МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Известно, что у атомов первых групп периодической системы элементов (левая часть таблицы) на последней оболочке заполнено электронами лишь небольшое количество мест. Волновые функции тех электронов, которые находятся на этой оболочке, гораздо сильнее «размазаны» в пространстве, чем волновые функции электронов предпоследней, полностью занятой оболочки. На рис. 1.6 изображены графики зависимости ||/|2г2 (вероятности нахождения электрона) для электронов лития в 1в- и 2в-состоя- ниях.

Видно, что 28-электроны в среднем находятся от ядра примерно в пять раз дальше, чем 18-электроны. При сильном сближении атомов (до соприкосновения 1в-оболочек) среднее расстояние 28-электронов до «чужих ядер» оказывается меньшим, чем до «своего» ядра. Приближение внешних электронов к положительно заряженному ядру, «своему» или «чужому», вызывает уменьшение потенциальной энергии системы. Причину, мешающую электрону упасть на «свое» ядро, можно понять из соотношения неопределенностей .

При приближении электрона к ядру неопределенность

координаты уменьшается, при этом возрастав!

ростом Ар растет и кинетическая энергия. При уменьшении расстояния между электроном и ядром рост кинетической энергии перегоняет уменьшение потенциальной энергии, и полная энергия электрона начинает расти. Дальнейшее уменьшение расстояния между электроном и ядром

Рис. 1.6

Радиальное распределение плотности электронов

Рис. 1.7

Обобществление электронов в кристаллах

становится энергетически невыгодным, так что «упасть» на ядро электрон не может.

Сближение электронов с соседними ядрами также понижает потенциальную энергию, как и сближение со «своим» ядром. Кинетическая энергия электронов при этом не увеличивается, так как область распространения электронов не сужается. Поэтому полная энергия системы при сближении атомов уменьшается. Уменьшение энергии системы при более плотной «упаковке» атомов означает появление сил притяжения между атомами. При таком сближении атомов потенциальные ямы поверху сливаются (рис. 1.7). Если в «области слияния» имеются электронные уровни, то соответствующие электроны «обобществляются» и принадлежат всему кристаллу. Так возникает металлическая связь.

Таким образом, для появления металлической связи нужно, чтобы в атоме присутствовали слабо связанные электроны. Свободно передвигающиеся в металлических кристаллах электроны ведут себя подобно газу и в физической литературе часто так и называются — электронным газом (движение электронов, конечно, носит квантовый характер). Выигрыш в энергии, получаемый при образовании металлической связи, оказывается тем заметнее, чем большее число соседей имеет атом (напомним, что при ковалентной связи существенны расстояния только до тех соседей, с которыми образуется связь). Предел сближению атомов кладет отталкивание заполненных оболочек, связанное с принципом Паули.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >