Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
4ГПа, Ge - при 16ГПа, InSb - при 2ГПа. Имеются гипотезы, что при давлении
около 2000 ГПа в металлическое состояние может перейти молекулярный
водород Н2, причем, возможно, эта фаза останется стабильной и после
снятия давления и может оказаться сверхпроводящей.
3.5. Кристаллы с водородными связями
Поскольку нейтральный водород имеет только один электрон, он должен
обладать одной связью, позволяющей ему вступать в соединение лишь с
каким-либо одним атомом другого сорта. Однако при некоторых условиях атом
водорода может быть связан силами притяжения одновременно с двумя
атомами, образуя тем самым водородную связь. Энергия такой связи -
примерно 0,1 эВ. Водородная связь имеет в основном ионный характер,
поскольку она возникает между наиболее электроотрицательными атомами - F,
О, N. Схематически это записывается как АН...В. В предельном случае,
когда водородная связь носит чисто ионный характер, атом водорода
Рис. 3.4. Пример водородной связи в кристалле HF
Рис. 3.5. Характерные зависимости потенциальной энергии межатомного
взаимодействия от расстояния между атомами для кристаллов с сильной
(например, ковалентной) (I) и ван-дер-ваальсовой связью (II)
теряет свой единственный электрон и, отдавая его одному из двух атомов
молекулы, превращается в протон, который и осуществляет
3.5. Кристаллы с водородными связями
73
Таблица. 3.6. Краткая классификация типов связи в твердых телах
Тип связи Типичные примеры Некоторые характерные
свойства
Веще- ство Кристаллическая структура и", эВ/молекулу а, А
Ван- дер- вааль- Ag ГЦК 0,1 3,76 Низкие температуры плавления и
кипения
сова CI2 Тетрагональная 0,3 4,34 Высокая сжимаемость
н2 ГПУ 0,01 3,75 Малые диэлектрические потери
Кова- лент- Si Кубическая 3,7 2,35 Высокая температура плавления
ная InSb Кубическая 3,4 2,80 Низкая сжимаемость и высокая прочность
Mg2Sn Кубическая 1,0 2,92 Диэлектрики или полупроводники Сильное
поглощение света с энергиями выше края поглощения
Ионная КС1 Кубическая 7,3 3,14 Пластичны. Диссоциируют при
нагревании
AgBr Кубическая 5,4 2,88 Диэлектрики при низких и комнатных
температурах
BaF2 Кубическая 17,3 2,69 Ионная проводимость при высоких
температурах Поглощение света в НК области. Прозрачны в видимой части
спектра
Метал- личес- кая Na ОЦК 1Д 3,70 Большое межатомное
расстояние и высокое координационное число
Ag ГЦК 3,0 2,88 Хорошая электропроводность
Ni ГЦК 4,4 2,48 Отсутствие прозрачности и высокая
отражательная способность в НК и видимой части спектра. Прозрачны в УФ
части спектра
Водо- родная Лед Гексагональная 0,5 1,75 Множество аллотропных
форм. Диэлектрики. Оптическая прозрачность
74
Гл. 3. Типы связей в кристаллах
связь между атомами. Малые размеры протона не позволяют ему иметь
ближайшими соседями более двух атомов. Атомы столь сближены, что на таком
коротком участке не могут поместиться более двух атомов (рис. 3.4).
Точные нейтронографические исследования показали, что чем короче
(сильнее) связь А-Н, тем длиннее (слабее) водородная связь АН...В.
Водородная связь является важнейшей формой взаимодействия между
молекулами воды и обусловливает вместе с электростатическим притяжением
электрических дипольных моментов удивительные свойства воды и льда.
Водородная связь ограничивает размеры белковых молекул и обусловливает их
геометрическую структуру.
На рис. 3.5 приводятся качественные кривые потенциальной энергии
межатомного взаимодействия для кристаллов с сильной и слабой химической
связью. Величины энергии связи для некоторых веществ приведены в табл.
3.6 [3].
Задачи
3.1. Считая межатомное расстояние г о в кристаллах Хе равным 4,35 А,
оценить температуру плавления этого вещества.
3.2. Рассчитать по методу Эвьена значение постоянной Маделунга для CsCl.
3.3. Полагая атомы жесткими шарами, найти зависимость внутренней энергии
от отношения радиусов положительных и отрицательных ионов в структурах
типа NaCl, CsCl и ZnS.
3.4. Как изменятся равновесное расстояние и энергия решетки ионного
кристалла, если заряд иона возрастет в m раз?
3.5. Найти теоретическую прочность на разрыв по отношению к всестороннему
растяжению кристалла NaCl.
Г л а в а 4
КОЛЕБАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ
Атомы в кристалле находятся в непрерывном колебательном движении. В
отличие от газов и жидкостей, характер этого движения подчиняется более
строгим закономерностям. Энергия колебаний атомов в решетке квантуется,
т.е. является величиной, кратной некоторому определенному малому значению
- фонону, который назван так по аналогии с фотоном. Периодичность решетки
и состав атомов элементарной ячейки накладывают определенные условия на
характер квантования фононов: интервалы существования упругих колебаний,
особенности их спектра.
М.Планк (1900г.) показал, что экспериментальные данные по излучению
абсолютно черного тела можно объяснить, если предположить, что энергия
колебаний электромагнитного поля в полости кратна некоторой малой
величине - кванту hv. А. Эйнштейн на примере теплоемкости кристалла
