобным карбидам. Это обусловлено большей электроотрицательностью азота по сравнению с углеродом. В химическом отношении металлоподобные нитриды, как и карбиды, являются очень инертными материалами. Они не корродируют в атмосферных условиях, не разрушаются водой и расплавами металлов и кислотоупорны. [c.267]

Взаимодействие электронов проводимости с остовами ато.мов, расположенными в узлах кристаллической решетки, обусловливает высокую теплопроводность металлов. Связь между теплопроводностью, электрической проводимостью и температурой выражается обобщенным законом Видемана — Франца — Лоренца [c.264]

С наличием металлической проводимости тесно связаны высокая теплопроводность и оптические свойства металлических веществ. Так, электроны могут вследствие их высокой подвижности осуществлять отвод тепла путем переноса энергии из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Высокие коэффициенты поглощения и отражения излучения у металлов объясняются наличием в энергетических зонах очень тесно расположенных чередующихся занятых и свободных состояний. Этим обусловлены металлический блеск и непрозрачность. В тонкодисперсном состоянии все металлы имеют черный цвет. [c.360]

Металлические кристаллы отличаются от всех остальных кристаллов высокой пластичностью, электрической проводимостью и теплопроводностью. Эти свойства, а также и многие другие обусловлены особым видом связи между атомами металла — металлической связью. Она возникает между атомами металлов в результате их сближения за счет перекрытия внешних орбиталей. Эта связь не является ковалентной неполярной связью, так как электроны не фиксируются между двумя атомами, а переходят в состояние проводимости и могут принадлежать всем атомам данного кристалла и даже куска металла, содержащего громадное количество кристаллических зерен. Эти мигрирующие электроны, или обобщенные электроны, — электроны проводимости (свободные электроны или электронный газ) — и осуществляют ненаправленную связь между остовами атомов в кристаллической решетке металлов (подробнее о возникновении связи см. гл. 10). [c.108]

Свойства меди, серебра и золота. Металлы данной подгруппы имеют характерную окраску медь — розовую, серебро — белую, золото — оранжево-желтую. Все они, особенно золото, ковки и пластичны. Например, прокаткой можно получить листочки золота толщиной 0,0002 мм, а из 1 г золота вытянуть проволоку длиной 3420 м. Наибольшей электрической проводимостью и теплопроводностью обладает серебро, а за ним медь. Сила притяжения резко возрастающих зарядов ядер атомов этих элементов по сравнению с атомами соответствующих щелочных металлов превышает взаимное отталкивание электронов. В связи с этим металлы подгруппы меди сильно отличаются от щелочных металлов своим отношением к кислороду, воде, разбавленным кислотам и растворам солей. [c.414]

Физические свойства металлов — электрическая проводимость, теплопроводность, пластичность и др.— объясняются металлической связью. [c.239]

С электрической проводимостью металлов тесно связана их теплопроводность эта взаимосвязь выражается через приближенный закон Видемана-Франца, определяющего отношение электро- и теплопроводности для всех металлов. Под давлением теплопроводность металла изменяется вместе с электропроводностью. Но измерить первую гораздо сложнее, чем последнюю, поэтому удовлетворительные измерения были проведены лишь для нескольких металлов и при давлении до 12 000 кг/слР. Эти эксперименты показали, что соотношение Видемана-Франца почти не зависит от давления. [c.146]

Металлы отличаются от других твердых тел некоторыми особыми свойствами — высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. Изучая эти свойства, а также зависимость от температуры, можно сделать ряд важных выводов о природе металлической связи. [c.138]

Наша способность различать металлы на ощупь обусловлена их высокой теплопроводностью. Электропроводность и теплопроводность различных металлов изменяются в закономерной связи друг с другом. Например, серебро и медь, обладающие наиболее высокой электропроводностью среди металлов, характеризуются также и высокой теплопроводностью. Это заставляет предположить, что оба типа проводимости имеют одинаковую природу. [c.360]

Электрические свойства простых веществ, как известно, являются одним из признаков, по которым их делят на металлы и неметаллы. С электрической проводимостью тесно связана теплопроводность кристаллов, обусловленная передачей теплоты за счет колебаний атомов в узлах кристаллической решетки (фоно-ны) и передачей теплоты электронами. В кристаллах неметаллов концентрация свободных электронов незначительна. Поэтому все они являются полупроводниками и диэлектриками и обладают низкой теплопроводностью, обусловленной колебаниями решетки. В противоположность этому для металлов характерны высокие значения электрической проводимости (порядка 10 — 10 Ом -см ) и теплопроводности, поскольку в этом случае вклад свободных электронов в теплопроводность является определяющим. Наиболее высокой электрической проводимостью и теплопроводностью обладают металлы подгруппы меди и алюминий. Для переходных металлов характерны достаточно высокие, но несколько меньшие значения электрической проводимости. [c.249]

В процессе образования кристалла происходит перекрывание внешних электронных облаков атомов по аналогии с образованием химической связи в молекулах. В соответствии с методом МО при взаимодействии двух атомных электронных орбиталей образуются две молекулярные орбиТали связывающая и разрыхляющая. При одновременном взаимодействии N микрочастиц образуется N молекулярных орбиталей. Величина N в кристаллах может достигать огромных величин (порядка 10 ). Поэтому и число электронных орбиталей в твердом теле чрезвычайно велико. При этом разность между энергиями соседних орбиталей будет ничтожно мала. Так, в кристалле натрия разность энергетических уровней двух соседних орбиталей имеет порядок 10 Дж. Таким образом, в кристалле металла образуется энергетическая зона с почти непрерывным распределением энергии, называемая зоной проводимости. Каждая орбиталь в этой зоне охватывает кристалл по всем его трем измерениям. Заполнение орбиталей зоны проводимости электронами происходит в соответствии с положениями квантовой механики. Так, из условий минимума энергии электроны будут последовательно заполнять все орбитали, начиная с наинизшей, причем на каждой орбитали в соответствии с запретом Паули может располагаться лишь два электрона с антипараллельными спинами. С повышением температуры за счет теплового возбуждения электроны будут последовательно перемещаться на более высокие энергетические уровни, передавая тепловую энергию с одного конца кристалла на другой и обеспечивая таким образом его теплопроводность. [c.82]

Металлы, неметаллы и полуметаллы. Все простые вещества можно разделить на три класса металлы, неметаллы и пс лу-металлы. Большинство простых веществ относится к металлам. Для них характерны кристаллическая решетка с металлической связью, металлический блеск, ковкость, пластичность, высокие теплопроводность и электрическая проводимость (см. 111.4). [c.246]

Обращают на себя внимание высокие значения электрической проводимости и теплопроводности меди и ее аналогов. Серебро характеризуется максимальной для металлов электрической проводимостью. Медь по электрической проводимости уступает только серебру. В связи с этим около 40 % всей добываемой меди идет на изготовление электрических проводов и кабелей. Этой области применения металла способствуют исключительная пластичность и тягучесть меди. Из нее можно вытянуть проволоку диаметром 0,001 мм. У всех металлов подгруппы меди положительные стандартные электродные потенциалы, что свидетельствует об их низкой химической активности. В ряду стандартных электродных потенциалов все три металла располагаются правее водорода. [c.334]

Г р а ф и т — темно-серое кристаллическое вещ,ество со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь. Углеродные атомы в кристаллах графита находятся в состоянии 5/) -гибридизации (с. 46). Они объединены в плоские слои, состоящие нз правильных шестиугольников (рис. 4.2). В них каждый атом углерода связан прочными ковалентными связями с тремя соседними атомами с расстоянием между ними 0,142 нм. Связи направлены друг к другу под углом 120 Четвертый электрон каждого атома в слое остается подвижным, как в металле, и может перемещаться от одного атома углерода к другому. Этим объясняется хорошая электрическая проводимость графита (но хуже, чем у металлов), а также его теплопроводность и металлический блеск. [c.128]

У переходных -металлов металлическая связь осуществляется в основном валентными п -электронами. Средняя концентрацяя коллективизированных электронов (электронов проводимости) колеблется от одного до двух на атом. По этой причине -элементы в свободном состоянии — типичные металлы. Они достаточно электропроводны, теплопроводны, пластичны, имеют плотнейшие кристаллические решетки (табл. 17.32). Однако по многим другим свойствам переходные металлы существенно отличаются от [c.492]

В настоящее время различия в электрической проводимости металлов, полупроводников и изоляторов объясняют на основе квантовой теории строения кристаллических веществ или так называемой теории энергетических зон. Сущность ее состоит в следующем. Электроны ближайших к ядру энергетических уровней атомов полностью насыщают эти уровни, находятся в устойчивых состояниях и образуют так называемую заполненную валентную зону. Электрическая проводимость и теплопроводность вещества не связаны с электронами этой зоны. В электрической проводимости могут участвовать только электроны ненасыщенных энергетических уровней. При этом полосы основных и возбужденных (периферических) энергетических уровней разделяются промежуточными свободными полосами, которые не имеют возможных для электрона квантовых состояний. Эту энергетическую зону, промежуточную между зонами основных и возбужденных уровней, называют запрещенной зоной. [c.265]

Физические свойства. Поскольку в атомах щелочных металлов один внешний электрон приходится на 4 и более свободные орбитали, а энергия ионизации атомов низкая, то между атомами металлов возникает металлическая связь ( 3.5). Для вещества с металлической связью характерны металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность. Такими свойствами обладают натрий и калий. [c.239]

Простые вещества. Медь, серебро и золото представляют собой металлы (соответственно красного, белого и желтого цветов) с гранецентрированной кубической решеткой (см. табл. 28). Поскольку у меди и ее аналогов в образовании связи принимают участие как п -, так и (и — 1) -электроны, теплоты возгонки и температуры плавления у них значительно выше, чем у щелочных металлов. Медь, серебро и золото характеризуются исключительной (особенно, золото) пластичностью они превосходят остальные металлы также по теплопроводности и электрической проводимости. Некоторые константы рассматриваемых металлов приведены ниже [c.678]

Большинство химических элементов относится к металлам, важнейнлями свойствами которых являются металлический тни связи в кристаллической решетке электрическая проводимость теплопроводность металлический блес - ковкость пластичность. [c.265]

Между ковалентной и металлической связями имеется большое сходство — оба типа химической связи основаны на обобществлении валентных электронов. Только в металлах обобществленные электроны обслуживают весь кристалл, т.е. они полностью делокализованы. Этим объясняются отсутствие пространственной направленности металлической связи и высокие координационные числа металлических структур. Это означает, что метал.лическая связь не проявляет свойств насыщаемости, столь характерных для ковалентной связи. Делокашизация же валентных электронов в металлах является следствием многоцентрового характера металлической связи. Многоцентровость металличе ской связи обеспечивает высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов. [c.94]

Мепишпеская связь. Особая природа химической связи характерна для металлов. Число орбиталей в металлах Значительно больше числа электронов и они свободно переходят из одной орбитали на другие. Поэтому металлы рассматривают как плотно упакованную структуру, состоящую из катионов, среди которых относительно свободно перемещаются электроны, oбpaзyiя электронный газ. Этим хорошо объясняются высокая электрическая проводимость и теплопроводность металлов. [c.27]

При малых отношениях S/Me связь между атомами серы и металла носит смешанный ионно-металлический характер и осуществляется преимущественно коллективизированными электронами. С увеличением отношения S/Me появляется и возрастает ковалентная связь между атомами серы в тем большей степени, чем меньше донорная способность атома переходного металла, т. е. чем больше локализация его валентных электронов и меньше доля валентных электронов, переходящих в нелокализованное состояние. При этом ослабляется связь между атомами металла и серы и обособляются структурные элементы из атомов металлов от структурных элементов из атомов серы. Соответственно происходит переход от металлической проводимости при малых отношениях S/Me к полупроводниковой при больших отношениях S/Me (когда обособление групп из атомов серы приводит к образованию энергетической щели). Таким образом, переход от преимущественно металлических к преимущественно полупроводниковым свойствам происходит для сульфидов металлов с высокой донор-ной способностью при больших отношениях S/Me, чем для переходных металлов с малой донорной способностью (табл. 2). По мере уменьшения донорной способности переходного металла и роста обособления электронных конфигураций атомов металла и серы понижается температура плавления сульфидов, а также их твердость. Так, если твердость преимущественно металлического моносульфида титана TiS равна 500—600 кГ/мм-, то для полупроводникового M0S2 она составляет всего 30—40 кГ/мм . Одновременно повышается термо-э. д. с. (с 3—4 до 120 мкв/град) и на порядок снижается теплопроводность. [c.12]

Теперь перейдем к оценке проводимости чистых металлов при низких температурах. Прежде всего отметим, что теплопроводность, как мы видели в 1.3, связана с передачей энергии при столкновении. При каждом столкновеинн электрона с фоноиом энергия электрона изменяется иа величину порядка энергии Т фонона (например, прн поглощении фонона с энергией порядка Т). Поэтому время между двумя последовательными столкновениями (время свободного пробега) и есть одновременно время релаксации по энергии. Это оправдывало использованную выше оценку x ljv для времени свободного пробега в качестве релаксационного времени для теплопроводности. [c.94]

При более высоких температурах число электронов, участвующих в процессе теплопроводности, продолжает расти пропорционально температуре, но в то же время их длина свободного пробега падает вследствие электрон-фо-нонного взаимодействия. Первое явление доминирует во всем температурном диапазоне в металлах с высокой концентрацией дефектов решетки, что находит отрансение в постоянном росте теплопроводности с увеличением температуры. Напротив, в чистых металлах теплопроводность достигает максимума при той температуре, при которой начинает проявляться электроп-фононпое взаимодействие, что влечет за собой падение теплопроводности в остальном температурном диапазоне (см. 4.5.6). При температурах выше примерно 150 К теплопроводность X и электрическая проводимость а связаны соотношением, называемым законом Видемана—Франца—Лоренца [c.191]

Химические соединения металлов друг с другом иазывакуг также интерметаллическими соединениями. Они имекгг обычно сложную кристаллическую структуру, отличную от структур исходных металлов. Свойства этих соединений также существенно отличаются от свойств исходных металлов. Так, кристаллы интерметаллических соединений почти всегда хрупки, характеризуются низкими значениями электрической проводимости и теплопроводности. Все это подтверждает смешанные межатомные связи в кристаллах (металлическую, ковалентную и ионную). Многие интерметаллические соединения отличакггся высокими теплотами образования и химической стойкостью. [c.254]