wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
1
WIĄZANIA MIĘDZY
ATOMAMI
Najczęściej spotykane rodzaje wiązań:
•
jonowe
•
kowalencyjne
•
metaliczne
•
molekularne
•
mieszane
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
1
WIĄZANIA MIĘDZY
ATOMAMI
Najczęściej spotykane rodzaje wiązań:
•
jonowe
•
kowalencyjne
•
metaliczne
•
molekularne
•
mieszane
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
2
WIĄZANIE JONOWE
• przeniesienie elektronów z jednego atomu na drugi (jonizacja);
• powstają jony o zamkniętych powłokach;
• jony mając przeciwne znaki przyciągają się.
• wiązanie powstanie jeśli zysk energetyczny z przyciągania
Coulomba przewyższy energię potrzebną do jonizacji atomów
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
3
WIĄZANIE JONOWE
J.Hennel
1 – przyciąganie elektrostatyczne jonów
2 – odpychanie powłok elektronowych
3 – energia wypadkowa
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
4
KRYSZTAŁY JONOWE
NaCl CsCl
J.Hennel
J.Ginter
promienie: jonu Na 98 pm , jonu Cl –183 pm, jonu Cs – 169 pm
O tym, która struktura powstanie decyduje energia (a energia zależy od promieni
jonowych)
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
5
WŁAŚCIWOŚCI WIĄZANIA JONOWEGO
1. Związki jonowe tworzą się pomiędzy atomami o małej energii jonizacji
(grupa I) a atomami o dużym powinowactwie elektronowym (grupa VII);
2. Duża energia spójności (→ wysoka temperatura topnienia);
3. Ładunek skupiony jest w centrum jonów, nie ma ładunku między jonami;
4. Wiązanie bezkierunkowe;
5. Nie wszystkie struktury krystaliczne są możliwe.
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
6
WIĄZANIE KOWALENCYJNE
Dwa atomy wodoru
Cząsteczka wodoru
Funkcje falowe H Orbitale molekularne H
2
J.Hennel
orbital
wiążący
orbital
antywiążący
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
7
Właściwości wiązania kowalencyjnego:
1. Kryształy są twarde i kruche;
2. Wiązanie jest silne;
3. Wysoka temperatura topnienia;
4. Wiązanie jest kierunkowe;
5. Najczęściej spotykane struktury krystaliczne: struktura diamentu;
6. Mała gęstość upakowania i liczba koordynacyjna;
7. W obszarze pomiędzy atomami jest duża koncentracja ładunku.
Ładunek jest związany (Izolatory lub półprzewodniki).
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
8
WIĄZANIE KOWALENCYJNE
Atom węgla
Stan podstawowy
konfiguracja elektronowa
1s
2
2s
2
2p
2
2
niesparowane elektrony
węgiel jest dwuwartościowy (np. CO)
1s
2
2s
2
2p
2
Promocja elektronu
konfiguracja elektronowa
1s
2
2s
1
2p
3
4
niesparowane elektrony o równolegle skierowanych spinach
węgiel jest czterowartościowy (np. CH
4
)
Hybrydyzacja
orbital hybrydyzowany
sp
3
http://www.mif.pg.gda.pl/home
pages/maria/pdf/Krys_06_9.pdf
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
9
CZĄSTECZKA METANU
CH
4
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
10
KRYSZTAŁY „KOWALENCYJNE”
W przypadku jednakowych, czterowartościowych atomów (jak węgiel, krzem,
czy german) wiązanie kowalencyjne tworzy kryształy o strukturze diamentu
energia wiązania krzemu 4,8 eV / atom symetria tetraedryczna
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
11
WIĄZANIA SPOLARYZOWANE
Dla dwóch różnych rodzajów
atomów
,
na przykład
•
jeden z grupy III a drugi z V
lub
•
jeden z grupy II a drugi z VI,
chmury elektronowe są
przesunięte w kierunku atomów o
większej ilości elektronów
walencyjnych.
Wiązanie takie nazywa się
spolaryzowanym.
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
12
KRYSZTAŁY „SPOLARYZOWANE”
Struktura blendy cynkowej
kryształy typu III-V, II-VI lub I-VII
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
13
WIĄZANIA METALICZNE
1 2 3 4 5 6 7 8
Metale w układzie okresowym pierwiastków
Hennel 5/12
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
14
WIĄZANIE METALICZNE
Elektrony walencyjne poruszają się prawie swobodnie pomiędzy dodatnimi jonami,
ekranując w ten sposób ładunek dodatnich rdzeni jonowych.
Wypadkowe przyciąganie między elektronami i jonami stanowi wiązanie metaliczne.
Im lepsze ekranowanie, im więcej elektronów, tym silniejsze wiązanie.
http://www.mif.pg.gda.pl/home
pages/maria/pdf/Krys_06_9.pdf
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
15
WIĄZANIE METALICZNE
1
. Wi
ą
zanie jest bezkierunkowe.
2. Metale krystalizuj
ą
najcz
ęś
ciej w nast
ę
puj
ą
cych strukturach
krystalicznych o du
ż
ej g
ę
sto
ś
ci upakowania:
3. niezbyt silne wi
ą
zanie
5. du
ż
e przewodnictwo elektryczne i cieplne;
6. łatwo mo
ż
na wytworzy
ć
dyslokacje, co ma wpływ na wła
ś
ciwo
ś
ci
mechaniczne.
Złoto mo
ż
na na przykład rozwalcowywa
ć
na arkusze o grubo
ś
ci nie wi
ę
kszej ni
ż
0,003 milimetra, które stosuje si
ę
do pozłacania ró
ż
nych przedmiotów
7. Ró
ż
norodne s
ą
tak
ż
e temperatury topnienia metali. Cez i gal topi
ą
si
ę
w r
ę
ku, temperatura topnienia wolframu wynosi 3410°C.
wiązania atomów w kryształach,
J. Hennel, „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej”, rozdział 5
16
WIĄZANIA MOLEKULARNE (*)
występują w kryształach składających się nie z pojedynczych
atomów, ale z cząsteczek związanych słabymi siłami
gazy szlachetne,
gazy molekularne: H
2
, O
2
, Cl
2
cukier,
siarka S
8
, fosfor P
4
, jod