Ковалентные кристаллы кремний

Физические свойства. Полученный указанными выше способами аморфный кремний представляет собой бурый порошок с температурой плавления 1420°С. Существует и другая аллотропная модификация кремния — кристаллический кремний. Это твердое вещество темно-серого цвета со слабым металлическим блеском, обладает тепло-и электропроводностью. Кристаллический кремний получают перекристаллизацией аморфного- кремния. Аморфный кремний является более реакционноспособным, чем химически довольно инертный кристаллический кремний. Кристаллический кремний — полупроводник, его электропроводность возрастает при освещении и нагревании. Это обусловлено строением кристаллов. Структура кристаллического кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен тетраэдрически четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, хотя эта связь значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе. В кристалле кремния даже при обычных [c.419]

Многие металлы при сублимации переходят в состояние двухатомных молекул (например, Г12, Сиг, Саг и т. д.). Поскольку энергия атомизации представляет собой энергию сублимации простых веществ и соединений с образованием одноатомного пара, приведенные в табл. 13 значения для таких металлов равны сумме теп-лот сублимации и диссоциации на атомы. Для сравнения в табл. 13 помещены данные по энергии атомизации таких типичных ковалентных кристаллов, как кремний и германий. [c.127]

У атомов подавляющего большинства элементов, образующих ковалентные кристаллы (углерод, кремний, германий, серое олово), во внешнем квантовом слое имеются четыре орбитали одна 5-и трир-. При образовании кристалла из атомов эти орбитали расщепляются, образуя две энергетические зоны по орбиталей в каждой, как это показано на рис. 36, б для кристалла алмаза. [c.85]

В кристаллическом же состоянии электрические моменты диполей отдельных связей (даже если они и существуют) взаимно скомпенсированы и суммарный собственный электрический момент диполя в кристалле равен нулю. Поэтому исследования поляризационных явлений в кристаллах дают мало информации о направленности связей и структуре. Однако и в кристаллическом состоянии эта направленность существует, что особенно ярко проявляется в кристаллах с преимущественно ковалентной связью (кремний, германий, 1пР, 2п5 и т. п.). Связи в таких кристаллах направлены к вершинам тетраэдра (см. рис. 3 и 4), поэтому подобные вещества часто называют тетраэдрическими фазами. Жесткая пространственная направленность ковалентных связей предопределяет образование рыхлых кристаллических структур с низкими координационными числами (как правило, не выше четырех). Для солеобразных и металлических кристаллов, в которых доминирует, соответственно, ионная и металлическая составляющая связи, характерны плотные и плотнейшие упаковки с координационными числами 6—8 для ионных и 8—12 для металлических решеток. Здесь значительную роль играют размеры взаимодействующих атомов, которые и определяют координационное число в кристаллических решетках. Однако при этом сохраняется определенная направленность химической связи, что проявляется в пространственной периодичности строения кристаллов. На существование электронных мостиков между взаимодействующими атомами указывают [c.82]

НИИ. в определенных условиях атомы примесей могут ионизироваться, существенно изменяя свойства кристалла. В качестве примера рассмотрим состояние примесных атомов алюминия и фосфора в кристаллах кремния. Кремний принадлежит к классу полупроводников и имеет ковалентную кристаллическую решетку типа алмаза (рис. 33), в которой каждый атом связан с четырьмя соседними атомами вр -гибридными электронными облаками. [c.89]

К ковалентным кристаллам относится и кварц, формулу которого лишь обобщенно можно записать как ЗЮг. Фактически в кристалле кварца каждый атом кремния связан с четырьмя соседними атомами кислорода, находящимися в вершинах тетраэдра, а каждый атом кислорода — с двумя соседними атомами кремния (рис. 53). [c.131]

Ковалентные кристаллы. Структурными единицами в кристаллических решетках этого типа являются атомы одного или различных элементов, связь между которыми носит ковалентный характер и осуществляется по всем трем характеристическим осям. Ковалентные кристаллы сравнительно немногочисленны. Примерами кристаллов этого типа могут служить алмаз, кремний, германий серое олово, а также кристаллы сложных веществ, таких, как кварц, карбид кремния, сульфид цинка, нитрид алюминия. [c.77]

Свойства ковалентных кристаллов существенно отличаются от описанных выше свойств молекулярных веществ. Ковалентные кристаллы, к числу которых относятся алмаз, графит, кремнезем (оксид кремния), сложные силикаты и глинозем (оксид алюминия), по существу представляют собой единые гигантские молекулы (см. рис. 21.7). Ковалентные связи в этих веществах образуют непрерывную сетку, связывая все атомы кристалла в протяженный каркас.] [c.130]

Энергия кристаллической решетки в кристаллах этого типа фактически совпадает с энергией химической связи и лежит в пределах 200—500 кДж/моль. Так, энергия кристаллической решетки алмаза составляет 480 кДж/моль. Вследствие столь высокой энергии связи ковалентные кристаллы обладают высокими твердостью, температурами кипения и плавления. Диапазон их электропроводящих свойств велик от типичных диэлектриков (алмаз, нитрид бора, кварц) до полупроводников (кремний, германий) и даже электронных проводников (олово). [c.77]

Ковалентные кристаллы образуются путем соединения легких элементов средних групп периодической системы. Примерами их могут служить кристаллы алмаза и карбида кремния. Они очень твердые, плохо проводят электричество и обладают слабой слоистостью. Строение этих кристаллов согласуется с правилами валентности. Межатомные связи образуются посредством электронных пар. [c.583]

Одно и то же вещество в твердом и жидком состояниях имеет различную плотность. Обычно плавление сопровождается некото рым увеличением межатомных расстояний, понижением координа ционного числа, т. е. образованием более рыхлой структуры. Вследствие этого плотность жидкости, как правило, меньше, чем плотность соответствующего кристалла. Однако если кристаллы имеют недостаточно плотную упаковку (например, многие ковалентны кристаллы с тетраэдрическими связями), то при плавлении возможно увеличение координационного числа. Тогда плотность жидкого вещества больше плотности его кристаллов. Подобного рода аномалии обнаруживают, например, германий, кремний, галлий, висмут, вода и многие сложные полупроводниковые фазы. [c.240]

В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается. Поэтому в нем имеются свободные электроны, которые обусловливают небольшую электрическую проводимость. При освещении и нагревании увеличивается число разрушаемых связей, а значит, увеличивается число свободных электронов и возрастает [c.213]

Металлическая связь. Металлы отличаются от других веществ высокими значениями электро- и теплопроводности, а их структуры характеризуются высокими координационными числами. О существовании межатомной связи в металлах свидетельствуют энергии атомизации металлов, которые меняются в широких пределах (табл. 12). Для сравнения здесь помещены данные по энергии атомизации таких типичных ковалентных кристаллов, как кремний и германий. [c.94]

В отличие от рассмотренных металлов, следующий элемент третьего периода—кремний образует ковалентный кристалл, в котором связи образованы четырьмя эквивалентными 5р -гибридными орбиталями третьего слоя, образующими единую 5р -гибридную валентную зону. Все связываюш.ие орбитали в кристалле кремния заселены электронными парами, т. е. валентная зона полностью занята. Электроны этой зоны локализованы на своих энергетических уровнях и перемещаются внутри зоны, другими словами, участвовать в электрической проводимости не могут. [c.86]

Еще одним примером ковалентного кристалла, который также можно отнести к гигантским молекулам, является кварц 8102. кристалле кварца каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя окружающими его атомами кислорода. Каждый из этих атомов кислорода в свою очередь связан с атомами кремния, и таким образом через весь кристалл простирается непрерывный каркас связей 81—О—81. Подробное расположение атомов существует в многочисленных силикатных минералах, в которых структурные группы 8104 соединяются друг с другом, образуя одномерные цепи, двумерные слои или трехмерный каркас, В глинах, слюдах и других минералах плоские слои, состоящие из групп 8104 , ковалентно связаны с чередующимися с ними плоскими слоями гидроксида алюминия А12(0Н)(5, образуя структуры, подобные слоеному пирогу. Кристалл полевого шпата содержит трехмерный каркас чередующихся групп оксида алюминия и оксида кремния, ковалентно связанных в одну гигантскую молекулу (см. гл. 21). [c.179]

В кристаллах направленность химической связи также существует, что особенно ярко проявляется, например, в веществах с преимущественно ковалентной связью (кремний, германий, ZnS, InP и т.п.). Связи в таких кристаллах направлены к вершинам тетраэдра (см. рис. 3 и 4), поэтому подобные вещества часто называют тетраэдрическими фазами. [c.62]

СЯ для образования ковалентных связей в кристаллической структуре кремния, у фосфора остается еще один электрон. При наложении на кристалл электрического поля этот электрон может смещаться в сторону от атома фосфора поэтому говорят, что фосфор является донором электронов в кристалле кремния. Для высвобождения донируемых электронов требуется лищь 1,05 кДж моль эта энергия превращает кристалл кремния с небольшой примесью фосфора в проводник. При введении в кристалл кремния примеси бора возникает противоположное явление. Атому бора недостает одного электрона для построения необходимого числа ковалентных связей в кристалле кремния. Поэтому на каждый атом бора в кристалле кремния приходится одна вакансия на связывающей орбитали. На эти вакантные орбитали, связанные с атомами бора, могут быть возбуждены валентные электроны кремния, что дает возможность электронам свободно перемещаться по кристаллу. Подобная проводимость осуществляется в результате того, что на вакантную орбиталь атома бора перескакивает электрон соседнего атома кремния. Вновь образовавшаяся вакансия на орбитали атома кремния тут же заполняется электроном со следующего за ним другого атома кремния. Возникает каскадный эффект, при котором электроны перескакивают от одного атома к следующему. Физики предпочитают описывать это явление как движение положительно заряженной дырки в противоположном направлении. Но независимо от того, как описывается это явление, твердо установлено, что для активации проводимости такого вещества, как кремний, требуется меньше энергии, если в кристалле содержится небольшое количество донора электронов типа фосфора либо акцептора электронов типа бора. [c.632]

Как факты, так и теоретич. оценки показывают, что из-за металлизации при переходе от С к РЬ катастрофически ослабляются я-комионенты связей типа М" — М , что делает невозможным образование кратных связей уже у кремния. Однако аналоги углерода способны к образованию ковалентных кристаллов алмазоподобного типа. Впрочем, по мере металлизации устойчивость этих кристаллов и величина образующих их истинно полимерных доменов убывают уже олово способно при понижении темп-ры переходить в заведомо неполимерную модификацию. [c.183]

В связи с принятым делением простых веществ на металлы и неметаллы можно, отметить, что в периодах слева направо усиливаются неметаллические свойства. В группах заметно увеличение неметаллических свойств снизу вверх (наиболее ярко это проявляется в VI, V ll VIII группах). Таким образом, первые группы периодической системы элементов не содержат неметаллов (если не считать Is-элементов, т. е. водород и гелий). Bill группе к неметаллам относится один бор, в IV группе — углерод и кремний, в V группе — азот, фосфор, мышьяк, в VI группе — кислород, сера, селен, теллур, в VII — фтор, хлор, бром, иод, астат. Простые вещества элементов VIII группы при обычных условиях газообразны, а в конденсированном состоянии образуют ковалентные кристаллы, которые уже при незначительном нагревании легко плавятся, а затем из жидкого состояния переходят в газообразное. [c.118]

Рассмотрим в качестве примера кристалл кремния, атомы в котором связаны ковалентными связями. При 0°К все валентные электроны находятся в целиком заполненной зоне, а следующая за ней энер- [c.50]

Можно считать, что у большинства ионных солей валентные электроны локализованы на определенных ионах, однако в случае металлов это описание весьма неточно. Строение ионных и ковалентных кристаллов также можно рассматривать в рамках представлений об электронах и дырках. В качестве примера рассмотрим окись никеля, в которой ионы никеля обычно двухвалентны (N1 +). В решетку окиси одним из способов, которые будут рассмотрены в дальнейшем, легко ввести небольшое количество ионов трехвалентного никеля. В результате большинство катионных узлов будет занято ионами N1 +, но некоторые катионные узлы будут заняты ионами N1 +, и это эквивалентно введению в кристалл положительных дырок, поскольку можно считать, что в тех узлах, которые заняты ионами отсутствуют валентные электроны. Различие между ковалентными кристаллами типа кремния и кристаллами типа закиси никеля состоит главным образом в том, что электроны и дырки в N10 локализованы в гораздо большей степени. Другими словами, электроны и дырки находятся довольно длительное время на отдельных катионах, прежде чем перескочить на соседнее место, и такой перескок возможен всякий раз, когда ионы в разных валентных состояниях находятся по соседству. Переходы такого рода изменяют порядок расположения ионов, например [c.52]

При рассмотрении молекулярных и ионных кристаллов были приведены примеры кристаллов, в которых связь имела частично ковалентный характер. Однако эти кристаллы нельзя было причислить к ковалентным. К ковалентным кристаллам относятся такие кристаллы, в которых ковалентная связь осуществляется между всеми структурными единицами по всем трем направлениям пространства. Ковалентные кристаллы сравнительно немногочисленны. Примерами могут служить алмаз, кремний, германий, серое олово, кварц и карбид кремния. [c.277]

Каркасные силикаты. Если у тетраэдра 5104 обобщены все четыре атома кислорода, то образуется трехмерная решетка. В кварце это приводит к ковалентному кристаллу. В некоторых силикатных структурах часть атомов кремния замещается атомами алюминия, тогда для сохранения баланса зарядов дополнительно необходимы еще положительные ионы. Это приводит к образованию трехмерных силикатных структур, свойства которых зависят от наличия в них как ионных, так и ковалентных связей. Каркасные силикаты можно разделить на три группы полевые шпаты, цеолиты и ультрамарины. [c.284]

В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается. Поэтому в нем имеются [c.172]

В шестой главе представлены результаты седиментационного и рентгеновского анализа подверженных обработке веществ с различным типом химической связи ионных кристаллов - хлоридов натрия и калия, ковалентного кристалла кремния, пероксидов кальция и бария, тройных металлооксидов. Для всех изученных кристаллов обнаружена немонотонная зависимость ширины линий от продолжительности обработки, причем отжиг обработанных образцов приводил к сужению линий и возврату их к значениям, соответствующим исходным образцам. Результаты расчетов показывают, что характер структурных изменений разных кристаллов при одних и тех же внешних воздействиях зависит от типа химической связи причем структурные изменения для однотипных кристаллов (пероксиды - ВаОг и СаОг или ионные кристаллы - Na l и КС1) одинаковые. [c.24]

В атомных решетках атомы связаны за счет ковалентной или металлической связи. Примерами веществ с атомно-ковалентной решеткой являются алмаз, диоксид кремния SiOj. Строение ковалентных кристаллов можно 0б7 .ЯСИИТЬ представлением о направленности [c.101]

Кристаллическая структура элементов В -подгруппы подчиняется правилу Юм-Розери, согласно которому координационное число фиксированного атома п = 8 — Ы, гд,е N — номер группы периодической системы, в которой находится данный элемент. Например, в кристаллическом иоде и броме (7-я группа) каждый атом имеет по одному ближайшему соседу, что соответствует молекулам Ь и Вгг. Эти молекулы связаны со своими соседями ван-дер-ваальсовыми силами, образуя молекулярные кристаллы. Селен и теллур (6-я группа) образуют кристаллическую структуру в виде спиральных цепочек с координационным числом 2. Атомы элементов пятой группы (Аз, 5Ь, В1) упаковываются в решетке с координационным числом 3 + 3. Углерод, кремний и германий (4-я группа) образуют типично ковалентные кристаллы с координационным числом 4. [c.168]

Твердый диоксид углерода обнаруживает свойства молекулярного кристалла (он легко сжимается и сублимирует при 195 К), а твердый диоксид кремния (кварц, рис. 14-34) представляет собой неметаллический каркасный ковалентный кристалл (с высокой твердостью и температурой плавления 1883 К). Объясните это различие свойств двух оксидов, учитывая характер а- и тс-связывания в молекулах СО и SiOj. [c.642]

В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связ й разрушается. Поэтому в нем имеются свободн.ле электроны, которые обусловливагс-т небольшую электрическую нро-Боднмость. При освещении и нагревании увеличивается число piis-рушаемых связен, а значит, увеличивается число свободных электронов н возрастает электрическая проводимость. Так следует объяснять полупроводниковые свойства кремния. [c.139]

Таким образом, во всех рассмотренных структурах нельзя выделить обособленные молекулы в кристаллической решетке. Такие кристаллические решетки, в которых отсутствуют дискретные молекулы, называются координационными решетками. Для большинства неорганических веществ (более 95%) характерны именно координационные решетки. К ним относятся условно ионные , металлические и ковалентные решетки. К условно ионным решеткам принадлежит решетка хлорида натрия, металлическим — решетка натрия и ковалентным — решетки кремния и сульфида цинка. Это деление, основанное на преобладающем типе химической связи, условно. В реальных кристаллах сосуществуют различные типы химической связи, и можно рассматривать решетки ионно-ко-валентные, ковалентно-металлические и т. п. На рис. 5 для сравнения приведены элементарные ячейки м.о. 1екулярных решеток иода (а) и диоксида углерода (б). Их важнейшей особенностью в отличие от предыдущих типов кристаллов является то, что в узлах кристаллической решетки находятся не атомы, а молекулы. При этом расстояния между атомами в молекуле меньше, чем межмолекулярные расстояния в кристалле, в то время как в координационных решетках все расстояния одинаковы. Однако молекулярные решетки не характерны для твердых неорганических веществ. В неорганической химии молекулы являются типичной формой существования химического соединения в наро- и газообразном состоянии. [c.19]

Вещество будет обладать полупроводниковыми свойствами, если в данном состоянии обеспечиваются условия образования насыщенных парноэлектронных связей хотя бы у одного из компонентов (у анионообразователя). В элементарных полупроводниках ковалентная связь образуется заполнением 5- и /з-орбиталей всех атомов. Эти полупроводники подчиняются так называемому правилу октета 8—М, согласно которому атом в ковалентном кристалле имеет 8—N ближайших соседей (уУ — номер группы Периодической системы). Так, кремний, германий и а-олово имеют координационное число 4 (Л = 4), для полупроводниковых модификаций фосфора, [c.318]

В кристалле кремния даже при обычных условиях часть ковалентных связей разрушается. Поэтому в н<м имеются свободные электроны, которые обусловливают небольшую электрическую проводимость. При освещении и нагревании увеличииается число разрушаемых свя- [c.255]

Трехмерные но. и и м е р ы. Как уже отмечалось, большинство Н. и. относится к категории минералов или керамич. материалов. Наиболее распростра-ненным представителем таких полимеров является трехмерный вариант полимерной окиси кремния — кварц. Образование ирострапственных структур Н. и. в природе произошло в результате геологич. естественного отбора — как форма стабилизации цепей без обрамляющих групп плд с незащищающими обрамляющими груниами. В зависимости от геологич. условий трехмерные структуры природных II. п. регулярны или нерегулярны. В мягких условиях более вероятен рост трехмерных ковалентных кристаллов, не отличимых, с одной стороны, от гигантских сверхмолекул, а с другой — по физич. свойствам — от обычных молекулярных кристаллов. Отличием является лишь то, что в случае регулярных трехмерных Н. п. плавление и деполимеризация оказываются единым процессом. [c.185]

В предыдущих разделах главы рассматривались кристаллы алмаза и кремния. Рассмотри.м теперь зависимость между характером связи и структурой. энергетических зон для двух друпгх ковалентных кристаллов — германия и серого олова [186—188]. Как выяснится при этом в дальнейтиел , оценку (4.24) для резонансных интегралов в алмазе и кремнии по всей вероятности нельзя распространить на кристаллы германия и серого олова. Вместе с тем необходимые оценки резонансных интегралов нельзя извлечь из молекулярных данных, так как информация о физико-химических свойствах насыщенных соединений Се Х2 +2 и Sn X2 +2 пока еще более скудна, чем информация о силанах. Поэтому мы ограничимся качественной стороной вопроса, основываясь на данных общего характера о химических свойствах германня и олова. [c.144]

Установление ковалентных радиусов атома возможно благодаря тому, что 1) длина простой ковалентной связи между данными двумя атомами постоянна в ряде молекул или ковалентных кристаллов и 2) длина ковалентной связи А — В есть средняя арифметическая длины связей А — А и В — В. Например, найдено, что и в алмазе, и в нормальных и в циклических парафинах, содержащих ряд взаимносвязанных групп Hj, расстояние С — С равно 1,54 0,02 A. Это постоянство длины связи позволяет считать, что связь С—С, длина которой заметно отличается от 1,54 A, не является простой связью с электронной парой. Например, в Н С — С = С — СНд длина связи С — Hg равна 1,46 A. Расстояние Si — Si в элементарном кремнии равно 2,34 A. Средняя арифметическая от 1,54 и 2,34 A равна 1,94 A, а расстояние С — Si в карборунде равно 1,93 к. Поэтому можно определить ковалентные радиусы элементов, сумма которых дает длину ковалентной связи между двумя атомами. Здесь надо отметить два момента. Во-первых, может быть придется применять различные радиусы, в зависимости от того, образуют ли элементы 8—N тетраэдрические или другой тип связей (см. ниже). Во-вторых, можно быть уверенным, что связи, из которых вычисляются ковалентные [c.95]