Двух молекул от расстояния между ними

Таким образом, молекулы в твердом теле, т.е. при небольшой скорости хаотического движения, напоминают шары, плотно упакованные в небольшом объеме. Эта упаковка представляет собой регулярный ряд правильных геометрических фигур – тетраэдров, кубов, икосаэдров, октаэдров. Наиболее плотно шары оказываются упакованы при гексагональной конфигурации, соответствующей тетраэдру – рис. 12.7,а. Из рис. 12.7,г, полагая, то шары имеют радиус, равный а/2, где а – размер ребра тетраэдра, можно рассчитать, что их объем составляет 89% всего объема тетраэдра. Вторым по плотности упаковки является куб с расположенным в центре шаром (объемно-центрированная конфигурация) - рис. 12.7,б. Плотность упаковки здесь составляет 60%.

Если кристаллы формируются из молекул разных размеров, то возникают более сложные геометрические тела правильной формы – гранецентрированные кубы - рис. 12.7,в, пентагональные, триклинные, тригональные, моноклинные и ромбические. От вида симметрии кристаллов зависят макро свойства твердых тел – изотропность или анизотропность, пластичность, прочность, теплопроводность, оптические и электрические параметры.

Рис. 12.7. Конфигурация молекул в кристалле

Большую роль в формировании свойств твердых тел играет наличие в правильной кристаллической решетке всякого рода дефектов – дислокаций, пор, примесей – рис. 12.8. Как правило, кристаллы имеют размеры, не превышающие микроны, особенно если вещество имеет микропримеси. Однако в ряде производств используются кристаллы, имеющие размеры в несколько см³ и даже дм³ - так называемые монокристаллы.С другой стороны, создаются материалы с ультрамикроскопическим строением кристаллов и даже аморфным (произвольным) взаимным расположением молекул (твердые жидкости).В свою очередь, многоатомные (полимерные) молекулы могут формировать симметричные(кристаллические) конфигурации в жидком состоянии, образуя так называемые жидкие кристаллы.

Рис. 12.8. Дефекты в кристаллах: а – включение посторонней молекулы;

б – отсутствие молекулы в узле; в – дислокация

Применение квантовой теории к кристаллическим структурам показало, что наряду с внутриатомными (внутримолекулярными) уровнями энергий электронов (орбиталями) существует межмолекулярная зона, в которой также имеются дискретные энергетические уровни, на которых могут пребывать электроны (рис. 12.9,а). Эта зона именуется зоной ионизации W_и в отличии от собственной зоны электронов атома W_э (валентная зона).

Между валентной зоной и зоной ионизации у многих кристаллов имеется так называемая запретная зона, (энергетическая щель) в которой нет энергетических уровней, на которых могут длительно прибывать электроны.

Если эта запретная зона больше, чем 3,8 эВ, то кристаллы являются диэлектриками, а если меньше – то полупроводниками. У металлов вообще нет запретной зоны – у них зона ионизации “находит” на валентную зону и часть валентных электронов уходит в первую зону, т.е. становятся обобщенными (электронами проводимости) – рис. 12.9,б.

У полупроводников поведение электронов существенно зависит от наличия примесей. Есть два рода примесей – донорская n и акцепторная p. Эти примеси создают в запрещенной зоне дополнительные зоны ионизации. Если эта зона примыкает к зоне ионизации самого полупроводника, то запрещенная зона резко сужается и за счет теплового движения часть валентных электронов становятся электронами проводимости (рис. 12.9,в). Отсюда название примеси – донорская – и обозначение n (negative).

Рис. 12.9. Внутриатомные и межатомные уровни энергии электронов

Дата добавления: 2015-08-17