12. Строение атома. Изотопы. Устойчивость.

Атом - наименьшая частица элемента. Атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Их число равно заряду ядра. Ядро имеет размер около 10-12 см и в нем сосредоточено 99,97% всей массы атома, хотя объем, занимаемый ядром, ничтожно мал в сравнении с объемом всего атома. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов - элементарных частиц, называемых нуклонами.

Протон - положительно заряженная частица. Нейтрон - электрически нейтральная частица. При определенных условиях он преврается в протон и электрон. Число протонов в ядре определяет химический элемент. Число электронов соответствует числу протонов.

Одноименно заряженные частицы - протоны - отталкивают друг друга, но эта сила нейтрализуется ядерными силами притяжения, действующими на очень близких расстояниях. По мере возрастания числа протонов силы отталкивания увеличиваются и могут превзойти ядерные силы сжатия. Нейтрализовать силу отталкивания протонов помогают нейтроны.

Электроны располагаются на оболочках упорядоченно. Каждая оболчка, за исключением внешней, полностью заполнена и имеет свой энергетический уровень, в котором может находиться строго определенное число электронов. Энергетические уровни по порядку от ядра заполняются электронами в количестве 2, 8, 18, 18, 32, 32. За исключением первого, остальные энергетические уровни состоят из подуровней.

Химические свойства элементов зависят от общего количества электронов и их количества на внешней оболочке, так как они взаимодействуют при химических реакциях. Атомы с заполненными электронными внешними оболочками химически наиболее устойчивы. Например: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Изотопы. Элементы, имеющие одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов, называются изотопами. Например, кислород имеет шесть изотопов: О14, О15, О16, О17, О18, О19 хотя один и тот же заряд.

То есть масса разных изотопов кислорода составляет 14, 15, 16, 17, 18, 19 атомных единиц. Это значит, что в ядрах элемента кислорода может быть разное количество нейтронов.

13. Электропроводность коллекторов.

Электропроводность горных пород может осуществляться с переносом вещества (ионная и ионно-электронная проводимость) и без переноса вещества (электронная и дырочная проводимость). Признаком электронной проводимости является эффект Холла, заключающийся в том, что при внесении образца в поперечное магнитное поле перпендикулярно направлению тока возникает разность потенциалов

Ионный характер электропроводности имеют все аморфные минералы, галоидные соединения, нитраты, сульфаты и т. д.

По величине электропроводности все вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Квантовая теория разную электропроводность веществ объясняет различиями в энергетической схеме их кристаллов (рис.7.1).

Свободным носителем тока может стать лишь электрон, находящийся в зоне проводимости. Для того чтобы электрон мог попасть в зону проводимости, необходимо некоторое энергетическое воздействие на него. Величина этого воздействия зависит от ширины так называемой запрещенной зоны, отделяющей валентную зону обращения электронов от зоны проводимости.

В случае проводника запрещенная зона отсутствует. Приобретая под влиянием внешних факторов дополнительную кинетическую энергию, электроны легко переходят в зону проводимости и становятся способными переносить заряды. В случае полупроводника запрещенная зона имеет определенную ширину. Она выражается количеством энергии, которую необходимо затратить электрону для того, чтобы перейти в зону проводимости. В диэлектриках запрещенная зона имеет ширину превышающую работу вырывания иона из узла кристаллической решетки. Поэтому проводимость металлов и полупроводников — электронная, проводимость диэлектриков — ионная.

Примеси атомов в металле всегда снижают его электропроводность. Это явление объясняется искажением кристаллической решетки основного металла и рассеянием электронных волн.

Любые примеси в диэлектриках увеличивают их электропроводность, так как искажения кристаллической решетки облегчают вырывание из нее ионов.

В полупроводниках, содержащих примеси, электропроводность увеличивается. Растет концентрация электронов — носителей тока.

Повышение температуры уменьшает электропроводиость проводников, так как возросшие тепловые колебания ионов решетки тормозят движение электронов. В диэлектриках происходит обратное явление. С повышением температуры подвижность ионов увеличивается, растет их кинетическая энергия и облегчается их вырывание из решетки. Поэтому электропроводность диэлектриков возрастает. В полупроводниках повышение температуры ведет к увеличению концентрации электронов и соответственно росту электропроводности пород.