Электрохимический потенциал - электрон
Cтраница 2
В § 26 было показано, что на границе соприкосновения двух различных тел возникает электрический заряд, вызванный выравниванием электрохимических потенциалов электронов или ионов в соприкасающихся телах. Поверхность и объем одного и того же кристалла обладают неодинаковыми физико-химическими свойствами и могут поэтому рассматриваться как два находящихся в контакте разнородных тела. Ниже мы рассмотрим поверхностные свойства полупроводников на примере германия и кремния. [16]
Энергия Ферми электронов в данном случае выполняет роль электрохимического потенциала: до тех пор пока существует разность уровней Ферми ( электрохимических потенциалов электронов), будет происходить самопроизвольный переход из области с более высокой энергией Ферми ( с более высоким электрохимическим потенциалом) в область с более низкой энергией Ферми. [17]
Обратим теперь внимание на то, что суммарная высота потенциального барьера, возникающего на границе металла с полупроводником, вообще не зависит от природы металла, а определяется только положением электрохимического потенциала электронов в полупроводнике. [19]
Если в правильно разомкнутой электрохимической цепи ( см. рис. VI.2 a) на всех трех фазовых границах Mi - М2, М2 - раствор и раствор - MI имеет место электронное равновесие, определяемое равенством электрохимических потенциалов электрона в этих фазах, то на первый взгляд кажется непонятным, за счет чего возникает ЭДС цепи, равная разности це в двух частях одного и того же металла MI. Анализ этой проблемы показывает, что электрохимические потенциалы электрона в двух областях одного и того же раствора: вблизи металла MI и вблизи металла MS - не одинаковы. Следовательно, в воде между двумя электродами имеет место градиент концентрации гидратированных электронов. Как следует из уравнения (IV.34), градиент концентрации сольватированных электронов возникает в любом растворе, если только не равны друг другу электродные потенциалы двух металлов. Поэтому, строго говоря, разомкнутая электрохимическая цепь, ЭДС которой не равна нулю, не является равновесной даже при наличии равновесия на всех ее фазовых границах. Чтобы строго определить равновесную электрохимическую цепь, кроме условия электрохимического равновесия на каждой фазовой границе дополнительно указывают, что ЭДС цепи скомпенсирована разностью потенциалов от внешнего источника тока ( см. с. Отсюда следует, что ЭДС электрохимической цепи можно представить как разность величин ц pe / F вблизи двух электродов и ввести определение отдельного электродного потенциала как реальной свободной энергии сольватации электрона ( выраженной в эВ) при электронном равновесии электрода с раствором. [20]
Электрохимический потенциал относится к тому или иному заряженному компоненту, присутствующему в виде ионов или электронов. Соотношение между электрохимическим потенциалом электронов в фазе а и электрическим потенциалом Vх является неопределенным, если не оговорено, какое именно значение термодинамической величины - электрохимического потенциала - полагается равным нулю. Если условиться принимать за нуль электрохимический потенциал, электронов в газе, где заряды настолько разделены, что силами их взаимодействия можно пренебречь, то работа выхода 8га молей электронов в точку внешнего пространства у самой границы фазы а выразится, как - F - g & ra, a работа ввода этих электронов в металл будет равна - у / З / г, где у - термоэлектронная работа выхода, выраженная в электрических единицах. [21]
Если два проводника А и В с истинными значениями работы выхода фА и фв при одинаковых температурах находятся в электрическом контакте, то электроны будут течь в одном направлении, пока не будет достигнуто равновесное состояние, при котором уровни Ферми двух проводников станут одинаковыми. Другими словами, электрохимические потенциалы электронов в двух проводниках должны стать равными. [22]
Если в правильно разомкнутой электрохимической цепи ( см. рис. VI.2 a) на всех трех фазовых границах Mi - М2, М2 - раствор и раствор - MI имеет место электронное равновесие, определяемое равенством электрохимических потенциалов электрона в этих фазах, то на первый взгляд кажется непонятным, за счет чего возникает ЭДС цепи, равная разности це в двух частях одного и того же металла MI. Анализ этой проблемы показывает, что электрохимические потенциалы электрона в двух областях одного и того же раствора: вблизи металла MI и вблизи металла MS - не одинаковы. Следовательно, в воде между двумя электродами имеет место градиент концентрации гидратированных электронов. Как следует из уравнения (IV.34), градиент концентрации сольватированных электронов возникает в любом растворе, если только не равны друг другу электродные потенциалы двух металлов. Поэтому, строго говоря, разомкнутая электрохимическая цепь, ЭДС которой не равна нулю, не является равновесной даже при наличии равновесия на всех ее фазовых границах. Чтобы строго определить равновесную электрохимическую цепь, кроме условия электрохимического равновесия на каждой фазовой границе дополнительно указывают, что ЭДС цепи скомпенсирована разностью потенциалов от внешнего источника тока ( см. с. Отсюда следует, что ЭДС электрохимической цепи можно представить как разность величин ц pe / F вблизи двух электродов и ввести определение отдельного электродного потенциала как реальной свободной энергии сольватации электрона ( выраженной в эВ) при электронном равновесии электрода с раствором. [23]
В § 41.5 мы уже говорили о том, что элею-роны проводимости в металле можно рассматривать как вырожденный идеальный Ферми-газ, находящийся в потенциальном ящике с плоским дном. Величину ц - е ( р называют электрохимическим потенциалом электронов в металле. Соответственно уровень Ферми часто называют уровнем электрохимического потенциала. [24]
При этом в соответствии со схемой, изображенной на рис. 1, следует разграничивать случаи различных потенциалопределяющих электрохимических равновесных реакций на границах раздела фаз посторонний металл - окисел и окисел - электролит. В каждом случае электронная проводимость предполагается достаточно высокой, так что электрохимический потенциал электронов г ц - F - y сохраняет постоянное значение во всей области от постороннего металла до границы раздела окисел - электролит. [25]
Разность потенциалов между посторонним металлом и покрывающим слоем устанавливается такой, чтобы электрохимические потенциалы электронов ( потенциал Ферми) Tie ( АС - ф в обеих фазах были одинаковы. Фз между покрывающим слоем и электролитом определяется термодинамически из условия анионного равновесия. [26]
Вместе с тем, поскольку электродные реакции протекают на границе электрод - раствор ( или расплав), представляет интерес вопрос о работе выхода электронов из металла в раствор ( или расплав) при заданном электродном потенциале. За пределами двойного слоя потенциал в любой точке раствора ( или расплава) одинаков, следовательно, одинаков и электрохимический потенциал электрона. Поэтому работа выхода электрона в раствор ( или расплав) электролита при заданном электродном потенциале не зависит от природы металла. [27]
При равновесном потенциале е0 между металлом и раствором должна устанавливаться такая разность потенциалов Аф фме - фЭл, чтобы уровни Ферми, или электрохимические потенциалы электронов, в обеих фазах сравнялись. [28]
 |
Образование электронного двойного слоя и разности поверхностных потенциалов для кристалла, окруженного плоскостями одного кристаллографического вида. [29] |
Потенциальны и барьер на границе раздела металл - газ. Перейдем теперь к явлениям, относящимся к поверхностям, которые находятся в контакте с газом или вакуумом. Требуется вычислить электрохимический потенциал электронов в металле относительно потенциала изолированного, находящегося в бесконечности электрона. [30]
Страницы: 1 2 3