Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2" -> 6

Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.

Надыкто Б.А., Темофеева Л.Ф. Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 — Саров, 2003. — 212 c.
Скачать (прямая ссылка): plutoniyfundamentalnieproblemit22003.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 < 6 > 7 8 9 10 11 12 .. 159 >> Следующая


В металлическом состоянии плутоний имеет электронную конфигурацию 7s26d15f5. А наиболее важный новый результат, полученный при расчете электронной структуры, состоит в том, что в a-фазе все восемь валентных электронов являются электронами проводимости, это значит, что в а-плуто-нии поведение 5f электронов аналогично поведению 5d электронов в переходных металлах: они участвуют в формировании связей и обеспечивают целостность металла.

Рис. 5 показывает, что подразумевается под электроном проводимости и как в простом металле формируется энергетическая зона проводимости. Во-первых, на рисунке показано, что для объединения двух атомов натрия в двухатомную молекулу орбитали валентного 3 s электрона из обоих атомов должны находиться достаточно близко друг к другу, чтобы перекрываться. В такой конфигурации энергетический 3 s уровень одного атома натрия расщепляется на два уровня - один связывающий, второй антисвязывающий. Подобным образом, когда IO23 атомов натрия конденсируются так, что орбитали электронов соседних атомов перекрываются, атомы объединяются в кристаллическую систему, а валентный 3s уровень превращается в зону, состоящую приблизительно из IO23 очень близко расположенных уровней. Кроме этого на рисунке показано, что по мере конденсации атомов до образования кристаллической решетки электростатическая потенциальная яма, действующая на электрон в изолированном атоме, становится периодической системой потенциальных ям. Внутренние электроны (Is, 2s и 2р) остаются связанными в своих потенциальных ямах в узлах решетки, однако энергия валентных 3s электронов находится выше этих потен-

298

Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний и его сплавы

(а)

(б)

3z2-r2

х2-У2

Рис. 4. Угловые свойства s, р, d и f орбиталей и их радиальное распределение для атомов самария и плутония

Форма и ориентация атомной орбитали характеризуются парой квантовых чисел (?, Iiil). Азимутальное число і является положительным целым и имеет буквенные обозначения (s для і = O5 р для і = 1, d для і = 2 и f для і = 3). Электрон орбитали, обозначенной имеет единиц орбитального углового момента. Магнитное число Uii является целым числом в интервале от -І до L Таким образом, каждому значению і соответствует группа из 2(^ + 1) орбиталей, (а) Сферически-симметричная s орбиталь, (б) Одна из трех р орбиталей. Две остальные определяются вращением орбитали на 90° вокруг осей X и у соответственно, (в) Две из пяти d орбиталей. Еще одна орбиталь определяется вращением 6xz_yz на 45° вокруг оси z, а две оставшиеся - вращением 6х2_у2 на 90° вокруг осей х и у соответственно, (г) Это не единственное полиномиальное описание f орбиталей. Две орбитали показаны в кубическом представлении с упрощенными полиномиальными обозначениями. Еще две орбитали определяются вращением fz3 на 90° вокруг оси х или у, и три - вращением fxyz на 45° вокруг осей х, у или z - всего семь орбиталей

Релятивистский расчет Нерелятивистский расчет

Релятивистский расчет Нерелятивистский расчет

2

Радиус (А)

Плотность вероятности нахождения электрона на определенном расстоянии от ядра показана для валентных электронов изолированных ионов самария и плутония. (Пик кривых распределения указывает лишь на наиболее вероятное расстояние от ядра до этого электрона.) Эти результаты Джеффри Хей и Ричард Мартин из Лос-Аламоса получили, проведя расчеты из первых принципов методом теории функционала плотности, (д) 4f электроны Sm3+ расположены близко к ядру и слабо влияют на формирование молекулярных связей. Они не образуют связей в твердом теле, (е) 5f электроны Pu3+ находятся на довольно большом удалении от ядра по сравнению с 4f электронами Sm3+. (Сравним, например, вероятность на радиусе 1 А.) По этой причине 5f электроны участвуют в формировании химических связей молекул и твердого тела. Кроме того, примечательна значительно большая радиальная протяженность плотностей вероятности для валентных 7s и 7р состояний Pu3+ по сравнению с валентными 5f состояниями. Полные релятивистские расчеты показывают, что 5f и 6d распределения характеризуются большей радиальной протяженностью, чем в нерелятивистских расчетах, a 7s и 7р распределения смещаются ближе к ионным остовам

Number 26 2000 Los Alamos Science

299
Плутоний и его сплавы

(а)

Атом Na

Волновая функция 3s

Ф(3з) • ^ -Электростатический потенциал

Энергетические уровни 3s ¦

Двухатомная молекула Na

- А В

(б)

Волновая функция 3s зоны

Металлический Na

Образование s зоны

^^Связывающие состояния^= й

Огибающая плоская волна

Ширина зоны s

Плотность состояний

Рис. 5. Формирование зон, состояния Блоха и плотность состояний в простом металлическом натрии

(а) Два атома натрия формируют связь, создавая двухатомную молекулу, (б) Этот процесс формирования связей обобщается на металлическое состояние. В случае двух атомов натрия сумма и разность валентных 3s волновых функций каждого атома образуют связывающие (В) и антисвязывающие (А) молекулярные орбитали двухатомной молекулы, a 3s уровень энергии атома расщепляется на уровни энергии А и В. Следует обратить внимание на двойную потенциальную яму в двухатомной молекуле и на связывающий уровень непосредственно под вершиной ямы. Когда множество атомов объединяются, они кристаллизуются, образуя периодическую потенциальную систему ионных остовов и электронов проводимости, общих для всех атомов. Внутренние электроны (1s, 2s и 2р) остаются локализованными в узлах решетки. Валентные 3s электроны образуют состояния Блоха, состоящие из 3s волновой функции в каждом узле атома, модулированной плоской волной. Исходный 3s уровень ~1023 атомов преобразуется в зону близко расположенных энергетических уровней, ширина которой определяется степенью перекрытия волновых функций соседних узлов. В металлическом натрии 3s зона проводимости заполнена только наполовину; верхний занятый уровень при температуре, равной абсолютному нулю, обозначается как Ef (энергия Ферми). Число состояний на разных энергетических уровнях представлено кривой плотности состояний
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 < 6 > 7 8 9 10 11 12 .. 159 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed