Исследование механизма химической связи
В металлах
Объект исследования: химическая связь в металлах
Результаты, полученные лично автором: связь в металлах образуют электроны, находящиеся в валентной зоне.
На данный момент самую простую модель строения металла можно представить в следующем виде: в узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы, которые тесно связаны электронным газом. По этой модели электронный газ осуществляет связь между ионами кристаллической решетки. (Газ – это двигающиеся свободные электроны).
По нашему мнению свободные двигающиеся электроны не могут осуществлять связь между положительными ионами.
Исследовать это можно, сопоставив характеристику, связанную с прочностью связи металла (т.е. температура плавления) и энергию кристаллической решетки. Температура плавления пропорциональна энергии кристаллической решетки. Концентрация электронного газа в зоне проводимости связана с электропроводностью: 
, где n-концентрация электронов в зоне проводимости.
Если модель верна, то температура плавления металла должна быть пропорциональна его электропроводности. Между ними должна быть связь: если растет температура плавления, то должна расти как электропроводность, так и концентрация электронного газа.
Мы взяли статистические данные по трем периодам (4-6) и построили график зависимости температуры плавления и электропроводности от порядкового номера элемента. На рисунке(1) представлены данные 6 периода(Cs-Hg).
|
|
|
Рис . 4 .
Такие результаты можно объяснить методом молекулярных орбиталей, показанным на рисунке(2).
Рисунок 5
Выбранные нами d - элементы на внешнем уровне имеют 6 орбиталей (1s и 5d).
Возьмем число 
атомов равных 1 моль орбиталей. Каждый атом имеет 6 орбиталей, следовательно, может образоваться 2 энергетические зоны. Зона проводимости и валентная зона, которые перекрывают друг друга. Число орбиталей зоны проводимости и валентной зоны одинаково(3N).
Заполнение начинается с Цезия – 1 электрон попадет на валентную зону и заполнит 1/6 часть, 2-ой электрон Бария заполнит еще 1/6 часть валентной зоны. С увеличением числа связей возрастает и температура плавления. При переходе от одного элемента к другому заполняется все большее число связывающих орбиталей. Заполнение валентной зоны закончится на 6 группе, т.е. на элементе вольфрам заканчивается заполнение валентной зоны (заканчивается заполнение связывающих орбиталей), и он имеет самую высокую температуру плавления. После вольфрама начинает заполняться зона проводимости (или разрушающая зона), и падать температура плавления. При дальнейшем заполнение зоны проводимости возрастает электропроводность. Заполнение разрушающей зоны заканчивается на ртути. По мере заполнения зоны проводимости, которая представляет собой совокупность разрыхляющих орбиталей, падает температура плавления. До вольфрама температура плавления растет, после падает. Электропроводность имеет тенденцию роста на протяжении всего графика. Как видно по графику, в зоне проводимости с ростом электропроводности происходит падение температуры плавления, что не соответствует модели, где температура плавления пропорциональна электропроводности. Подытожив, можно сказать, что свободные электроны не участвуют в образование металлической связи, а разрушают её. Связь в металлах образуют те электроны, которые находятся в валентной зоне.
|
|
|
Материал поступил в редколлегию 04.04.2017
УДК 614.8.084/629.45
И.А. Локутова
Научный руководитель: доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и химия», к.т.н. Булычев М.А.
777emmy@rambler.ru
Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 179; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!