Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը. Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը Բանալի բառեր և արտահայտություններ

  • 1.7. Էլեկտրական լիցքի էներգիան էլեկտրական դաշտում
  • 1.8. Էլեկտրական դաշտի պոտենցիալ և պոտենցիալ տարբերություն: Էլեկտրական դաշտի ուժգնության կապը նրա ներուժի հետ
  • 1.8.1. Էլեկտրական դաշտի պոտենցիալ և պոտենցիալ տարբերություն
  • 1.8.2. Էլեկտրական դաշտի ուժգնության կապը նրա ներուժի հետ
  • 1.9. Հավասարաչափ մակերեսներ
  • 1.10. Էլեկտրաստատիկայի հիմնական հավասարումները վակուումում
  • 1.11.2. Անսահման երկարաձգված, միատեսակ լիցքավորված հարթության դաշտ
  • 1.11.3. Երկու անսահման երկարաձգված, միատեսակ լիցքավորված ինքնաթիռների դաշտը
  • 1.11.4. Լիցքավորված գնդաձեւ մակերեսի դաշտը
  • 1.11.5. Ծավալային լիցքավորված գնդի դաշտը
  • Դասախոսություն 2. Հաղորդավարները էլեկտրական դաշտում
  • 2.1. Դիրիժորները և դրանց դասակարգումը
  • 2.2. Էլեկտրաստատիկ դաշտ իդեալական հաղորդիչի խոռոչում և նրա մակերեսի մոտ: Էլեկտրաստատիկ պաշտպանություն: Լիցքերի բաշխումը հաղորդիչի ծավալով և դրա մակերեսի վրա
  • 2.3. Միայնակ հաղորդիչի էլեկտրական հզորությունը և դրա ֆիզիկական նշանակությունը
  • 2.4. Կոնդենսատորներ և դրանց հզորությունը
  • 2.4.1. Հարթ կոնդենսատորի հզորություն
  • 2.4.2. Գլանաձեւ կոնդենսատորի հզորությունը
  • 2.4.3. Գնդաձև կոնդենսատորի հզորությունը
  • 2.5. Կոնդենսատորների միացումներ
  • 2.5.1. Կոնդենսատորների սերիական միացում
  • 2.5.2. Կոնդենսատորների զուգահեռ և խառը միացում
  • 2.6. Կոնդենսատորների դասակարգում
  • Դասախոսություն 3. Ստատիկ էլեկտրական դաշտը նյութում
  • 3.1. Դիէլեկտրիկներ. Բևեռային և ոչ բևեռային մոլեկուլներ. Դիպոլ միատարր և անհամասեռ էլեկտրական դաշտերում
  • 3.1.1. Դիպոլ միատարր էլեկտրական դաշտում
  • 3.1.2. Դիպոլ անհամասեռ արտաքին էլեկտրական դաշտում
  • 3.2. Ազատ և կապված (բևեռացման) լիցքեր դիէլեկտրիկների մեջ: Դիէլեկտրիկների բևեռացում. Բևեռացման վեկտոր (բևեռացում)
  • 3.4. Երկու դիէլեկտրիկների միջերեսի պայմանները
  • 3.5. Էլեկտրաստրակցիա. Պիեզոէլեկտրական էֆեկտ. Ֆեռոէլեկտրականները, դրանց հատկությունները և կիրառությունները. Էլեկտրական կալորիական ազդեցություն
  • 3.6. Դիէլեկտրիկների էլեկտրաստատիկայի հիմնական հավասարումները
  • Դասախոսություն 4. Էլեկտրական դաշտի էներգիա
  • 4.1. Էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցության էներգիա
  • 4.2. Լիցքավորված հաղորդիչների էներգիա, դիպոլ արտաքին էլեկտրական դաշտում, դիէլեկտրական մարմին արտաքին էլեկտրական դաշտում, լիցքավորված կոնդենսատոր
  • 4.3. Էլեկտրական դաշտի էներգիա. Էլեկտրական դաշտի ծավալային էներգիայի խտությունը
  • 4.4. Էլեկտրական դաշտում տեղադրված մակրոսկոպիկ լիցքավորված մարմինների վրա գործող ուժեր
  • Դասախոսություն 5. Ուղղակի էլեկտրական հոսանք
  • 5.1. Մշտական ​​էլեկտրական հոսանք. Ուղղակի հոսանքի գոյության հիմնական գործողություններ և պայմաններ
  • 5.2. Ուղղակի էլեկտրական հոսանքի հիմնական բնութագրերը՝ արժեքը /ուժ/ հոսանքը, հոսանքի խտությունը: Երրորդ կողմի ուժեր
  • 5.3. Էլեկտրաշարժիչ ուժ (EMF), լարման և պոտենցիալների տարբերություն: դրանց ֆիզիկական նշանակությունը. Էմֆ-ի, լարման և պոտենցիալ տարբերության միջև կապը
  • Դասախոսություն 6. Մետաղների հաղորդունակության դասական էլեկտրոնային տեսություն. DC օրենքներ
  • 6.1. Մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության դասական էլեկտրոնային տեսությունը և դրա փորձարարական հիմնավորումները։ Օհմի օրենքը դիֆերենցիալ և ինտեգրալ ձևերով
  • 6.2. Հաղորդավարների էլեկտրական դիմադրություն: Հաղորդիչների դիմադրության փոփոխությունը ջերմաստիճանից և ճնշումից: Գերհաղորդականություն
  • 6.3. Դիմադրության միացումներ՝ սերիա, զուգահեռ, խառը: Էլեկտրական չափիչ գործիքների շունտավորում: Էլեկտրական չափիչ գործիքների լրացուցիչ դիմադրություններ
  • 6.3.1. Դիմադրությունների սերիական միացում
  • 6.3.2. Դիմադրությունների զուգահեռ միացում
  • 6.3.3. Էլեկտրական չափիչ գործիքների շունտավորում: Էլեկտրական չափիչ գործիքների լրացուցիչ դիմադրություններ
  • 6.4. Կիրխհոֆի կանոնները (օրենքները) և դրանց կիրառումը ամենապարզ էլեկտրական սխեմաների հաշվարկում
  • 6.5. Ջուլ-Լենցի օրենքը դիֆերենցիալ և ինտեգրալ ձևերով
  • Դասախոսություն 7. Էլեկտրական հոսանքը վակուումում, գազերում և հեղուկներում
  • 7.1. Էլեկտրական հոսանք վակուումում. Թերմիոնային արտանետում
  • 7.2. Երկրորդային և դաշտային արտանետում
  • 7.3. Էլեկտրական հոսանք գազի մեջ. Իոնացման և ռեկոմբինացիայի գործընթացներ
  • 7.3.1. Գազերի ոչ ինքնակայուն և ինքնահաղորդականություն
  • 7.3.2. Պաշենի օրենքը
  • 7.3.3. Գազերում արտանետումների տեսակները
  • 7.3.3.1. փայլի արտանետում
  • 7.3.3.2. կայծի արտանետում
  • 7.3.3.3. կորոնային արտանետում
  • 7.3.3.4. աղեղային արտանետում
  • 7.4. Պլազմայի հայեցակարգը. Պլազմայի հաճախականությունը. Debye երկարությունը. Պլազմային էլեկտրական հաղորդունակություն
  • 7.5. էլեկտրոլիտներ. Էլեկտրոլիզ. Էլեկտրոլիզի օրենքները
  • 7.6. Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալներ
  • 7.7. Էլեկտրական հոսանքը էլեկտրոլիտների միջոցով: Օհմի օրենքը էլեկտրոլիտների համար
  • 7.7.1. Էլեկտրոլիզի օգտագործումը տեխնիկայում
  • Դասախոսություն 8. Էլեկտրոնները բյուրեղներում
  • 8.1. Մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության քվանտային տեսություն. Ֆերմի մակարդակ. Բյուրեղների ժապավենային տեսության տարրեր
  • 8.2. Գերհաղորդականության ֆենոմենը Ֆերմի-Դիրակի տեսության տեսանկյունից
  • 8.3. Կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունը: Անցքերի հաղորդունակության հայեցակարգը: Ներքին և արտաքին կիսահաղորդիչներ: Հայեցակարգը p-n - անցում
  • 8.3.1. Կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակությունը
  • 8.3.2. Կեղտոտ կիսահաղորդիչներ
  • 8.4. Էլեկտրամագնիսական երևույթներ մեդիայի միջերեսում
  • 8.4.1. P-n - անցում
  • 8.4.2. Կիսահաղորդիչների ֆոտոհաղորդունակություն
  • 8.4.3. Նյութի լուսավորություն
  • 8.4.4. Ջերմաէլեկտրական երևույթներ. Վոլտայի օրենքը
  • 8.4.5. Պելտիերի էֆեկտ
  • 8.4.6. Զեբեքի ֆենոմենը
  • 8.4.7. Թոմսոնի ֆենոմենը
  • Եզրակացություն
  • Մատենագիտական ​​ցանկ Հիմնական
  • Լրացուցիչ
  • Դասախոսություն 8. Էլեկտրոնները բյուրեղներում

    Մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության քվանտային տեսություն. Ֆերմի մակարդակ. Բյուրեղների ժապավենային տեսության տարրեր. Գերհաղորդականության ֆենոմենը Ֆերմի-Դիրակի տեսության տեսանկյունից. Կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունը: Անցքերի հաղորդունակության հայեցակարգը: Ներքին և արտաքին կիսահաղորդիչներ: Հայեցակարգը p-n-հանգույց. Կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակությունը: Կեղտոտ կիսահաղորդիչներ. Էլեկտրամագնիսական երևույթներ մեդիայի միջերեսում: p-n-հանգույց.Կիսահաղորդիչների ֆոտոհաղորդունակություն. Նյութի լուսավորություն. Ջերմաէլեկտրական երևույթներ. Զեբեքի ֆենոմենը. Պելտիերի էֆեկտ. Թոմսոնի ֆենոմենը.

    8.1. Մետաղների էլեկտրական հաղորդունակության քվանտային տեսություն. Ֆերմի մակարդակ. Բյուրեղների ժապավենային տեսության տարրեր

    Մետաղների հաղորդունակության դասական էլեկտրոնային տեսությունը բավարար որակական համաձայնություն է տալիս փորձի հետ։ Այնուամենայնիվ, դա հանգեցնում է մի շարք կարևոր օրենքների և երևույթների բացատրության փորձի հետ զգալի անհամապատասխանության, ինչպիսիք են.

    ա) ջերմաստիճանից էլեկտրական դիմադրողականության կախվածության օրենքը.

    բ) Դուլունգի և Պետիտի օրենքը.

    գ) մետաղների և համաձուլվածքների ջերմային հզորության ջերմաստիճանից կախվածության օրենքը.

    դ) գերհաղորդականության երևույթները.

    Այսպիսով, օրինակ, ըստ մետաղների հաղորդունակության դասական էլեկտրոնային տեսության, ազատ հաղորդման էլեկտրոնները բյուրեղային ցանցի հետ էներգիա են փոխանակում միայն բախումների ժամանակ, ուստի Cm մետաղի ատոմային ջերմունակությունը պետք է լինի ջերմային հզորությունների գումարը։ բյուրեղյա վանդակ C mk և էլեկտրոնային գազի ջերմային հզորությունը C me, այսինքն.

    Բյուրեղյա ցանցի ջերմային հզորությունը

    . (8.2)

    Էլեկտրոնային գազի ջերմային հզորության համար ունենք

    . (8.3)

    Այսպիսով, ըստ մետաղների հաղորդունակության դասական էլեկտրոնային տեսության, մետաղների և համաձուլվածքների ատոմային ջերմունակության համար մենք ունենք.

    . (8.4)

    Համաձայն Դուլոնգի և Պետի օրենքի՝ մետաղների և դիէլեկտրիկների ատոմային ջերմունակությունը, որոնք չունեն ազատ հաղորդման էլեկտրոններ, էապես չի տարբերվում և հավասար է.

    . (8.5)

    Դուլոնգի և Փիթի օրենքը հաստատվում է փորձարարական եղանակով:

    Մետաղների հաղորդունակության դասական տեսության սահմանափակումը հետևանք է այն բանի, որ այն համարում է ազատ էլեկտրոնների մի շարք որպես իդեալական դասական էլեկտրոնային գազ, որը ենթակա է որոշակի ֆունկցիայի (Բոլցմանի բաշխում), որը բնութագրում է դրանց միավոր ծավալում գտնվելու հավանականությունը։ որոշակի էներգիայով և տվյալ ջերմաստիճանում.

    , (8.6)

    որտեղ W-ը էլեկտրոնի էներգիան է.

    T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է.

    k-ը Բոլցմանի հաստատունն է;

    A-ն էլեկտրոնների վիճակը որպես ամբողջություն բնութագրող գործակից է:

    Բանաձևից (8.6) երևում է, որ T0 և W0 ֆունկցիան
    . Սա նշանակում է, որ հաղորդման էլեկտրոնների ընդհանուր էներգիան կարող է վերցնել ցանկացած արժեք: Յուրաքանչյուր էլեկտրոն տարբերվում է մյուսներից: Նա անհատական ​​է։ Այս դեպքում բոլոր էլեկտրոնները պետք է լինեն զրոյական մակարդակի վրա, և դրանցից անսահմանափակ քանակություն կարող է լինել յուրաքանչյուր վիճակում՝ տվյալ էներգիայով։ Սա հակասում է փորձարարական տվյալներին։ Հետևաբար, բաշխման ֆունկցիան (8.6) հարմար չէ պինդ մարմիններում էլեկտրոնների վիճակը նկարագրելու համար։

    Հակասությունները վերացնելու համար գերմանացի ֆիզիկոս Զոմերֆելդը և սովետական ​​տեսական ֆիզիկոս Յա.Ի. Ֆրենկելը առաջարկեցին կիրառել Պաուլիի սկզբունքը, որն ավելի վաղ ձևակերպված էր ատոմներում էլեկտրոնների համար՝ մետաղների էլեկտրոնների վիճակը նկարագրելու համար: Մետաղում, ինչպես ցանկացած քվանտային համակարգում, յուրաքանչյուր էներգիայի մակարդակում կարող է լինել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն՝ հակառակ սպիններով՝ մեխանիկական և մագնիսական մոմենտներով:

    Ազատ հաղորդման էլեկտրոնների շարժման նկարագրությունը քվանտային տեսությունիրականացվում է Fermi-Dirac վիճակագրությամբ, որը հաշվի է առնում դրանց քվանտային հատկությունները և կորպուսուլյար ալիքային հատկությունները։

    Համաձայն այս տեսության՝ մետաղներում հաղորդման էլեկտրոնների իմպուլսը (իմպուլսը) և էներգիան կարող են վերցնել միայն արժեքների դիսկրետ տիրույթ։ Այլ կերպ ասած, կան էլեկտրոնների արագության և էներգիայի մակարդակների որոշակի դիսկրետ արժեքներ:

    Ե Այս դիսկրետ արժեքները կազմում են այսպես կոչված թույլատրելի գոտիները, դրանք միմյանցից բաժանված են արգելված գոտիներով (նկ. 8.1): Նկարում ուղիղ հորիզոնական գծերը էներգիայի մակարդակներ են.
    ժապավենի բացն է; A, B, C - թույլատրելի գոտիներ.

    Պաուլիի սկզբունքը այս դեպքըիրականացվում է հետևյալ կերպ՝ յուրաքանչյուր էներգետիկ մակարդակում չի կարող լինել 2-ից ավելի էլեկտրոն՝ հակառակ սպիններով։

    Էներգիայի մակարդակների լրացումը էլեկտրոններով պատահական չէ, այլ ենթարկվում է Ֆերմի-Դիրակի բաշխմանը։ Բաշխումը որոշվում է մակարդակի պոպուլյացիաների հավանականության խտությամբ
    :

    (8.7),

    որտեղ
    Ֆերմի-Դիրակի ֆունկցիան է;

    W F-ը Ֆերմիի մակարդակն է:

    Ֆերմի մակարդակը ամենաբարձր բնակեցված մակարդակն է՝ T=0:

    Գրաֆիկորեն, Fermi-Dirac ֆունկցիան կարող է ներկայացվել այնպես, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 8.2.

    Ֆերմի մակարդակի արժեքը կախված է բյուրեղային ցանցի տեսակից և քիմիական բաղադրությունը. Եթե
    , ապա լրացվում են տվյալ էներգիային համապատասխան մակարդակները։ Եթե
    , ապա մակարդակներն անվճար են։ Եթե
    , ապա նման մակարդակները կարող են լինել և՛ անվճար, և՛ բնակեցված:

    ժամը
    Ֆերմի-Դիրակի ֆունկցիան դառնում է ընդհատվող ֆունկցիա, իսկ կորը
    - քայլ. Որքան ավելի շատ , այնքան ավելի մեղմ է կորի թեքությունը
    . Այնուամենայնիվ, իրական ջերմաստիճաններում Ֆերմի-Դիրակի ֆունկցիայի մշուշման շրջանը մի քանի կՏ է:

    Պ ջերմաստիճանը
    , եթե
    , ապա
    , ինչը նշանակում է, որ նման էներգիաներով բոլոր մակարդակները զբաղված են։ Եթե
    , ապա
    , այսինքն. Ավելի ու ավելի բարձր մակարդակներչբնակեցված (նկ. 8.3):

    Ֆերմի մակարդակը զգալիորեն գերազանցում է էներգիան ջերմային շարժում, այսինքն. W F >>kT. Մեծ նշանակությունՄետաղներում էլեկտրոնային գազի էներգիան պայմանավորված է Պաուլիի սկզբունքով, այսինքն. ունի ոչ ջերմային ծագում. Ջերմաստիճանն իջեցնելով այն հնարավոր չէ հեռացնել։

    ժամը
    Ֆերմի-Դիրակի ֆունկցիան դառնում է շարունակական: Եթե
    մի քանի կՏ-ով, հայտարարի միավորը կարող է անտեսվել և ապա

    Այսպիսով, Ֆերմի-Դիրակի բաշխումը դառնում է Բոլցմանի բաշխում։

    T0 K-ում գտնվող մետաղներում f(W) ֆունկցիան առաջին մոտավորությամբ գործնականում չի փոխում իր արժեքը։

    Էլեկտրոնների կողմից գոտու էներգիայի մակարդակների զբաղեցման աստիճանը որոշվում է համապատասխան ատոմային մակարդակի զբաղեցմամբ։ Օրինակ, եթե ատոմի ինչ-որ մակարդակ ամբողջությամբ լցված է էլեկտրոններով՝ Պաուլիի սկզբունքով, ապա դրանից առաջացած գոտին նույնպես ամբողջությամբ լցված է։ Այս դեպքում կարելի է խոսել վալենտական ​​գոտու մասին, որն ամբողջությամբ լցված է էլեկտրոններով և ձևավորվում է ազատ ատոմների ներքին էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակներից, և հաղորդման գոտու (ազատ գոտի), որը կամ մասամբ լցված է էլեկտրոններով, կամ ազատ է և ձևավորվում է արտաքին կոլեկտիվացված էլեկտրոնների մեկուսացված ատոմների էներգիայի մակարդակներից (նկ. 8.4):

    AT Կախված շերտերի էլեկտրոններով լցվածության աստիճանից և ժապավենի բացից՝ հնարավոր են հետևյալ դեպքերը. Նկար 8.5-ում էլեկտրոններ պարունակող ամենավերին գոտին միայն մասամբ է լցված, այսինքն. այն ունի թափուր մակարդակներ։ Այս դեպքում էլեկտրոնը, ստանալով կամայականորեն փոքր էներգիա (օրինակ, ջերմային գործողության կամ էլեկտրական դաշտ), կկարողանա տեղափոխվել նույն գոտու ավելի բարձր էներգիայի մակարդակ, այսինքն. դառնալ ազատ և մասնակցել անցկացմանը: Ներշերտային անցումը միանգամայն հնարավոր է, երբ ջերմային շարժման էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան գոտու հարակից մակարդակների էներգիայի տարբերությունը: Այսպիսով, եթե պինդ մարմնում կա էլեկտրոններով մասամբ լցված գոտի, ապա այդ մարմինը միշտ հաղորդիչ կլինի։ էլեկտրական հոսանք. Սա բնորոշ է մետաղների և դրանց համաձուլվածքների համար։

    Պ էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ ամուրդա կարող է լինել նաև այն դեպքում, երբ վալենտական ​​գոտին համընկնում է ազատ գոտիով: Առաջանում է ոչ լրիվ լցված գոտի (նկ. 8.6), որը երբեմն կոչվում է հիբրիդ։ Հիբրիդ գոտին միայն մասամբ է լցված վալենտային էլեկտրոններով: Հողային ալկալային տարրերում նկատվում է գոտիների համընկնումը։

    Ֆերմի-Դիրակի տեսության տեսանկյունից էլեկտրոններով շերտերի լրացումը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. Եթե ​​էլեկտրոնի էներգիան W>W F է, ապա T=0-ում բաշխման ֆունկցիան f(W)=0 է, ինչը նշանակում է, որ Ֆերմի մակարդակից դուրս գտնվող մակարդակներում էլեկտրոններ չկան։

    Եթե ​​էլեկտրոնի էներգիան Վ

    T0-ում kT ջերմային էներգիան փոխանցվում է էլեկտրոններին, և, հետևաբար, ցածր մակարդակներից էլեկտրոնները կարող են հասնել Ֆերմի մակարդակից բարձր մակարդակի: Տեղի է ունենում հաղորդիչ էլեկտրոնների ջերմային գրգռում։

    AT Վալենտական ​​գոտու բոլոր մակարդակները լցված են: Այնուամենայնիվ, բոլոր էլեկտրոնները չեն կարողանում լրացուցիչ էներգիա ստանալ էներգիայի ցատկի համար։ Էլեկտրոնների միայն մի փոքր մասը, որոնք բնակեցնում են մի քանի kT կարգի Ֆերմի-Դիրակ ֆունկցիայի «մշուշոտության» շրջանը, կարող են թողնել իրենց մակարդակները և գնալ ավելի բարձր (նկ. 8.7): Հետևաբար, հաղորդման գոտում տեղակայված ազատ էլեկտրոնների միայն մի փոքր մասն է մասնակցում հոսանքի ստեղծմանը և կարող է նպաստել մետաղի ջերմային հզորությանը: Էլեկտրոնային գազի ներդրումը ջերմային հզորության մեջ աննշան է, ինչը համահունչ է Դուլոնգի և Պետի օրենքներին:

    Հաղորդման էլեկտրոնների էներգիայի աճը կարող է առաջանալ ոչ միայն «ջերմային» էֆեկտների, այլ նաև էլեկտրական դաշտի գործողության պատճառով (պոտենցիալ տարբերություն), որի արդյունքում նրանք ձեռք են բերում պատվիրված շարժում։

    Եթե ​​բյուրեղի ժապավենի բացը մի քանի էլեկտրոն վոլտի կարգի է, ապա ջերմային շարժումը չի կարող էլեկտրոնները փոխանցել վալենտական ​​գոտուց դեպի հաղորդման գոտի, իսկ բյուրեղը դիէլեկտրիկ է, որը մնում է այդպիսին բոլոր իրական ջերմաստիճաններում:

    Եթե ​​բյուրեղի ժապավենի բացը մոտ 1 էՎ է, այսինքն. բավականաչափ նեղ, ապա հնարավոր է էլեկտրոնների անցումը վալենտական ​​գոտուց դեպի հաղորդման գոտի: Այն կարող է իրականացվել կա՛մ ջերմային գրգռման, կա՛մ էլեկտրական դաշտի առաջացման պատճառով։ Այս դեպքում պինդ մարմինը կիսահաղորդիչ է։

    Մետաղների և դիէլեկտրիկների միջև տարբերությունը, ժապավենի տեսության տեսանկյունից, այն է, որ 0 K ջերմաստիճանում մետաղների հաղորդման գոտում կան էլեկտրոններ, բայց դրանք դիէլեկտրիկների հաղորդման գոտում չեն։ Դիէլեկտրիկների և կիսահաղորդիչների միջև տարբերությունը որոշվում է ժապավենի բացվածքով. դիէլեկտրիկների համար այն բավականին լայն է (օրինակ՝ NaCl-ի համար W = 6 eV), կիսահաղորդիչների համար՝ բավականին նեղ (գերմանիումի համար W = 0,72 eV): 0 Կ-ին մոտ ջերմաստիճանում կիսահաղորդիչներն իրենց պահում են որպես մեկուսիչներ, քանի որ էլեկտրոնների անցում դեպի հաղորդման գոտի չկա: Կիսահաղորդիչներում ջերմաստիճանի բարձրացմամբ մեծանում է էլեկտրոնների թիվը, որոնք ջերմային գրգռման պատճառով անցնում են հաղորդման գոտի, այսինքն. կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունն այս դեպքում մեծանում է։

    Քվանտային տեսության մեջ հաղորդիչ էլեկտրոնները դիտվում են որպես ալիքային հատկություններ ունեցող մասնիկներ, իսկ մետաղներում նրանց շարժումը՝ որպես էլեկտրոնային ալիքների տարածման գործընթաց, որի երկարությունը որոշվում է դը Բրոյլի հարաբերությամբ.

    , (8.9)

    որտեղ h-ը Պլանկի հաստատունն է.

    p-ն էլեկտրոնի իմպուլսն է։

    Կատարյալ բյուրեղում, որի բյուրեղային ցանցի հանգույցներում կան անշարժ մասնիկներ (իոններ), հաղորդիչ էլեկտրոնները (էլեկտրոնային ալիքները) փոխազդեցություն չեն ունենում (ցրում), և այդպիսի բյուրեղը, հետևաբար և մետաղը, չի դիմադրում էլեկտրական հոսանքի անցում. Նման բյուրեղի հաղորդունակությունը ձգտում է դեպի անսահմանություն, իսկ էլեկտրական դիմադրությունը՝ զրոյի:

    Իրական բյուրեղներում (մետաղներ և համաձուլվածքներ) կան էլեկտրոնների ցրման տարբեր կենտրոններ, անհամասեռություններ (աղավաղումներ), որոնք ավելի մեծ են, քան էլեկտրոնային ալիքների երկարությունը։ Այդպիսի կենտրոններ են ցանցի աղավաղման խտության տատանումները, որոնք առաջանում են նրա հանգույցների ջերմային շարժումից (ջերմային թրթռումից). տարբեր կառուցվածքային թերություններ, միջքաղաքային և փոխարինող ատոմներ, կեղտոտ ատոմներ և այլն:

    Էլեկտրոնների պատահական շարժումով բյուրեղային ցանցի հանգույցների շարքում կան այնպիսիք, որոնք ներկայումս շարժվում են դեպի միմյանց։ Նրանց միջև հեռավորությունը ժամանակի այս պահին փոքր է, քան նրանց հեռավորությունը ֆիքսված վանդակում: Սա հանգեցնում է այս ատոմները ծածկող միկրոծավալում նյութի խտության ավելացման (նյութի միջին խտությունից բարձր)։ Հարևան տարածքներում առաջանում են միկրոծավալներ, որոնցում նյութի խտությունը փոքր է միջին արժեքից: Նյութի խտության այս շեղումները միջին արժեքից ներկայացնում են խտության տատանումներ։ Արդյունքում, ցանկացած պահի մետաղը (պինդ) միկրոսկոպիկորեն անհամասեռ է: Այս տարասեռությունը որքան կարևոր է, այնքան փոքր են միկրոծավալները (հանգույցների այնքան քիչ ատոմները ծածկում են միկրոծավալները):

    Որպես կանոն, նման միկրոծավալների չափերը ավելի մեծ են, քան էլեկտրոնային ալիքների երկարությունը, ինչի արդյունքում դրանք հանդիսանում են այդ ալիքների ցրման արդյունավետ կենտրոններ։ Մետաղում ազատ էլեկտրոնների հոսքը նույն ցրումն է ունենում նրանց վրա, ինչ լույսի ալիքները պղտոր միջավայրի կասեցված մասնիկների վրա: Սա է բացարձակապես մաքուր մետաղների էլեկտրական դիմադրության պատճառը։

    Մետաղների ցրման ուժը, խտության տատանումների պատճառով, բնութագրվում է ցրման գործակիցով  T .

    Ազատ էլեկտրոնների համար՝ ցրման գործակիցը

    , (8.10)

    որտեղ<>էլեկտրոնի միջին ազատ ուղին է:

    Բյուրեղային ցանցի հանգույցների ջերմային շարժման բնութագրիչների և դրա առաձգական հաստատունների միջոցով ցրման գործակցի արժեքը հավասար է.

    , (8.11)

    որտեղ n-ը ատոմների (հանգույցների) քանակն է մեկ միավորի ծավալով (1 մ 3-ում);

    E-ն առաձգականության մոդուլն է;

    d-ը ցանցի պարամետրն է;

    T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է.

    k-ն Բոլցմանի հաստատունն է:

    հետևաբար,

    . (8.12)

    Հաշվի առնելով (8.12) հավասարումը, մետաղի էլեկտրական հաղորդունակությունը

    . (8.13)

    Արտահայտությունից (8.13) երևում է, որ մետաղների էլեկտրական հաղորդունակությունը հակադարձ համեմատական ​​է բացարձակ ջերմաստիճանին։ Հետևաբար, մետաղների դիմադրողականությունը պետք է ուղիղ համեմատական ​​լինի բացարձակ ջերմաստիճանին, ինչը լավ համընկնում է փորձի հետ: Արտահայտությունը (8.17) ստացվել է Զոմերֆելդի կողմից Ֆերմի-Դիրակի քվանտային տեսության հիման վրա։

    (8.13) արտահայտության և բանաձևի տարբերությունը
    դա է < մ > Սոմերֆելդի բանաձևում՝ Ֆերմի էներգիայով էլեկտրոնի միջին ազատ ուղին. այդպիսի էլեկտրոնի արագությունն է։ Մետաղների դասական էլեկտրոնային հաղորդունակության բանաձեւում<>միջին ազատ ուղին է, անկախ ջերմաստիճանից, թվայինորեն հավասար է ցանցի պարամետրին. Միջին արագությունըհաղորդիչ էլեկտրոնի ջերմային շարժումը. Որտեղ կախված չէ ջերմաստիճանից, բայց - կախված է:

    Ցանցային տեղամասերի ջերմային թրթռումները աղավաղման միակ աղբյուրը չեն, որոնք հանգեցնում են էլեկտրոնային ալիքների ցրմանը: Նույն աղբյուրներն են կառուցվածքային տարբեր աղավաղումները (թերությունները)՝ կեղտերը, դեֆորմացիան և այլն։ Այսպիսով, ցրման գործակիցը բաղկացած է երկու մասից.

    , (8.14)

    որտեղ  T-ը ջերմային ցրման գործակիցն է.

     st =  pr +  d – կառուցվածքային աղավաղումների պատճառով ցրման գործակից;

     pr – կեղտերի պատճառով ցրման գործակից;

     d – դեֆորմացիայի պատճառով ցրման գործակից:

    Չափազանց ցածր ջերմաստիճանների համար  T  T (ցածր ջերմաստիճաններում  T  T 5), դեֆորմացիայի բացակայության դեպքում սբհամաչափ է կեղտերի կոնցենտրացիան և կախված չէ ջերմաստիճանից, հետևաբար.

    . (8.15)

    Այնուհետև էլեկտրական դիմադրողականությունը կարող է որոշվել հետևյալ կերպ.

    T0,  T 0 և  st-ում այսպես կոչված մնացորդային դիմադրության, որը չի անհետանում բացարձակ զրոյին հավասար ջերմաստիճանում: Քանի որ մետաղում հաղորդիչ էլեկտրոնների թիվը կախված չէ ջերմաստիճանից, մետաղական հաղորդիչի ընթացիկ-լարման բնութագրիչն ունի ուղիղ գծի ձև:

    Անկախ աշխատանք քիմիայից Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը 8-րդ դասարանի աշակերտների համար՝ պատասխաններով։ Անկախ աշխատանքը բաղկացած է 4 տարբերակից՝ յուրաքանչյուրը 3 առաջադրանքով։

    1 տարբերակ

    1.

    Տարր Էլեկտրոնային բանաձև

    2. Գրե՛ք թթվածին և նատրիում տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը: Յուրաքանչյուր տարրի համար նշեք.



    3.

    ա) ցանկացած տարրի ատոմների արտաքին էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնների առավելագույն թիվը հավասար է խմբի թվին.
    բ) երկրորդ էներգետիկ մակարդակում էլեկտրոնների առավելագույն թիվը ութ է,
    մեջ) ընդհանուր թիվըՑանկացած տարրի ատոմներում էլեկտրոնները հավասար են տարրի ատոմային թվին:

    Տարբերակ 2

    1. Լրացրեք աղյուսակը: Որոշեք տարրը և դրա էլեկտրոնային բանաձևը:

    Էլեկտրոնների բաշխումն ըստ էներգիայի մակարդակների Տարր Էլեկտրոնային բանաձև

    Ո՞ր տարրերն ունեն ատոմներ, որոնք ունեն նմանատիպ հատկություններ: Ինչո՞ւ։

    2. Գրի՛ր ածխածին և արգոն տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը։ Յուրաքանչյուր տարրի համար նշեք.

    ա) ատոմում էներգիայի մակարդակների ընդհանուր թիվը.
    բ) ատոմում լցված էներգիայի մակարդակների քանակը.
    գ) էլեկտրոնների թիվը արտաքին էներգիայի մակարդակում:

    3. Ընտրեք ճիշտ հայտարարությունները.

    ա) տարրերի ատոմներում էներգիայի մակարդակների թիվը հավասար է ժամանակաշրջանի թվին.
    բ) քիմիական տարրի ատոմում էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը հավասար է խմբի թվին.
    գ) հիմնական ենթախմբի մի խմբի տարրերի ատոմների արտաքին մակարդակում էլեկտրոնների թիվը նույնն է.

    3 տարբերակ

    1. Լրացրեք աղյուսակը: Որոշեք տարրը և դրա էլեկտրոնային բանաձևը:

    Էլեկտրոնների բաշխումն ըստ էներգիայի մակարդակների Տարր Էլեկտրոնային բանաձև

    Ո՞ր տարրերն ունեն ատոմներ, որոնք ունեն նմանատիպ հատկություններ: Ինչո՞ւ։

    2. Գրե՛ք քլոր և բոր տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը: Յուրաքանչյուր տարրի համար նշեք.

    ա) ատոմում էներգիայի մակարդակների ընդհանուր թիվը.
    բ) ատոմում լցված էներգիայի մակարդակների քանակը.
    գ) էլեկտրոնների թիվը արտաքին էներգիայի մակարդակում:

    3. Ընտրեք ճիշտ հայտարարությունները.

    ա) միևնույն ժամանակաշրջանի տարրերի ատոմները պարունակում են նույն քանակությամբ էներգիայի մակարդակներ,
    բ) էլեկտրոնների առավելագույն քանակը մեկ ս- ուղեծրը հավասար է երկուսի,
    գ) ատոմներն ունեն նմանատիպ հատկություններ քիմիական տարրերնույն քանակությամբ էներգիայի մակարդակներով:

    4 տարբերակ

    1. Լրացրեք աղյուսակը: Որոշեք տարրը և դրա էլեկտրոնային բանաձևը:

    Էլեկտրոնների բաշխումն ըստ էներգիայի մակարդակների Տարր Էլեկտրոնային բանաձև

    Ո՞ր տարրերն ունեն ատոմներ, որոնք ունեն նմանատիպ հատկություններ: Ինչո՞ւ։

    2. Գրեք ալյումին և նեոն տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը: Յուրաքանչյուր տարրի համար նշեք.

    ա) ատոմում էներգիայի մակարդակների ընդհանուր թիվը.
    բ) ատոմում լցված էներգիայի մակարդակների քանակը.
    գ) էլեկտրոնների թիվը արտաքին էներգիայի մակարդակում:

    3. Ընտրեք ճիշտ հայտարարությունները.
    ա) էներգիայի բոլոր մակարդակները կարող են պարունակել մինչև ութ էլեկտրոն,
    բ) մեկ քիմիական տարրի իզոտոպներն ունեն նույն էլեկտրոնային բանաձևերը.
    գ) մեկում էլեկտրոնների առավելագույն քանակը Ռ- ուղեծրը վեց է:

    Պատասխանները ինքնուրույն աշխատանքքիմիայում Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը
    1 տարբերակ
    1.
    1) B - 1s 2 2s 2 2p 1
    2) Հ - 1ս 1
    3) Al - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
    B-ն և Al-ն ունեն նմանատիպ հատկություններ, քանի որ այս տարրերի ատոմներն ունեն երեք էլեկտրոն արտաքին էներգիայի մակարդակում:
    2.
    O - 1s 2 2s 2 2p 4
    ա) 2,
    բ) 1,
    6-ին;
    Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1,
    ա) 3,
    բ) 2,
    1-ում։
    3. բ, գ.
    Տարբերակ 2
    1.
    1) F - 1s 2 2s 2 2p 5
    2) Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
    3) Li - 1s 2 2s 1
    Na-ն ու Li-ն ունեն նմանատիպ հատկություններ, քանի որ այս տարրերն ունեն մեկական էլեկտրոն արտաքին էներգիայի մակարդակում:
    2. C - 1s 2 2s 2 2p 2
    ա) 2,
    բ) 1,
    4-ին;
    Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
    ա) 3,
    բ) 2,
    8-ին։
    3. ա, գ.
    3 տարբերակ
    1.
    1) P - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
    2) N - 1s 2 2s 2 2p 3
    3) Ոչ - 1s 2
    P և N-ն ունեն նմանատիպ հատկություններ, քանի որ այս տարրերը ունեն հինգ էլեկտրոն արտաքին էներգիայի մակարդակում:
    2. Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
    ա) 3,
    բ) 2,
    7-ին;
    B - 1s 2 2s 2 2p 1
    ա) 2,
    բ) 1,
    3-ին։
    3. ա, բ.
    4 տարբերակ
    1.
    1) Mg - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
    2) C - 1s 2 2s 2 2p 2
    3) Եղեք - 1s 2 2s 2
    Be-ն և Mg-ն ունեն նմանատիպ հատկություններ, քանի որ այս տարրերն ունեն երկու էլեկտրոն արտաքին էներգիայի մակարդակում:
    2.
    Al - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
    ա) 3,
    բ) 2,
    3-ին;
    Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ,
    ա) 2,
    բ) 2,
    8-ին։
    3. բ, գ.

    Դանիացի ականավոր ֆիզիկոս Նիլս Բորը (Նկար 1) առաջարկել է, որ ատոմներում էլեկտրոնները կարող են շարժվել ոչ թե որևէ, այլ խիստ սահմանված ուղեծրի երկայնքով:

    Ատոմում էլեկտրոնները տարբերվում են իրենց էներգիայով։ Ինչպես ցույց են տալիս փորձերը, նրանցից ոմանց միջուկն ավելի ուժեղ է ձգում, մյուսներին՝ ավելի թույլ։ Դրա հիմնական պատճառը ատոմի միջուկից էլեկտրոնների տարբեր հեռացումն է։ Որքան մոտ են էլեկտրոնները միջուկին, այնքան ավելի ամուր են կապված նրա հետ և ավելի դժվար է դրանք դուրս բերել էլեկտրոնային թաղանթից: Այսպիսով, քանի որ ատոմի միջուկից հեռավորությունը մեծանում է, էլեկտրոնի էներգիան մեծանում է։

    Միջուկի մոտ շարժվող էլեկտրոնները, այսպես ասած, արգելափակում են (պաշտպանում) միջուկը այլ էլեկտրոններից, որոնք ավելի թույլ են ձգվում դեպի միջուկը և շարժվում են նրանից ավելի մեծ հեռավորության վրա։ Այսպես են ձևավորվում էլեկտրոնային շերտերը։

    Յուրաքանչյուր էլեկտրոնային շերտ բաղկացած է էներգիայի սերտ արժեքներով էլեկտրոններից. Ուստի էլեկտրոնային շերտերը կոչվում են նաև էներգիայի մակարդակներ։

    Միջուկը գտնվում է յուրաքանչյուր տարրի ատոմի կենտրոնում, իսկ էլեկտրոնները, որոնք կազմում են էլեկտրոնային թաղանթը, տեղադրված են միջուկի շուրջը շերտերով։

    Տարրի ատոմում էլեկտրոնային շերտերի թիվը հավասար է այն ժամանակաշրջանի թվին, որում գտնվում է տարրը:

    Օրինակ՝ նատրիումի Na-ը 3-րդ շրջանի տարր է, ինչը նշանակում է, որ նրա էլեկտրոնային թաղանթը ներառում է էներգիայի 3 մակարդակ։ Բրոմի ատոմում կա էներգիայի 4 մակարդակ, քանի որ բրոմը գտնվում է 4-րդ շրջանում (նկ. 2):

    Նատրիումի ատոմի մոդել՝ բրոմի ատոմի մոդել.

    Էներգետիկ մակարդակում էլեկտրոնների առավելագույն քանակը հաշվարկվում է բանաձևով՝ 2n 2, որտեղ n-ը էներգիայի մակարդակի թիվն է։

    Այսպիսով, էլեկտրոնների առավելագույն քանակը մեկ.

    3-րդ շերտ - 18 և այլն:

    Հիմնական ենթախմբերի տարրերի համար այն խմբի թիվը, որին պատկանում է տարրը, հավասար է ատոմի արտաքին էլեկտրոնների թվին։

    Արտաքին էլեկտրոնները կոչվում են վերջին էլեկտրոնային շերտ:

    Օրինակ՝ նատրիումի ատոմում կա 1 արտաքին էլեկտրոն (քանի որ այն IA ենթախմբի տարր է)։ Բրոմի ատոմն ունի 7 էլեկտրոն վերջին էլեկտրոնային շերտի վրա (սա VIIA ենթախմբի տարր է)։

    1-3 պարբերաշրջանների տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը

    Ջրածնի ատոմում միջուկային լիցքը +1 է, և այդ լիցքը չեզոքացվում է մեկ էլեկտրոնի միջոցով (նկ. 3):

    Ջրածնից հետո հաջորդ տարրը հելիումն է՝ նույնպես 1-ին շրջանի տարր։ Ուստի հելիումի ատոմում կա էներգիայի 1 մակարդակ, որի վրա գտնվում են երկու էլեկտրոններ (նկ. 4): Սա առավելագույնն է հնարավոր համարըէլեկտրոններ առաջին էներգիայի մակարդակի համար:

    #3 տարրը լիթիում է: Լիթիումի ատոմում կա 2 էլեկտրոնային շերտ, քանի որ սա 2-րդ շրջանի տարր է։ Լիթիումի ատոմում 1-ին շերտում կա 2 էլեկտրոն (այս շերտը լրացված է), իսկ 2-րդ շերտում՝ 1 էլեկտրոն։ Բերիլիումի ատոմն ունի 1 էլեկտրոն ավելի, քան լիթիումի ատոմը (նկ. 5):

    Նմանապես, հնարավոր է պատկերել երկրորդ շրջանի մնացած տարրերի ատոմների կառուցվածքի սխեմաները (նկ. 6):

    Երկրորդ շրջանի վերջին տարրի՝ նեոնի ատոմում ավարտված է վերջին էներգիայի մակարդակը (այն ունի 8 էլեկտրոն, որը համապատասխանում է 2-րդ շերտի առավելագույն արժեքին)։ Նեոնը իներտ գազ է, որը չի մտնում քիմիական ռեակցիաներհետևաբար նրա էլեկտրոնային թաղանթը շատ կայուն է:

    Ամերիկացի քիմիկոս Գիլբերտ Լյուիսբացատրություն է տվել ու առաջ քաշել ութնյակի կանոն, ըստ որի ութէլեկտրոնային շերտը կայուն է(բացառությամբ 1 շերտի. քանի որ այն կարող է պարունակել ոչ ավելի, քան 2 էլեկտրոն, դրա համար կայուն կլինի երկու էլեկտրոնային վիճակը):

    Նեոնին հաջորդում է 3-րդ շրջանի տարրը՝ նատրիումը։ Նատրիումի ատոմում կա 3 էլեկտրոնային շերտ, որոնց վրա գտնվում են 11 էլեկտրոններ (նկ. 7)։

    Բրինձ. 7. Նատրիումի ատոմի կառուցվածքի սխեման

    Նատրիումը 1-ին խմբում է, միացություններում նրա վալենտությունը I է, ինչպես լիթիումինը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ նատրիումի և լիթիումի ատոմների արտաքին էլեկտրոնային շերտի վրա կա 1 էլեկտրոն։

    Տարրերի հատկությունները պարբերաբար կրկնվում են, քանի որ տարրերի ատոմները պարբերաբար կրկնում են արտաքին էլեկտրոնային շերտի էլեկտրոնների թիվը։

    Երրորդ շրջանի մնացած տարրերի ատոմների կառուցվածքը կարելի է անալոգիայով ներկայացնել 2-րդ շրջանի տարրերի ատոմների կառուցվածքին։

    Տարրերի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը 4 պարբերաշրջան

    Չորրորդ շրջանը ներառում է 18 տարր, որոնց թվում կան ինչպես հիմնական (A), այնպես էլ երկրորդական (B) ենթախմբերի տարրեր։ Կողմնակի ենթախմբերի տարրերի ատոմների կառուցվածքի առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք հաջորդաբար լրացնում են նախնական արտաքին (ներքին), այլ ոչ թե արտաքին էլեկտրոնային շերտերը։

    Չորրորդ շրջանը սկսվում է կալիումով։ Կալիումը ալկալիական մետաղ է, որը միացություններում դրսևորում է I վալենտություն, որը լիովին համապատասխանում է նրա ատոմի հետևյալ կառուցվածքին. Որպես 4-րդ շրջանի տարր՝ կալիումի ատոմն ունի 4 էլեկտրոնային շերտ։ Կալիումի վերջին (չորրորդ) էլեկտրոնային շերտն ունի 1 էլեկտրոն, ընդհանուրէլեկտրոնները կալիումի ատոմում 19 է (այս տարրի սերիական համարը) (նկ. 8):

    Բրինձ. 8. Կալիումի ատոմի կառուցվածքի սխեման

    Կալցիումը հաջորդում է կալիումին։ Արտաքին էլեկտրոնային շերտի կալցիումի ատոմը կունենա 2 էլեկտրոն, ինչպես բերիլիումը և մագնեզիումը (դրանք նույնպես II A ենթախմբի տարրեր են):

    Կալցիումից հետո հաջորդ տարրը սկանդիումն է: Սա երկրորդական (B) ենթախմբի տարր է: Երկրորդական ենթախմբերի բոլոր տարրերը մետաղներ են։ Նրանց ատոմների կառուցվածքի առանձնահատկությունն այն է, որ վերջին էլեկտրոնային շերտի վրա ոչ ավելի, քան 2 էլեկտրոն կա, այսինքն. հաջորդաբար լցված էլեկտրոններով կլինի նախավերջին էլեկտրոնային շերտը:

    Այսպիսով, սկանդիումի համար մենք կարող ենք պատկերացնել ատոմի կառուցվածքի հետևյալ մոդելը (նկ. 9).

    Բրինձ. 9. Սկանդիումի ատոմի կառուցվածքի սխեման

    Էլեկտրոնների նման բաշխում հնարավոր է, քանի որ երրորդ շերտի էլեկտրոնների առավելագույն թույլատրելի թիվը 18 է, այսինքն՝ 3-րդ շերտի ութ էլեկտրոնը շերտի կայուն, բայց ոչ ամբողջական վիճակ է։

    Սկանդիումից ցինկ 4-րդ շրջանի երկրորդական ենթախմբերի տասը տարրերում հաջորդաբար լցվում է երրորդ էլեկտրոնային շերտը։

    Ցինկի ատոմի կառուցվածքի սխեման կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ՝ արտաքին էլեկտրոնային շերտի վրա՝ երկու էլեկտրոն, նախաարտաքին շերտի վրա՝ 18 (նկ. 10)։

    Բրինձ. 10. Ցինկի ատոմի կառուցվածքի սխեման

    Ցինկին հաջորդող տարրերը պատկանում են հիմնական ենթախմբի տարրերին՝ գալիում, գերմանիում և այլն մինչև կրիպտոն։ Այս տարրերի ատոմներում 4-րդ (այսինքն՝ արտաքին) էլեկտրոնային շերտը հաջորդաբար լցվում է։ Կրիպտոնի իներտ գազի ատոմում արտաքին թաղանթի վրա կլինի օկտետ, այսինքն՝ կայուն վիճակ։

    Ամփոփելով դասը

    Այս դասում դուք սովորեցիք, թե ինչպես է դասավորված ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը և ինչպես բացատրել պարբերականության երևույթը: Ծանոթացանք ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքի մոդելներին, որոնց օգնությամբ հնարավոր է կանխատեսել և բացատրել քիմիական տարրերի և դրանց միացությունների հատկությունները։

    Մատենագիտություն

    1. Օրժեկովսկի Պ.Ա. Քիմիա՝ 8-րդ դասարան՝ հանրակրթական դասագիրք. ինստ. / Պ.Ա. Օրժեկովսկին, Լ.Մ. Մեշչերյակովա, Մ.Մ. Շալաշովա. - M.: Astrel, 2013. (§44)
    2. Rudzitis G.E. Քիմիա՝ անօրգանական։ քիմիա. Օրգան. քիմիա՝ դասագիրք. 9 բջիջների համար: / Գ.Ե. Ռուդզիտիս, Ֆ.Գ. Ֆելդման. - Մ.: Լուսավորություն, ԲԲԸ «Մոսկվայի դասագրքեր», 2009. (§37)
    3. Խոմչենկո Ի.Դ. Քիմիայի առաջադրանքների և վարժությունների ժողովածու համար ավագ դպրոց. - Մ.: ՌԻԱ «Նոր ալիք»: Հրատարակիչ Ումերենկով, 2008. (էջ 37-38)
    4. Հանրագիտարան երեխաների համար. Հատոր 17. Քիմիա / Գլուխ. խմբ. Վ.Ա. Վոլոդին, առաջատար. գիտական խմբ. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003. (էջ 38-41)
    1. Chem.msu.su().
    2. Dic.academic.ru ().
    3. Krugosvet.ru ().

    Տնային աշխատանք

    1. Հետ. 250 թիվ 2-4դասագրքից Պ.Ա. Օրժեկովսկի «Քիմիա. 8-րդ դասարան» / Պ.Ա. Օրժեկովսկին, Լ.Մ. Մեշչերյակովա, Մ.Մ. Շալաշովա. - M.: Astrel, 2013 թ.
    2. Գրե՛ք էլեկտրոնների բաշխվածությունը արգոնի և կրիպտոնի ատոմներում շերտերի վրա: Բացատրեք, թե ինչու են այս տարրերի ատոմները մեծ դժվարությամբ մտնում քիմիական փոխազդեցության մեջ:

    Ատոմները, որոնք սկզբում համարվում էին անբաժանելի, բարդ համակարգեր են։

    Ատոմը բաղկացած է միջուկից և էլեկտրոնային թաղանթից

    Էլեկտրոնային թաղանթ - միջուկի շուրջ շարժվող էլեկտրոնների մի շարք

    Ատոմների միջուկները դրական լիցքավորված են, կազմված են պրոտոններից (դրական լիցքավորված մասնիկներ) p+ և նեյտրոններից (չունենալ լիցք) ոչ։

    Ատոմն ամբողջությամբ էլեկտրականորեն չեզոք է, e– էլեկտրոնների թիվը հավասար է p+ պրոտոնների թվին, հավասար է պարբերական աղյուսակի տարրի հերթական թվին։

    Նկարում ներկայացված է ատոմի մոլորակային մոդելը, ըստ որի էլեկտրոնները շարժվում են անշարժ շրջանաձև ուղեծրերով։ Այն շատ պատկերավոր է, բայց չի արտացոլում էությունը, քանի որ իրականում միկրոտիեզերքի օրենքները ենթակա են. դասական մեխանիկա, բայց քվանտ, որը հաշվի է առնում էլեկտրոնի ալիքային հատկությունները։

    Ըստ քվանտային մեխանիկայի՝ ատոմում էլեկտրոնը չի շարժվում որոշակի հետագծերով, բայց կարող է լինել ցանկացածմիջուկային տարածքի մասերը, սակայն հավանականությունըդրա գտնվելու վայրը այս տարածության տարբեր մասերում նույնը չէ:

    Միջուկի շուրջ տարածությունը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը բավական մեծ է, կոչվում է ուղեծր։ (չշփոթել ուղեծրի հետ) կամ էլեկտրոնային ամպի հետ:

    Այսինքն՝ էլեկտրոնը չունի «հետագիծ» հասկացությունը, էլեկտրոնները չեն շարժվում ոչ շրջանաձև ուղեծրերով, ոչ էլ որևէ այլ ուղեծրով։ Քվանտային մեխանիկայի ամենամեծ դժվարությունը կայանում է նրանում, որ դա անհնար է պատկերացնել, մենք բոլորս սովոր ենք դասական մեխանիկայի ենթարկվող մակրոկոսմի երևույթներին, որտեղ ցանկացած շարժվող մասնիկ ունի իր հետագիծը:

    Այսպիսով, էլեկտրոնն ունի բարդ շարժում, այն կարող է տեղակայվել տիեզերքում՝ միջուկին մոտ, բայց տարբեր հավանականություններով։ Այժմ դիտարկենք տարածության այն հատվածները, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը բավական մեծ է՝ ուղեծրերը՝ դրանց ձևերը և ուղեծրերը էլեկտրոններով լրացնելու հաջորդականությունը:

    Պատկերացրեք եռաչափ կոորդինատային համակարգ, որի կենտրոնում ատոմի միջուկն է։

    Նախ, 1s ուղեծրը լցված է, այն գտնվում է միջուկին ամենամոտ և ունի գնդի ձև։

    Ցանկացած ուղեծրի նշանակումը բաղկացած է թվից և լատինատառից: Թիվը ցույց է տալիս էներգիայի մակարդակը, իսկ տառը՝ ուղեծրի ձևը։

    1s ուղեծրն ունի ամենացածր էներգիան, իսկ այս ուղեծրի էլեկտրոնները՝ ամենացածր էներգիան:

    Այս ուղեծրը կարող է պարունակել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն. Ջրածնի և հելիումի ատոմների էլեկտրոնները (առաջին երկու տարրերը) գտնվում են այս ուղեծրում։

    Ջրածնի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ 1s 1

    Հելիումի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ 1s 2

    Գերգրությունը ցույց է տալիս այդ ուղեծրի էլեկտրոնների թիվը։

    Հաջորդ տարրը լիթիումն է, այն ունի 3 էլեկտրոն, որոնցից երկուսը գտնվում են 1s ուղեծրերում, իսկ որտե՞ղ է գտնվում երրորդ էլեկտրոնը։

    Այն զբաղեցնում է հաջորդ ամենաէներգետիկ ուղեծիրը՝ 2s ուղեծիրը։ Այն ունի նաև գնդի ձև, բայց ավելի մեծ շառավղով (1s ուղեծիրը գտնվում է 2s ուղեծրի ներսում)։

    Այս ուղեծրի էլեկտրոններն ավելի շատ էներգիա ունեն, քան 1s ուղեծրի էլեկտրոնները, քանի որ դրանք ավելի հեռու են միջուկից: Այս ուղեծրում կարող է լինել նաև առավելագույնը 2 էլեկտրոն։
    Լիթիումի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ 1s 2 2s 1
    Բերիլիումի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ 1s 2 2s 2

    Հաջորդ տարրը՝ բորը, արդեն ունի 5 էլեկտրոն, իսկ հինգերորդ էլեկտրոնը կլցնի ուղեծիրը, որն էլ ավելի շատ էներգիա ունի՝ 2p օրբիտալը։ P- ուղեծրերը ունեն համր կամ ութ թվի ձև և գտնվում են միմյանց ուղղահայաց կոորդինատային առանցքների երկայնքով:

    Յուրաքանչյուր p-օրբիտալ կարող է պահել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, այնպես որ երեք p-ուղիղները կարող են պահել ոչ ավելի, քան վեցը: Հաջորդ վեց տարրերի վալենտային էլեկտրոնները լրացնում են p-օրբիտալները, ուստի դրանք կոչվում են p-տարրեր:

    Բորի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2p 1
    Ածխածնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2p 2
    Ազոտի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2p 3
    Թթվածնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2р 4
    Ֆտորի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2p 5
    Նեոնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ 1s 2 2s 2 2p 6

    Գրաֆիկորեն այս ատոմների էլեկտրոնային բանաձևերը ներկայացված են ստորև.


    Քառակուսին ուղեծր է կամ քվանտային բջիջ, էլեկտրոնը նշվում է սլաքով, սլաքի ուղղությունը էլեկտրոնի շարժման հատուկ բնութագիր է՝ սպին (այն կարելի է պարզեցնել որպես էլեկտրոնի պտույտ իր առանցքի շուրջ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ և հակառակ ուղղությամբ։ ) Դուք պետք է իմանաք, որ նույն ուղեծրի վրա չեն կարող լինել նույն պտույտներով երկու էլեկտրոն (միևնույն ուղղությամբ երկու սլաքները չեն կարող գծվել մեկ քառակուսու վրա): Ահա թե ինչ է դա W. Pauli-ի բացառման սկզբունքը. «Ատոմում չի կարող լինել նույնիսկ երկու էլեկտրոն, որոնցում բոլոր չորս քվանտային թվերը նույնը կլինեն»:

    Կա ևս մեկ կանոն Գունդի կանոնը), որի երկայնքով էլեկտրոնները տեղավորվում են նույն էներգիայի ուղեծրերում, նախ՝ մեկ առ մեկ, և միայն այն ժամանակ, երբ յուրաքանչյուր այդպիսի ուղեծիր արդեն պարունակում է մեկ էլեկտրոն, սկսվում է այդ ուղեծրերի լրացումը երկրորդ էլեկտրոններով։ Երբ ուղեծրը լցված է երկու էլեկտրոններով, այդ էլեկտրոնները կոչվում են զուգավորված.

    Նեոնի ատոմն ունի ութ էլեկտրոնների ամբողջական արտաքին մակարդակ (2 s-էլեկտրոն + 6 p-էլեկտրոն = 8 էլեկտրոն երկրորդ էներգետիկ մակարդակում), այս կոնֆիգուրացիան էներգետիկորեն բարենպաստ է, և մնացած բոլոր ատոմները ձգտում են ձեռք բերել այն: Այդ իսկ պատճառով 8 A խմբի տարրերը՝ ազնիվ գազերը, քիմիապես այդքան իներտ են։

    Հաջորդ տարրը նատրիումն է, սերիական համարը 11, երրորդ շրջանի առաջին տարրը, այն ունի ևս մեկ էներգետիկ մակարդակ՝ երրորդը։ Տասնմեկերորդ էլեկտրոնը կբնակեցնի հաջորդ ամենաբարձր էներգիայի ուղեծրի -3s ուղեծրը:

    Նատրիումի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան՝ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

    Այնուհետև լրացվում են երրորդ շրջանի տարրերի ուղեծրերը, սկզբում լրացվում է 3s ենթամակարդակը երկու էլեկտրոններով, իսկ հետո 3p ենթամակարդակը վեց էլեկտրոններով (նման է երկրորդ շրջանին) դեպի ազնիվ գազ արգոն, որը, ինչպես նեոնը, ունի ավարտված ութ էլեկտրոնային արտաքին մակարդակ: Արգոնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա (18 էլեկտրոն). 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

    Չորրորդ շրջանը սկսվում է կալիում տարրով (ատոմային թիվ 19), որի վերջին արտաքին էլեկտրոնը գտնվում է 4s ուղեծրում։ Կալցիումի 20-րդ էլեկտրոնը նույնպես լրացնում է 4s ուղեծրը։

    Կալցիումին հաջորդում է 10 d-տարրերի մի շարք՝ սկսած սկանդիումից (ատոմային թիվ 21) և վերջացրած ցինկով (ատոմային թիվ 30)։ Այս ատոմների էլեկտրոնները լրացնում են 3d օրբիտալներ, որոնց տեսքը ներկայացված է ստորև նկարում։

    Այսպիսով, եկեք ամփոփենք այն.


    © 2022. srcaltufevo.ru. Ինքնազարգացում. Առողջություն. Հաջողության պատմություններ. Հարաբերություններ. Մեր երեխաները.