К питання металевої зв'язку в плотнейших упаковках хімічних элементов

«До питання металлической.

зв’язку в плотнейших упаковках.

хімічних элементов".

Г. Г.Филипенко.

Гродно.

АННОТАЦИЯ.

Зазвичай, у літературі металева зв’язок описується, як здійснена у вигляді усуспільнення зовнішніх електронів атомів і що має властивістю спрямованості. Хоча зустрічаються спроби (див. нижче) пояснення спрямованої металевої зв’язку т.к. елементи кристализуются в певний тип решетки.

Діяльність «До питання металевої зв’язку в плотнейших упаковках хімічних елементів» показано, що металева зв’язок в плотнейших упаковках (ГЕК і ГЦК) між центральноизбранным атомом та її сусідами в загальному разі, може бути, здійснюється з допомогою 9 (дев'яти) спрямованих зв’язків, на відміну числа сусідніх атомів рівного 12 (дванадцяти) (координаційне число). Металева валентність елемента у його монокристалі і валентність цього елемента по кисню, воднюрізні понятия.

Поки неможливо у випадку вивести ринок із квантовомеханических розрахунків кристалічну структуру металу по електронному будовою атома, хоча, наприклад, Ганцхорн і Делингер засвідчили її можливий зв’язок між наявністю кубічної объемно-центрированной грати в підгрупах титану, ванадію, хрому і наявністю в атомах цих металів валентных dорбиталей. Цілком ймовірно, що чотири гібридні орбитали спрямовані щодо чотирьох тілесним діагоналям куба і добре пристосовані для зв’язку кожного атома з його 8 сусідами в кубічної объемноцентрированной решітці. У цьому решта орбитали спрямовані центрів граней елементарної чарунки й, можливо, можуть брати участь у зв’язку з атома з 6 його другими сусідами /3/ стp. 99.

Перше координаційне число (К.Ч.1) «8» плюс друге координаційне число (К.Ч.2) «6» одно «14».

Спробуємо зв’язати зовнішні електрони атома даного елемента зі структурою його кристалічною грати, враховуючи необхідність спрямованих зв’язків (хімія) та наявність усуспільнених електронів (фізика), відповідальних за гальваномагнитные свойства.

Відповідно до /1/ стр. 20, число Zелектрони у зоні провідності, отримано авторами, може бути, з валентності металу по кисню, водню і зобов’язане піддаватись сумніву, т.к. експериментальні дані по Холу і модулю всебічного стискування близькі до теоретичним лише лужних металів. ОЦК решітка, Z=1 поза сумнівами. Координаційне число одно 8.

На простих прикладах покажемо, що у одну зв’язок у алмазу при щільності упаковки 34% і координаційній числі 4 доводиться 34%:4=8,5%.

У кубічної примітивною грати щільність упаковки 52% і координаційне число 6 доводиться 52%:б=8,66%.

У кубічної объемноцентрированной грати щільність упаковки 68% і координаційне число 8 доводиться 68%:8=8,5%.

У кубічної гранецентрированной грати щільність упаковки 74% і координаційне число 12 доводиться 74%:12=6.16%, і якщо 74%:9=8,22%.

У гексагональної грати щільність упаковки 74% і координаційне число 12 доводиться 74%:12=6,16%, і якщо 74%:9=8,22%.

Вочевидь, що це 8,66−8,22% несуть у собі якийсь фізичний сенс. Решта 26% кратні 8,66 і 100% гіпотетична щільність упаковки можлива за наявності 12 зв’язків. Але реальна чи така возможность?

Зовнішні електрони останньої оболонки чи подоболочек атома металу утворюють зону провідності. Кількість електронів у зоні провідності впливає постійну Голла, коефіцієнт всебічного стискування і т.д.

Побудуємо модель металла-элемента те щоб решта, після заповнення зони провідності, зовнішні електрони останньої оболонки чи подоболочек атомного остова якось впливали на будова кристалічною структури (наприклад: для ОЦК решетки-8 «валентных «електронів, а ГЕК і ГЦК -12 чи 9).

Вочевидь, що з підтвердження нашої моделі необхідно порівняти експериментальні і теоретичні дані про Холу, коефіцієнта всебічного стискування і т.д.

ГРУБЕ, ЯКІСНА ВИЗНАЧЕННЯ КОЛИЧЕСТВА.

ЕЛЕКТРОНІВ У ЗОНІ ПРОВІДНОСТІ МЕТАЛУ — ЭЛЕМЕНТА.

ПОЯСНЕННЯ ЧИННИКІВ, ВПЛИВАЮТЬ НА ОСВІТА ТИПА.

ГРАТИ МОНОКРИСТАЛА І НА ЗНАК ПОСТІЙНОЇ ХОЛЛА.

(Алгоритм побудови модели).

Вимірювання поля Голла дозволяють визначити знак носіїв заряду у зоні провідності. Один із чудових особливостей ефекту Голла полягає, проте, у цьому, що деякі металах коефіцієнт Голла позитивний, і тому носії у яких повинні, певне, мати заряд, протилежний заряду електрона /1/. При кімнатної температурі це стосується наступним металам: ванадій, хром, марганець, залізо, кобальт, цинк, цирконій, ніобій, молібден, рутеній, родій, кадмій, церій, празеодим, неодим, ітербій, гафній, тантал, вольфрам, реній, іридій, талій, свинець /2/. Вирішення цієї загадки має дати повна квантовомеханическая теорія твердого тела.

Приблизно, як деяких випадку застосування граничних умов БорнаКишені, розглянемо сильно спрощений одновимірний випадок зони провідності. Варіант перший: тонка замкнута трубка, повністю заповнена електронами крім однієї. Діаметр електрона приблизно дорівнює діаметру трубки. За такої заповненні зони, при локальному пересуванні електрона, спостерігається протилежне рух «місця «незаполнившего трубку, електрона, тобто рух неотрицательного заряду. Варіант другий: у слухавці один електрон — можливо рух лише одну заряду — негативно зарядженого електрона. З положень цих двох крайніх варіантів видно, що знак носіїв, яких визначали за коефіцієнта Голла, певною мірою, повинен залежати від наповнення зони провідності електронами. Малюнок 1.

а) б).

Рис .1. Схематичне зображення зони провідності різних металів. (Масштаби не дотримані). а) — варіант перший; б) — варіант второй.

На порядок руху електронів також будуть накладати свої і структура зони провідності, і температура, і домішки, дефекти, а магнітних матеріалів і розсіювання на магнітних квазичастицах — магнонах.

Оскільки міркування наші грубі, враховуємо надалі поки що тільки наповнення зони провідності електронами. Заповнимо зону провідності електронами те щоб зовнішні електрони атомних кістяків впливали освіту типу кристаллизационной грати. Припустимо, що кількість зовнішніх електронів в останній оболонці атомного остова, після заповнення зони провідності, одно числу атомів сусідів (координаційному числу) /5/. Координаційні числа ГЕК, ГЦК (гексагональної і гранецентрированной) плотнейших упаковок 12 і 18, а объемноцентрированной грати (ОЦК)8и14/3/. Для ГЕК і ГЦК розглянемо також скільки 9.

Побудуємо таблицю з урахуванням вищевикладеного. Температура кімнатна. |Елемент | |RH. 1010 |Z. |Z остов.|Тип грати | | | |(м3/K) |(прим.) | | | | | | | |(прим.) | | | Натрій |Na |-2,30 |1 |8 |ОЦК | | Магній |Mg |-0,90 |1 |9 |ГЕК | | Алюміній |Al |-0,38 |2 |9 |ГЦК | |чи | | | | | | | Алюміній |Al |-0,38 |1 |12 |ГЦК | | Калій |K |-4,20 |1 |8 |ОЦК | | Кальцій |Ca |-1,78 |1 |9 |ГЦК | | Кальцій |Ca |T=737K |2 |8 |ОЦК | |Скандій |Sc |-0,67 |2 |9 |ГЕК | |чи | | | | | | |Скандій |Sc |-0,67 |1 |18 |ГЕК | |Титан |Ti | | | |ГЕК | | | |-2,40 |1 |9 | | |Титан |Ti | | | |ГЕК | | | |-2,40 |3 |9 | | |Титан |Ti |T=1158K |4 |8 |ОЦК | | Ванадій |V |+0,76 |5 |8 |ОЦК | | Хром |Cr |+3,63 |6 |8 |ОЦК | |Залізо |Fe |+8,00 |8 |8 |ОЦК | |чи | | | | | | |Залізо |Fe |+8,00 |2 |14 |ОЦК | | Залізо |Fe |Т=1189K |7 |9 |ГЦК | |чи | | | | | | | Залізо |Fe |Т=1189K |4 |12 |ГЦК | | Кобальт |Co |+3,60 |8 |9 |ГЕК | |чи | | | | | | |Кобальт |Co |+3,60 |5 |12 |ГЕК | | Нікель |Ni |-0,60 |1 |9 |ГЦК | | Мідь |Cu |-0,52 |1 |18 |ГЦК | |чи | | | | | | |Мідь |Cu |-0,52 |2 |9 |ГЦК | |Цинк |Zn |+0,90 |2 |18 |ГЕК | |чи | | | | | | | Цинк |Zn |+0,90 |3 |9 |ГЕК | | Рубідій |Rb |-5,90 |1 |8 |ОЦК | |Итрий |Y |-1,25 |2 |9 |ГЕК | |Цирконій |Zr |+0,21 |3 |9 |ГЕК | | Цирконій |Zr |Т=1135К |4 |8 |ОЦК | |Ніобій |Nb |+0,72 |5 |8 |ОЦК | |Молібден |Mo |+1,91 |6 |8 |ОЦК | |Рутеній |Ru |+22 |7 |9 |ГЕК | |Родій |Rh |+0,48 |5 |12 |ГЦК | |чи | | | | | | |Родій |Rh |+0,48 |8 |9 |ГЦК | |Палладіо |Pd |-6,80 |1 |9 |ГЦК | |Срібло |Ag |-0,90 |1 |18 |ГЦК | |чи | | | | | | |Срібло |Ag |-0,90 |2 |9 |ГЦК | |Кадмій |Cd |+0,67 |2 |18 |ГЕК | |чи | | | | | | | Кадмій |Cd |+0,67 |3 |9 |ГЕК | |Цезій |Cs |-7,80 |1 |8 |ОЦК | |Лантан |La |-0,80 |2 |9 |ГЕК | |Церій |Ce |+1,92 |3 |9 |ГЦК | |чи | | | | | | |Церій |Ce |+1,92 |1 |9 |ГЦК | | Празеодим |Pr |+0,71 |4 |9 |ГЕК | |чи | | | | | | |Празеодим |Pr |+0,71 |1 |9 |ГЕК | |Неодим |Nd |+0,97 |5 |9 |ГЕК | |чи | | | | | | |Неодим |Nd |+0,97 |1 |9 |ГЕК | |Гадоліній |Gd |-0,95 |2 |9 |ГЕК | |Гадоліній |Gd |T=1533K |3 |8 |ОЦК | |Тербий |Tb |-4,30 |1 |9 |ГЕК | | Тербий |Tb |Т=1560К |2 |8 |ОЦК | |Диспрозій |Dy |-2,70 |1 |9 |ГЕК | |Диспрозій |Dy |Т=1657К |2 |8 |ОЦК | |Эрбий |Er |-0,341 |1 |9 |ГЕК | |Тулій |Tu |-1,80 |1 |9 |ГЕК | |Ітербій |Yb |+3,77 |3 |9 |ГЦК | |чи | | | | | | |Ітербій |Yb |+3,77 |1 |9 |ГЦК | |Лютецій |Lu |-0,535 |2 |9 |ГЕК | |Гафній |Hf |+0,43 |3 |9 |ГЕК | |Гафній |Hf |Т=2050К |4 |8 |ОЦК | |Тантал |Ta |+0,98 |5 |8 |ОЦК | |Вольфрам |W |+0,856 |6 |8 |ОЦК | |Ренійський |Re |+3,15 |6 |9 |ГЕК | |Осмій |Os |.