Положительный ион - решетка
Cтраница 3
В твердых кристаллических диэлектриках типа NaCl, имеющих ионную кристаллическую решетку ( 11.7.1.2), возможна ионная поляризация. Она заключается в том, что при внесении таких диэлектриков во внешнее однородное электрическое поле положительные ионы решетки смещаются в направлении вектора напряженности поля, а отрицательные ионы - в противоположную сторону. [31]
В твердых кристаллических диэлектриках типа NaCl, имеющих ионную кристаллическую решетку ( 11.7.1.2) возможна ионная поляризация. Она заключается в том, что при внесении таких диэлектриков во внешнее однородное электрическое поле положительные ионы решетки смещаются в направлении вектора напряженности поля, а отрицательные ионы - в противоположную сторону. [32]
Известно, что кристаллы окислов металлов являются ионными кристаллами и характеризуются гетерополярной связью между правильно чередующимися в узлах кристаллической решетки положительными и отрицательными ионами. Наличие прочной связи у неорганических диэлектриков приводит к тому, что электропроводность у них отсутствует или проявляется слабо, но при наложении электрического поля обнаруживается явление ионной поляризации. Это явление состоит в смещении положительных ионов решетки вдоль направления поля, а отрицательных ионов в противоположную сторону. Образуется электростатическое поле и ряд явлений, обусловленных связанными зарядами. [33]
XIV мы видели, что в металлах имеются электроны проводимости, участвующие в тепловом движении. Так как электроны удерживаются внутри металла, то, значит, вблизи поверхности существуют силы, действующие на электроны и направленные внутрь металла. Они возникают вследствие притяжения между электронами и положительными ионами решетки. [34]
Вместе с тем адсорбированный атом может вызвать образование электронов проводимости. Пусть, например, атом натрия адсорбируется на поверхности хлористого натрия вблизи иона хлора. Для увеличения связи этот атом может отдать свой электрон одному из положительных ионов решетки. В результате в решетке возникнут нестехиомегричность и электронная проводимость. Введение бора в кремний приводит к образованию ненасыщенного атома кремния, так как валентность бора меньше валентности кремния. Свободная валентность соседнего с бором ненасыщенного атома кремния может захватывать электрон от других атомов кремния. В результате происходит миграция этой свободной валентности по решетке. [35]
Вместе с тем адсорбированный атом может вызвать образование электронов проводимости. Пусть, например, атом натрия адсорбируется на поверхности хлористого натрия вблизи иона хлора. Для увеличения связи этот атом может отдать свой электрон одному из положительных ионов решетки. В результате в решетке возникнут несте-хиометричность и электронная проводимость. Введение бора в кремний приводит к образованию ненасыщенного атома кремния, так как валентность бора меньше валентности кремния. Свободная валентность соседнего с бором ненасыщенного атома кремния может захватывать электрон от других атомов кремния. В результате происходит миграция этой свободной валентности по решетке. [36]
 |
Распределение электронов.| К механизму возникновения силы электронного изображения. [37] |
В результате число электронов, оставшихся в металле, стало бы меньше, чем число положительных ионов в кристаллической решетке, и металл должен был бы оказаться положительно заряженным. В действительности этого не происходит. Объясняется это прежде всего тем, что электроны, вылетающие из металла, испытывают притяжение со стороны положительных ионов решетки, вследствие чего они возвращаются назад, внутрь металла. Непрерывно вылетающие и возвращающиеся электроны создают вместе с поверхностными ионами решетки электрический двойной слой, препятствующий вылету электронов. [38]
Электроны под влиянием приложенного уже небольшого напряжения легко переходят из первой зоны во вторую, в которой имеется большое количество незанятых состояний, и становятся свободными электронами в том смысле, что их положение в объеме металла неопределенно: они могут оказаться в любом месте объема. В металлах много свободных электронов, которые под действием электрического поля движутся в пространстве между кристаллами металла, образуя упорядоченное движение заряженных частиц, или электрический ток. При этом в нормальных условиях электрон может пройти расстояние, в тысячу раз больше размера параметра решетки, прежде чем он испытает рассеяние при столкновении с положительным ионом решетки. [39]
Внешние валентные электроны в атомах металлов связаны относительно слабо. При образовании твердого состояния атомы располагаются настолько близко друг от дру га, что валентные электроны приобретают способность покидать свои атомы и свободно перемещаться внутри решетки. Такое обобществление электронов приводит к однородному распределению их в решетке металла. Связь возникает вследствие взаимодействия положительных ионов решетки с электронным газом: электроны, находящиеся между ионами, стягивают их, уравновешивая силы отталкивания, действующие между самими ионами. [40]
Почему нужно обязательно подогревать катод. Вблизи поверхности металла располагаются положительные ионы кристаллической решетки. Свободные электроны, находясь в постоянном хаотическом движении, могут иногда вылетать за пределы этой поверхности. Но, как правило, при комнатной температуре они находятся непосредственно у самой поверхности за счет сил взаимного притяжения между положительными ионами решетки и вылетевшими электронами. Если же электроны имеют достаточно большую скорость, то они могут выйти далеко за пределы металла. [41]
 |
Демонстрация существования трения электронов в металлах. [42] |
Рассмотренная картина движения электронов приводит также к объяснению электрического сопротивления металлов. Между двумя последовательными соударениями электроны движутся под действием поля с ускорением и приобретают определенную энергию. Поэтому при наличии тока металлы нагреваются. Точно так же после исчезновения внешнего поля упорядоченное движение электронов вследствие соударений быстро превращается в беспорядочное тепловое движение, и электрический ток прекращается. Мы видим, что причина электрического сопротивления заключается в соударениях электронов с положительными ионами решетки металла. [43]
Трудно ожидать, что представление о свободных электронах будет одинаково хорошим приближением для всех металлов. Соотношение (8.6), определяющее уровни энергии, справедливо лишь для частицы в поле с постоянным потенциалом, тогда как на самом деле потенциальная энергия электрона в металле не постоянна, а зависит как от строения ионной решетки, так и от состояний других электронов. Определение ее точного вида приводит к задаче самосогласованного поля, подобной рассмотренной Хартри. Решение Зоммерфельда, исходившего из предположения о постоянстве потенциала, является, по сути дела, первым приближением к решению такой задачи. Второе приближение можно построить, предполагая, что потенциал, обусловленный самими электронами, постоянен, и учитывая в уравнении Шредингера лишь поле положительных ионов решетки. Для приближенного решения соответствующего уравнения Шредингера были предложены различные методы, позволяющие провести хотя бы качественное обсуждение поведения электронов в реальных металлах. [44]
Трудно ожидать, что представление о свободных электронах будет одинаково хорошим приближением для всех металлов. Соотношение (8.6), определяющее уровни энергии, справедливо лишь для частицы в поло с постоянным потенциалом, тогда как на самом деле потенциальная энергия электрона в металле не постоянна, а зависит как от строения ионной решетки, так н от состоянии других электронов. Определение ее точного вида приводит к задаче самосогласованного поля, подобной рассмотренной Хартри. Решение Зоммерфельда, исходившего из предположения о постоянстве потенциала, является, по сути дела, первым приближенном к решению такой задачи. Второе приближение можно построить, предполагая, что потенциал, обусловленный самими электронами, постоянен, и учитывая в уравнении Шредипгсра лишь поле положительных ионов решетки. Для приближенного решения соответствующего уравнения Шредингера были предложены различные методы, позволяющие провести хотя бы качественное обсуждение поведения электронов в реальных металлах. [45]
Страницы: 1 2 3 4