Г. Реми - Курс неорганической химии (1109024), страница 7
Текст из файла (страница 7)
т. 1, стр. 136 п сл.), прккьжзет ссгпрэрьсзкзя эвзргстпчсская пщюсз, что объясняется тем, что оторзззпый зло»строк, ломаке эссер»аз коцзззцпп, может обе»дать сщс кпкзтичзской звсргле»с, прас«к последней — з любом козвчсстзз, Касс с««дуст вз правоВ чзстк рпс. 2, благодаря току что атомы меди соэдкзяютсл з решетку металла,4»-уровекь растягззазтся з зкзрсчтпчзскусо иозссу, состоящую пз кпо»кзстзз блкюсо рзсположеппый урозкей. П случае, лркзздекксм вз рксукке, то жз ство»лыса к к Зс«-уреза»о, в 'со зрокя кзк более глубоко лежащие урозпп вз:язмевяются.
Отсутстзуюсцпе о основпом состоявкк атома зксргзтаческзэ урозкп, которые расположены выше 4«-урозвя. также распшряютсл в полосы, причем послздпас з случае кззп располагаются друг кзд другом тзк, сто уже пзпосрэдстззпво зьцпе 4»-полосы для электровоз допусткко иракткчзскп шобоз значение энсрпш. Метааам и шиз«р етал«гич««зи«яа«ы Рзсщнрепве энэрг«таческпх уровней, содержащих эазэптпыз электролы, В зцвргетячзскую волосу, прпзодпт, между прочим, я.тэму, чтз пзвмепьшзя.зяергкя, которая дозжва быть затрачена, чтобы отщепвть электроны от твердого металла, становятся существзяпо мевыпз, чем ааоргпя повпзапвп свободного атома.
Эту энзрппо, тзк называемую работу аьгз«да, агожао определять кзмерэпяэм фотоэффекта пля чернозмпсспопэого»ффзптз. Опа со«тззляег для меди 4,3 з«, в то время взгг работа пошгззцвя атома меди состзвзяет 7,7 з«. Следовательно, верхний край покосы, содзрвгзщей 4«-электроны, в мэтзплпчоскггй меди лежат вз 3,4 з«выше, чзм соотзетствукяпзй уровень в атоме меди. В нормальном состоянии (при О' К) электроны находятся только на таких энергетических полосах, которые соответствуют энергетическим уровням, занятым электронами, в нормальном состоянии свободного атома.
Если в такой энергетической полосе зсе уровни заняты электронами, то эти электроны (пока онн находятся на полосе) не могут транспор- . тировать пн электричество, нн теплоту. Несмотря на то 'что с точил эрсиия корпускулярной теории эггектроиы считаются подвнжнымп, они не могут ускоряться электрическим полем. В противном случае это означало бы получекие зкергкн. А при получения энергия онн должны были бы подняться на з«сргетячоский уровень, который уже занят другим электроном (исключая случай, когда добавленной энергии было бы достаточно,.
чтобы перевесгн нх на другую полосу). Это, однако, невозможно по принципу Паули. -Если же только лааипма энергетических уровпой одной полосы запита электро«змя, то другая нолоэияа может принимать электроны с большей энергией. Тогда, следовательно, практически все электроны, находящиеся на полосе, могут быть ускорены приложенным напряженном и том самьгм опк будут способствовать прохшкдсиню тока. Если занято более половины энергетических уровнем, то число электронов, которое может способствовать прохождению тока, мемкше чем в предыдущем случае.
Если занято менее половины энергетических уровней, то это число, естественно, также меньше. Следовательно, электропроводность металла зависит не от обп(езо чпсза свободно 'двпжущпхся электронов в единице объема металла, а от числа таких электронов, о«иг которых имеютсл еп)е незанятые энергетические уровни. Это число называют' з(бфектпзгисм электро«ныш числам металла. Для зава«из«оста Кдвгыгзг» зз«тэузярэвадвтзэв к от эффектпзпого эзоктропаого числа ва кшкдыйг аубпчесппй сзптпмэтр металлов ззсф теория'"даст слэдугощую формулу: «з к= — ззег»1, 2тр (1) где «, т, з и 1 — сэствстствзппо заряд, масса, скорость в средняя свободазя даяна пробег'а злак«роков.
«Средняя сзободяая пляпа пробегз«з смысле нерзускуляряой тзорвп озпачзет в волновой мэхаяпкэ вэлпчкпу, которая взызрязт споссбвггсть мета«газ образовывать в пропев«утке между атомами стоячие злектрпчзскпе появы. Эта способность умзпьшзетзя в результате взупорядочеяпого впедреппя з металз посторопяпх атомов (ср, сгр.
30 я сл.), псззжеппй решеткп (см. сгр. дб в сз.), а также з результате колэбзвпй атомов эволе пх среднего позовгевяя в крвсталлвчсской решетке. Тазг как зпг колебавпя возрастают с повышзпаем температуры, метзлапчзснвзг прозодвмость прв этом падает. Нзпротяз, умэкьшепвэ проводпмостп, вьгзызазмое постороккиги зтомзмп к впымк пскзгкзяггяггя ртпэт«ш, пе зззвспт ат тезгперзтуры.
«1«к спзьггсв вскажзна решетка мзтзялз, тзм более преэышзется ео взрмзльпое ззвпсяпюе от температуры сопротввлевве добавочпым сопропшлеввзм, пззаввсящам от темпвратурьг. 'Ро, что содерзгащвесгг в мзззлвз загрязпсввя повыпшют его удельвоз сепротввлзвпе зз счет нсзавпсяжей от температуры составляющей (прячем даже уогдз, когда речь идет о н«бззьшом лолпчзствэ прпме«л металла," собствеппзя праводкмсгль которого больше, чем кроводпмость осноэпого металла), было устаковлепо Ыатвсссвом ужз в ) 864 г.
Нак позднее было показано, прзвпло й(зтггссекз верно толька в случае таках. примесей, ьоторыа образуют >яеердые рае>ягоры, т. е. ккаючаются в мэтааяическую рыпатку (а общем случае неупорядочапио, ср. сгр. 31). Напротив, удельная элсктропрозодкость ееэ>ереееэаеео сплава (т. е. смеси различных кристаллов) па существу аддятиэно сккадмаается из удельных элэктропроаодпостей составных частей.
Удееьэеа юеяеоарееедяееюь металла Х в соответствии с той же теорией выра>кается Формулой ятйеТ и= — эеффй бто (2) где Т вЂ” абсолютная температура, а Ь вЂ” так назыэаемая константа Бояьтцмана, т. е. час>иоэ от делания газозой постоянной >> па число Авогадро Х. Если разделить уразиекиа (2) па урааиспио (Ц, то паяучям Эта урээнаппе выражает правило Видэмана Франца. После подстановки числовых эначеэкй * з правую часть уравнения (3) получают 2,442-10». Отсюда при комнатной температуда (Т 273,13 + 18) оказывается Х/я = 291,15 2,442 10> = 7,110 10>о.
В качастэе средкага эпачэкия иэ найденных дкя большого числа хорошо проводящих метзаяоз бьшо рассчитано отлаженно Х/я 7,11 ° 10>э. Следовательно, ураавенио (3) дая фактора пропорциональности правила Вйдемана — Франца дает зернов значение. Кслн удельные электропроводкости отдельных элемептов умножить иа их атомные объемы и полученные таким образом «атомные электропровадностн» нанести на систему координат в зависимости от порядковых чисел, то получим при этом периодическую кривую, аналогичную кривой атомных объемов (т. 1), с той разницей; что на вершинах пиков, помимо щелочных металлов, оказываются Сп, Ая и Ап.
Нашед>пая в этой кривой отражение повьппенная проводимость металлов обеих подгрупп первой группы периодической системы, согласно электронной теории металлов, объясняется следующим образом: Свободные атомы металлов главкой и побочной подгрупп первой группы содержат на внепшей оболочке по одному электрону, причем этот электрон имеет побочное квантовое число 1 = О. Однако, согласно принципу Паули, оболочка с побочным квантовым числом ( = О может принять дее электрона (ср.
т. 1, стр. 145 и сл.); еледоватольно, у названнь>х элементов в атомарном состоянии эта оболочка занята только наполовину, в то время как все нижние оболочки заняты полностью. Квантовомехаикчеекий расчет распределения потенциала в решетках этих металлов показывает, что энергетическая полоса, соответствукпцая этой оболочке в твердом металле, тйкжо заполнепа только наполовину. Поэтому у этих металлов число способных к переносу тока электронов пэфф практически равно числу и валентньш злентропов, в то время как у других металлов я,фф постоянно меньше, чем я. Я 1,987 4,134 10> > 4,303 10 >э )е= = ", ' э = 1,380 10 >е; е= ,' о 1,602 ° 10 к' Лолупроводню>я к иаоляторы.
Ка>г уже было отмечено, вещества, у которых з тэердом состояния зсэ энергетические полосы полностью запяты, нэ могут, вообще говоря, праэадкгь экектркческяй ток. Однако, эски немного выше самой аэрхпсй энергетической полосы„ иа которой э нормааьвом состоянкк находятся ээяэнтныэ эяекгрояь>, лежит другая полоса, незанятая э нормальном састоякая, то электроны Жетаэлв и интерлстазаичесиие фааи ъюгут в результате подводе тепле перемсстпться па эту эпергетвчсскуэо полосу, вбо, хотя злектроякый газ к чзырождепь, его споссбпость поглощать тепло пе равна нулю, а точько лишь очепь мала во сравнению с такой способвостью вормалькых газов.
Пока злектропы паходвтся на более высокой авергетвческой полосе, овп могут перекосить электрпческпй ток. То же относятся и к электролам эпергетпческой полосы, с которой выпив зтп электроны к которая оказывается тогда частично везаяятой, Чем выше температура такого вещества, тем больше электропов переходит па более высокий звергеткчесйий урозепь и соответственно тем больше его злектропроводпосьь. В таком случае говорят о иееулрьеэдиилг и — еглв речь вдет о простом веществе — о лсэулгяьаазс.
Для последвего характерпо, что его проводимость яе падает с ростом температуры, как у яастояжкх металлов, а растет, С ростом рэсстоявкя между обоями указанными энергетическими полосаьш очевь сильно умевьпюегся число электронов, которые перемещаются иа верхнюю полосу в рсауаьтате возрастапкя температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
