Img00077

81

Elektrony swobodne w metalach tworzy gaz elektronowy i poruszają się tak jak gdyby jony dodatnie sieci krystalicznej nie stwarzały żadnego pola elektrycznego. Wówczas ruch elektronów można opisać za pomocą modelu „jamy potencjału” (rys. 2.8-1). Model „jamy potencjału” zaproponowany przez Schottky’ego wprowadza analogię między wnętrzem kryształu „wypełnionym” elektronami a naczyniem wypełnionym cieczą. Potencjał pola grawitacyjnego zastąpiony jest przez potencjał pola elektrycznego. Linie ekwipotencjalne przebiegają poziomo, równolegle do dna naczynia.

Rys. 2.8-1. Elektrony swobodne w metalu; model jamy potencjału

Jeśli przyjąć, że na zewnątrz metalu energia potencjalna elektronu równa się zeru, to wewnątrz metalu ma ona wartości ujemne o najmniejszej bezwzględnej wartości W_w. Wartość energii W_w jest wtedy tzw. pracą wyjścia elektronu z metalu. Energię tę należałoby dostarczyć do elektronów obsadzonych na najwyższych poziomach energetycznych, aby mogły one opuścić metal (pokonać „barierę potencjału” reprezentowaną przez pionową ściankę naczynia), analogicznie do energii parowania, którą należy dostarczyć do cząsteczki cieczy, aby mogła ona opuścić jej powierzchnię.

Elektrony w jamie potencjału mają skwantowane dyskretne wartości energii — mogą znajdować się, podobnie jak w atomie, jedynie na określonych poziomach energetycznych. Między położeniami poziomów energetycznych elektronów w metalach i poziomów energetycznych elektronów w izolowanych atomach występuje istotna różnica: w atomach różnica energii elektronów na dwóch sąsiednich poziomach jest znacznie większa niż w krysztale.

2.9. Wszystkie elektrony dążą do zajęcia możliwie najniższych poziomów energetycznych, jako najbardziej trwałych. Zasada Pauliego nakłada ograniczenia na liczbę elektronów, które mogą znajdować się w danym stanie. W odniesieniu do elektronów w metalach, zasadę Pauliego formułuje się podobnie jak atomu wieloelektronowego: wśród elektronów w metalu nie może być więcej niż dwa elektrony znajdujące się w jednakowych stanach; spiny tych dwóch elektronów powinny być anty równoległe.