Физические основы электронного материаловедения

ЭЛЕКТРОННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Основные типы взаимодействий между атомами

между атомами

Электрические свойства вещества тесно связаны с тем, как его атомы взаимодействуют между собой. Кратко рассмотрим основные типы взаимодействия между атомами, сначала простейший случай на примере взаимодействия двух атомов. На рис. 2.1 схематически показана зависимость потенциальной энергии U двух атомов от расстояния R между их ядрами для двух важных типичных случаев. При этом энергия атомов в отсутствие взаимодействия (R = 0) принята за начало отсчета. В случае / энергия везде

Зависимость потенциальной энергии U двух атомов от расстояния R между их ядрами

Рис. 2.1. Зависимость потенциальной энергии U двух атомов от расстояния R между их ядрами

положительна и увеличивается при уменьшении расстояния. Это означает, что между атомами действует сила отталкивания при любом значении R, а значит, образование молекулы невозможно. В случае 2 потенциальная энергия имеет минимум при некотором расстоянии /?(). Здесь возможно образование устойчивой двухатомной молекулы.

Кривая 2 разложена на части, соответствующие силам притяжения (С/п) и отталкивания (t/OT). Кривую потенциальной энергии 2 можно истолковать как результат существования двух сил - притяжения и отталкивания. Полная потенциальная энергия состоит из суммы двух слагаемых: положительного U (отталкивание), быстро убывающего при увеличении расстояния, и отрицательного (7пр (притяжение), уменьшающегося с расстоянием более медленно.

Виды химической связи в соединениях

Различают следующие основные типы химической связи: а) ионная, или гетерополярная; б) ковалентная, или гомеопо-лярная; в) вандерваальсова, или молекулярная; г) металлическая. В типичных проводниках существенную роль играют только два первых типа связи.

Ионная связь

В случае ионной связи силы притяжения - кулоновские электростатические силы. Такой тип связи характерен для двухатомных молекул щелочно-галоидных соединений, например в молекуле NaCl. При образовании такой молекулы единственный валентный электрон натрия 35 переходит на атом хлора (у которого не хватает как раз одного электрона для завершения группы Зр), вследствие чего образуются два иона - Na+ и СП, притягивающиеся друг к другу.

Такой переход электрона происходит потому, что он энергетически выгоден, ибо вследствие притяжения между возникающими ионами Na+ и С1~ общая энергия этой системы оказывается мень ше, чем в случае нейтральных атомов Na и С1. На больших расстояниях взаимодействие ионов можно рассматривать приближенно как взаимодействие точечных зарядов и считать, что часть энергии взаимодействия, связанная с силами притяжения, равна -e2/R. С другой стороны, при малых R должны проявляться силы отталкивания. Они обусловлены взаимным проникновением друг в друга электронных оболочек атомов, а также отталкиванием одноименно заряженных ядер.

Во многих случаях с достаточным приближением можно считать, что величина силы отталкивания обратно пропорциональна некоторой степени расстояния между ядрами. Поэтому полную энергию взаимодействия можно представить в виде интерполяционной формулы где а и т - некоторые постоянные, характеризующие силы отталкивания. При т > 1 зависимость U(R) изображается кривой типа 2 (см. рис. 2.1) и имеет минимум при некотором равновесном расстоянии 7?0 между ионами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >