42. Зонная теория кристаллов.

Общий подход к строению и свойствам кристаллических тел дает зонная теория. Зонная теория базируется на теории молекулярных орбиталей. При образовании кристалла из 2х атомов происходит взаимодействие атомных орбиталей и образование 2х новых молекулярных орбиталей. Одна из них – связывающая, другая – разрыхляющая. Если в образовании кристалла участвуют 4 атома, то 2 связывающих и 2 разрыхляющих. Т. к. в реальных кристаллах число атомов составляет 10²² – 10²³, то количество образующихся молекулярных орбиталей представляет большую величину. В результате расщепления образуется энергетическая зхона, в которой разность между энергетическими уровнями представляет величину 10^-28 Дж. В этом случае е легко могут переходить с одного уровня на другой в пределах этой энергетической зоны.

Энергетическая зона охватывает весь кристалл в 3х направлениях. Зоны, образованные внутренними е (не принимающими участие в образовании связи) достаточно узки и не влияют на электропроводность кристалла. А зоны, образованные валентными е, достаточно широки, и они определяют свойства кристаллов.

В соответствии с зонной теорией, зона, в которой находятся валентные е, называется валентной зоной. А зона, имеющая энергию выше, чем валентная зона, и свободная от е, называется зоной проводимости.

Зона между валентной зоной и зоной проводимости – запретная зона.

43. Типы и свойства кристаллов.

В основе всех твердых веществ – кристаллическая решетка. Важнейшей характеристикой кристаллической решетки является ее энергия – энергия, необходимая для разрушения кристалла. Все кристаллические вещества в зависимости от сил, которые связывают отдельные атомы, молекулы, ионы, е делятся на

• молекулярные

• ковалентные

• ионные

• металлические

Молекулярные кристаллы. Отдельные молекулы связаны между собой силами Вндер-Вальса (притяжение-отталкивание/силами водородной связи). Энергия кристаллической решетки невелика 10-20 кДж/моль. Непрочные, хрупкие, не проводят электрический ток, обладают низкой теплопроводностью, диэлектрики (H₂O, NH₃, BF₃)

Ковалентные кристаллы. Отдельные атомы связаны между собой химической ковалентной связью.

Энергия кристаллической решетки 200-500 кДж/моль. Высокая температура плавления, прочные, диапазон электропроводности: от типичных диэлектриков до полупроводников (Si, Ge, ZnS, CdS). В таких кристаллах каждый атом отдает в общее пользование 4е для образования связи, по этому связи упорядоченные, в результате прочная кристаллическая структура.

Ионные кристаллы. Отдельные ионы связаны электростатическими силами. Ионные кристаллы образуются элементами, которые имеют различную электроотрицательность. Такой кристалл имеет структуру, в которой положительно заряженные частицы окружены частицами, несущими отрицательный заряд, а каждая отрицательная частица окружена частицами с противоположным зарядом (NaCl, BaCl2, KBr). энергия кристаллической решетки 500-800 кДж/моль. Прочные, диэлектрики, растворы таких кристаллов – электролиты. Металлические кристаллы. к металлам относятся около 80 элементов, которые обладают следующими свойствами : 1) высокая тепло- и электропроводность 2) металлический блеск 3) высокая ковкость элементы, имеющие небольшое число электронов на внешнем валентном слое (1-3) и большое число вакантных (незаполненных) орбиталей. при кристаллизации атомы упаковываются с максимальной плотностью так, чтобы небольшое число свободных е было доступно для нескольких соседних атомов (8-12) – координационное число. свободные е оказываются не фиксированными у определенного атома и они могут перемещаться внутри кристалла – электродный газ. химическая связь – металлическая. по энергии кристаллической решетки металлы занимают промежуточные состояния между ковалентными и ионными кристаллами.