11-metalna veza _ kristalne tvari

Download 11-Metalna Veza _ Kristalne Tvari

Post on 19-Jan-2016

28 views

Category:

Documents

10 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

kristalne tvari

TRANSCRIPT

  • 1METALNA VEZA

    Svojstva metala:

    velika elektrina i toplinska vodljivost

    metalni sjaj

    kovnost

    termika emisija

    fotoelektrini efekt

    Svojstva zahtijevaju prisutnost slobodnih elektrona u kristalnim reetkama metala

    Teorija slobodnog elektrona

    Teorija elektronske vrpce

    13.1 uvod

  • 213.2 Teorija slobodnog elektrona

    1928 Somerfeld - teorija slobodnog elektrona (teorija elektronskog plina)

    Elektroni elektronskog plina rasporeeni su u kvantnim nivoima

    ne mogu se SVI elektroni podignuti na vie energijske nivoe

    Popunjavanje energijskih nivoa dirigira Paulijev princip zabrane.

    Elektroni imaju istu visinu "prepreke" za osloboenje ( en. ionizacije)

    kinetika energija je pozitivna jer se "odupire" (mora savladati) utjecaj jezgre

    13.2 Teorija slobodnog elektrona

    porastom L pada energija svakog novonastalog nivoa

    porastom n raste energija energija kvantnog nivoa

    nastaje vrpca energijskog nivoa

    atom alkalijskog metala 2s1

    V0 energija ionizacije2

    2

    0 mvVEu +=

    EF energija najvieg popunjenog nivoa

    2

    22

    0 8mLhnVEu +=

  • 313.2 Teorija slobodnog elektrona U svakom energijskom nivou - po dva elektrona

    na sobnoj temperaturi su daleko od apsolutne 0 (0 K) stoga metali imaju mali

    toplinski kapacitet

    Fermijev nivo - najvii popunjeni energijski nivo

    Elektroni u blizini Fermijeva nivoa lako se apsorpcijom energije pobude i nazivaju

    se vodljivim elektronima

    Via T - vie sudara s pozitivnim jezgrama - manja vodljivost

    T = 0 K T > 0 K poluvodi

    Kovalentna veza u krutim metalima naziva se metalna veza

    Metalni kristali se mogu razmatrati kao "supermolekule" koje sadre

    mnogo atoma na okupu.

    Oni se dre zajedno delokaliziranim molekulskim orbitalama koje ine

    sve atomske orbitale u kristalu.

    13.3 Teorija elektronske vrpce

  • 4 Iz odreenog broja atomskih orbitala nastaje isti broj molekulskih orbitala

    Svaka od tih molekulskih orbitala moe primiti po dva elektrona suprotnih

    spinova

    elektroni se nalaze u energetskim stanjima koja su via od one na datoj

    temperaturi (zbog velikog broja elektrona), te povienjem temperature

    nemamo efekt izbacivanja elektrona u vie energetske nivoe.

    13.3 Teorija elektronske vrpce

    13.3 Teorija elektronske vrpce: Primjer: Li (1s2 2s1)

  • 513.3 Teorija elektronske vrpce: Primjer: Li (1s2 2s1)

    Polupopunjenu ili nepopunjenu vrpcu molekulnih orbitala zovemo provodljivavrpca

    djelimino popunjena vrpce se naziva valentnom vrpcom

    elektroni iz popunjene vrpce ne sudjeluju u vodljivosti (ne moe ih se pobuditi jer nemaju "energijskog prostora" za podizanje ne vie energetske nivoe)

    Metale karakteriziraju elektronske vrpce koje nisu potpuno popunjene

    Moe doi do preklapanja valentnih i vodljivih elektronskih vrpci - elektroni imaju jo veu slobodu kretanja

    Preklapanjem vrpci dolazi do njihovog irenja.

    Orbitale veeg n jae se preklapaju pa takvi metali bolje provode elektrinustruju.

    13.3 Teorija elektronske vrpce

  • 6preklapanje ovisi o razmaku izmeu jezgri atoma-to je blie to se nivoi vie

    preklapaju (vea gustoa-izraeniji metalni karakter)

    13.3 Teorija elektronske vrpce preklapanje valentnih i vodljivih elektronskih vrpci-elektroni imaju jo veu

    slobodu kretanja

    13.3 Teorija elektronske vrpce alotropske modifikacije tj. naini slaganja i povezivanja (to utjee na udaljenost

    meu atomima) mogu utjecati na metalni karakter tvari.

    Sn (sivi) - gustoa 5.75 g cm-3 je nemetal

    Sn (bijeli) - gustoa 7.28 g cm-3 je metal

    metalni karakter raste odozgo prema dolje u PSE zbog vee mogunostipreklapanja orbitala

  • 713.3 Teorija elektronske vrpce

    1.valentni elektroni iz s i p orbitala (slabe veze)

    imaju malu kohezivnu energiju.

    mekani natrij (na sobnoj temeraturi ima vrstou maslaca). magneziju i aluminiju se

    mehanika vrstoa moe poveati dodatkom drugih kovina (slitine legure).

    2.valentni elektroni iz djelomino popunjenih d orbitala (vrste veze)

    Prijelazne metale karakteriziraju djelimino popunjene d orbitale koje kovalentnim vezama

    vrsto veu metalne ione u kristalnu reetku. Kovine kao to su titanij, eljezo, volfram i drugi

    imaju izuzetnu mehaniku vrstou.

    Ovi elementi imaju el. konfiguraciju 4s23dx4p. Energetska barijera izmeu 3d i 4p je vrlo mali i

    dolazi do preklapanja orbitala kod veeg broja atoma (u metalnoj vezi)

    13.4 Podjela metala

  • 8 razlika u Tt kako se ide s lijeva na desno u PSE

    teorija MO

    razlog je broj elektrona koji su dostupni za popunjavanje veznih i neveznih dijelova vrpci

    do 6 grupe (Cr, Mo, W) se popunjavaju vezni dio valentne vrpce, a tada se poinju popunjavati

    protuvezni dio valentne vrpce

    kada se popunjava protuvezni dio valentne vrpce opada jakost metalne veze, pa i Tt

    broj nesparenih elektrona i Tt

    13.5 Prijelazni metali - metalna veza i Tt

    Podjela na izolatore i poluvodie ovisi o veliini razmaka izmeu energijskih

    razina valentne (popunjene) i provodljive ( prazne ili djelomino popunjene)

    vrpce.

    13.5 Poluvodii i izolatori

  • 9 Si, Ge

    elektrina vodljivost ovisi o temperaturi - niska pri niim temperaturama, a raste pri viim temperaturama

    Porastom temperature raste energija elektrona u valentnoj vrpci rasteprovodljivost uzrokovana toplinski pobuenim elektronima unutranjipoluvodii).

    I fotoni mogu pobuditi elektrone na prijelaz u vodljivu vrpcu fotovodljivostpoluvodia.

    13.6 Poluvodii - unutarnji

    Vanjski poluvodii (poluvodii s neistoama) - njihova vodljivost ovisi o

    maloj koliini atoma stranih elemenata prisutnih u kristalnoj reetki (1 na

    1000000).

    13.6 Poluvodii - vanjski - n-tip

    Si 3s2 3p2

    As 4s2 4p3

    etiri valentna elektrona ukljuena su u veze a peti se

    slobodno giba u kristalnoj reetci silicija. On lako prelazi u

    vodljivu vrpcu silicija.

    Neistoa s vikom elektrona u odnosu na domaina

    stvara usku vrpcu koja donira elektrone u provodljivu vrpcu i

    poveava sposobnost poluvodia da provodi elektrinu

    struju.

    Silicij postaje poluvodi n-vrste (n = negativan naboj

    provoditelja struje).

  • 10

    13.6 Poluvodii - vanjski - n-tip

    Si 3s2 3p2

    In 5s2 5p1

    13.7 Poluvodii - vanjski - p-tip

    Tri valentna elektrona ukljuena su u veze sa Si a etvrtu vezu inie samo elektroni Si.

    Neistoa s manjkom elektrona u odnosu na domaina stvori usku vrpcu koja prima

    elektrone iz valentne vrpce.

    In atom je negativno nabijen, a u valentnoj vrpci Si nastaju pozitivno nabijene upljine.

    Nastale upljine u vrpci su mobilne jer u njih ulaze preostali elektroni, a silicij postaje poluvodi p-

    vrste (p = pozitivan naboj provoditelja elektrine struje).

  • 11

    13.7 Poluvodii - vanjski - p-tip

    Uklanjanjem loptice u cijevi je ostala upljina, upljina je zatim popunjena sljedeom

    lopticom, a upljina se je pomakla desno. Proces se ponavlja do pomaka upljine potpuno na

    desni kraj cijevi

    pokazuje smjer gibanja upljine.

    13.8 Poluvodii - protok struje

  • 12

    molekulske krutine (led)

    metalne krutine (Fe, Al)

    ionske krutine (NaCl)

    krutine s kovalentnom mreom (dijamant)

    13.9 Krute tvari

    kvarc-kristal kvarc-amorfni

    dvodimenzionalini prikaz kvarca (SiO2)

    Si

    O

    grafit dijamant

    13.9 Krute tvari

  • 13

    obino nisu vodljivevrlo tvrdevisokakovalentnamrea

    nevodljive krutine (vodljive otopine)tvrde i krhkevisokaionska

    vodljivirazliite tvrdoe; kovnivarirametalna

    nisu vodljivemekana i krhkaniskamolekulska

    el. vodljivostvrstoa i krhkosttoka talitatip krutine

    13.9 Krute tvari

    amorfne - nered (staklo) kristalne - ureena struktura (od molekula, iona ili atoma) u 3D

    jedinina elija-najmanja jedinica kristala koja ponavljanjem u tri dimenzije ini kristalnu reetku (tj. kristal)

    13.10 Krute tvari - kristalne tvari

  • 14

    7 osnovnih jedininih elija

    13.10 Krute tvari - kristalne tvari

    jednostavna volumno centrirana plono centrirana

    81/8 =1 atom 81/8 + 1= 2 atoma 61/2 + 81/8 = 4 atoma

    13.10 Krute tvari - kristalne tvari