Металеве склеювання

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- Кристалічні тверді структури
- Металеві кристалічні конструкції

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Навички для розвитку

Опишіть металеве з'єднання за допомогою теорії МО

Раніше ми обговорювали «електронно-морську модель» металевого зв'язку у вступному розділі та розділах характеристик металу. Це хороший час, щоб переглянути ці розділи, перш ніж ми опишемо кращу модель. Навіщо потрібна інша модель для металевого склеювання, ніж електронно-морська модель? Хоча це пояснює деякі загальні властивості металів, такі як ковкість і провідність, він не пояснює відносних властивостей металів, таких як їх твердість і точки плавлення. Ці властивості залежать від того, наскільки міцним є зв'язок в металах. За електронно-морською моделлю ми можемо подумати, що більше електронів робить зв'язки сильнішими, тому твердість і температура плавлення збільшуватимуться по таблиці Менделєєва.

Ми можемо пояснити ці властивості за допомогою теорії МО. У цьому випадку ми уявляємо об'єднання багатьох атомних орбіталей (1 або більше для кожного атома), щоб скласти і рівну кількість МО, які поширюються на все тверде тіло. Деякі МО матимуть менше вузлів і будуть меншою енергією, тоді як інші матимуть більше вузлів і будуть вищою енергією. Кожен МО може утримувати не більше 2 електронів. Заповнення нижчої енергії MoS (склеювання MoS) робить зв'язки міцнішими, саме тому лужні метали мають низькі температури плавлення і м'які (не багато сполучних MoS заповнених). Наповнення більш високою енергією MoS (антизв'язуючі MoS) робить зв'язки слабшими, тому Cu, Ag, Au і Zn м'які і плавляться при низьких температурах (Hg - рідина при RT!).

Коли у нас дійсно велика кількість МО, трапляються деякі цікаві речі. Один моль Fe становить близько 7 мл або 7 куб.см (досить невелика кількість). У кожному атомі Fe ми маємо 1 орбіталь 4s, 5 3d орбіталів та 3 4p орбіталі, які можуть брати участь у зв'язуванні. У молі Fe ми маємо 9 разів кількість AoS Авогадро, які можуть брати участь у склеюванні. Це приблизно 10 ²⁴ AoS, що означає таку ж кількість МО. Там просто немає місця, щоб мати велику різницю в енергії між усіма цими МО. MoS повинні мати енергії, не надто відмінні від АО (вони, безумовно, вище і нижче, але не занадто багато), тому вони обмежені відносно вузьким діапазоном енергій. Це означає, що енергії утворюють смуги, а не окремі енергетичні рівні.

Ми можемо почати бачити, як це відбувається, уявляючи лінію атомів Li. Коли ми збільшуємо кількість атомів Li, орбіталі зближуються. Коли число атомів Li досягає нескінченності, MoS стають нескінченно близькими один до одного.

Формування смуги в ланцюжку атомів Li: рівні енергії МО стають ближче один до одного зі збільшенням кількості MoS, поки вони більше не відокремлюються.

Теорія смуг пояснює провідність металів: щоб електрони рухалися, електрони повинні мати можливість змінювати MoS, не набираючи багато енергії. Якщо смуга частково заповнена електронами, вони можуть легко змінювати стани, оскільки є порожні стани майже така ж енергія, як і повні стани. Ми можемо сказати, що смуги з s, p і d орбіталей повинні перекриватися в металах, тому що лужноземельні метали є провідниками. Якби між смугою s і діапазоном p або d був енергетичний розрив, вони б не проводили, оскільки смуга s була б повною.

Зовнішні посилання

Дописувачі та атрибуція

Template:ContribGreyLark