1. Классический электронный газ

Впервые представление об электронном газе было введено Друде. Теория Друде в свете со­временных знаний о строении вещества основывалась на следующем:

1. При образовании металла валентные электроны его атомов от­рываются и становятся свободными. Таким образом, металл представ­ляет собой совокупность неподвижных положительно заряженных ио­нов, погруженных в электронный газ.

2. Электронный газ в металле подобен идеальному газу классиче­ской физики. Однако в отличие от последнего электроны сталкиваются только с неподвижными ионами, столкновениями с электронами пренебрегается.

3. В интервале между столкновениями электроны не взаимодейст­вуют ни с друг с другом, ни с ионами .

4. Скорость электрона после столкновения направлена случайным образом, а ее величина определяется температурой той области, в кото­рой произошло столкновение.

5. Вероятность для электрона испытать столкновение в единицу времени равна 1/. Величинаназывается временем свободного про­бега или временем релаксации. время свободного пробега не зависит от скорости электрона.

По аналогии с кинетической теорией газов для электронного газа в металле можно ввести функцию распределения по скоростям Максвел­ла - Больцмана, понятия плотности (концентрации) электронов n, тепло­вой скорости v_t. длины свободного пробега l= v_T .

Плотность электронного газа легко рассчитать, зная массовую, плотность металла и число Авогадро. Она в 1000 раз больше плотности идеального газа классической физики. Используя известное соотношение о равнораспределении энергии по степеням свободы: =kT, где m - масса электрона; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная тем­пература, можно определить тепловую скорость v_Т, величина которой при Т= 300 К

В отсутствие электрического поля электроны движутся хаотично, поэтому все направления равновероятны и средняя скорость направлен­ного движения электронов равна нулю.

Если к металлу приложить электрическое поле , то на электро

2. Типы химической связи

основные типы хим.связи: а) ионную, или гетерополярную, б) ковалентную, или гомеополярную, в) ван-дер-ваальсовскую и г) металлическую. В типичных полупро­водниках существенную роль играют только 2 первых типа а. Ионная. силы притяжения — кулоновские электростатические силы. Такой тип связи мы имеем в двухатомных молекулах щелочных соединений, в молекуле NaCl. При образовании такой молекулы единственный валентный электрон натрия 3s переходит на атом Cl (у которого не хватает как раз одного электрона для завершения группы 3р, поэтому образуются два иона Na⁺ и Cl^-, притягивающиеся друг к другу. такой переход электрона происходит потому, что он энергетически выгоден, ибо вследствие притяжения между возникающими ионами Nа⁺ и Сl^- общая энергия этой системы оказывается меньше, нежели в случае нейтральных атомов Na и Сl. 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 положить, что величина силы отталкивания обратно пропорциональна некоторой степени рас­стояния между ядрами. Поэтому полную энергию взаимодействия можно представить в виде: U= (3.1), где а и m — некоторые постоянные, характеризующие силы оттал­кивания. При т > 1 зависимость U(R) имеет минимум при некотором равновесном расстоянии Rмежду ионами.

б. Гомеополярная осуществляется в случае одинаковых, незаряженных (в целом) атомов. пример молекула водорода.

Рас. два атома водорода в основном состоянии и предположим, что сначала оба атома удалены на большое расстоя­ние, так что никакого взаимодействия между ними нет. в этом случае распределение плотности объемного заряда в каждом из атомов обладает сфери­ческой симметрией. Каждый атом имеет в этом состоянии энергию E, так что полная энергия системы есть 2Е. Пусть расстояние R между ядрами атомов уменьшается. Вследствие взаимодействия между электронами и яд­рами, входящими в состав каждого из атомов, изменится и распре­деление 2+электронной плотности, и полная энергия системы, которая теперь будет E=2E+u(R). Величина U(R) есть средняя энергия кулоновского взаимодействия зарядов. При классиче­ском рассмотрении задачи она оказывает­ся всегда положительной