Металлическая  связь – основы материаловедения

May 21, 2013 by admin Комментировать »

Ранее уже говорилось, что при образовании химической связи происходит расщепление дискретных энергетических уровней изолированных атомов на уровни, которые группируются в зоны, между которыми могут быть энергетические зазоры. Возможны следующие ситуации:

1) верхние разрешенные зоны перекрываются;

2) между верхними разрешенными зонами возникает энергетический зазор Eg.

Само существование Eg  и его величина полностью определяется индивидуальной электронной структурой взаимодействующих атомов.

С точки зрения заполнения энергетических зон электронами при низких температурах возможны три случая:

1) энергетические зоны перекрываются, верхняя зона не полностью заполнена;

2) перекрытие зон отсутствует, верхняя зона не полностью заполнена;

3) верхняя заполненная зона отделена от следующей (пустой) зоны запрещенной зоной Eg.

В первом и втором случаях реализуются металлическая связь, в третьем случае — ковалентная связь.

В металлах принадлежность валентных электронов к определенному атому установить не удается, так как валентные электроны с небольшой энергией ионизации свободно перемещаются по доступным орбиталям всех соседних атомов, обеспечивая связь между ними, то есть валентные электроны являются коллективизированными и делокализованными. Они равномерно распределены по всему объему металлического кристал

ла. Распределение электронной плотности заряда вокруг ионов, которые образовались в результате «отдачи» атомами в коллективное пользование своих валентных электронов, является приблизительно сферическисимметричным. Это позволяет представить структуру такого кристалла в виде ионного остова, погруженного в «газ» из коллективизированных валентных электронов, взаимодействие которых с ионами компенсирует силы отталкивания между одноименно заряженными ионами. Таким образом, металлическая связь носит ненаправленный и ненасыщенный характер.

Энергия коллективизированных валентных электронов в металлах квантована, но с очень малой разностью соседних энергетических уровней. Валентные электроны стремятся занять самые низкие энергетические уровни. В металлах существует корреляция между величиной энергии связи и энергией Ферми: Eсвяз = AF, где A∗ — коэффициент, зависящий от природы металла (обычно A∗ < 1 [15]).

Для абсолютного большинства металлов следствием отсутствия направленности связи и отсутствия ограничений, обусловленных наличием пределов устойчивости кристаллической структуры, является высокая симметрия и большая компактность кристаллических структур. Металлы кристаллизуются в структуры с плотнейшей упаковкой атомов, что обеспечивает минимальность полной энергии кристалла. Из кристаллографии известно, что наиболее плотную упаковку имеют гексагональная (Zк = 12) и кубическая гранецентрированная (Zк = 12) решетки, а кубическая объемноцентрированная решетка (Zк = 8) имеет чуть меньшую плотность. Большинство металлов и большое число металлических соединений кристаллизуются с образованием одной из этих решеток.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты