WI
ZANIA MI
DZY
ATOMAMI
Najczęściej spotykane rodzaje wiązań:
" jonowe
" kowalencyjne
" metaliczne
" molekularne
" mieszane
wiązania atomów w kryształach,
1
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
 WI
ZANIE JONOWE
" przeniesienie elektronów z jednego atomu na drugi (jonizacja);
" powstają jony o zamkniętych powłokach;
" jony majÄ…c przeciwne znaki przyciÄ…gajÄ… siÄ™.
" wiązanie powstanie jeśli zysk energetyczny z przyciągania
Coulomba przewyższy energię potrzebną do jonizacji atomów
wiązania atomów w kryształach,
2
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIE JONOWE
1  przyciąganie elektrostatyczne jonów
2  odpychanie powłok elektronowych
3  energia wypadkowa
J.Hennel
wiązania atomów w kryształach,
3
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
KRYSZTAA
Y 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,
4
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WA
AÅšCIWOÅšCI WI
ZANIA 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. A
adunek skupiony jest w centrum jonów, nie ma ładunku między jonami;
4. WiÄ…zanie bezkierunkowe;
5. Nie wszystkie struktury krystaliczne są możliwe.
wiązania atomów w kryształach,
5
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIE KOWALENCYJNE
Dwa atomy wodoru CzÄ…steczka wodoru
orbital
orbital
wiążący
antywiążący
Funkcje falowe H Orbitale molekularne H2
J.Hennel
wiązania atomów w kryształach,
6
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
Właściwości wiązania kowalencyjnego:
1. Kryształy są twarde i kruche;
2. WiÄ…zanie jest silne;
3. Wysoka temperatura topnienia;
4. WiÄ…zanie 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.
A
adunek jest związany (Izolatory lub półprzewodniki).
wiązania atomów w kryształach,
7
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIE KOWALENCYJNE
Atom węgla
Stan podstawowy
konfiguracja elektronowa 1s2 2s2 2p2
2 niesparowane elektrony
węgiel jest dwuwartościowy (np. CO)
1s2 2s2 2p2
Promocja elektronu
konfiguracja elektronowa 1s2 2s1 2p3
4 niesparowane elektrony o równolegle skierowanych spinach
węgiel jest czterowartościowy (np. CH4)
Hybrydyzacja
3
orbital hybrydyzowany sp
wiązania atomów w kryształach,
8
http://www.mif.pg.gda.pl/home
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
pages/maria/pdf/Krys_06_9.pdf
CZ
STECZKA METANU
CH4
wiązania atomów w kryształach,
9
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
KRYSZTAA
Y  KOWALENCYJNE
W przypadku jednakowych, czterowartościowych atomów (jak węgiel, krzem,
czy german) wiązanie kowalencyjne tworzy kryształy o strukturze diamentu
energia wiÄ…zania krzemu 4,8 eV / atom symetria tetraedryczna
wiązania atomów w kryształach,
10
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIA 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 sÄ…
przesunięte w kierunku atomów o
większej ilości elektronów
walencyjnych.
WiÄ…zanie takie nazywa siÄ™
spolaryzowanym.
wiązania atomów w kryształach,
11
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
KRYSZTAA
Y  SPOLARYZOWANE
Struktura blendy cynkowej
kryształy typu III-V, II-VI lub I-VII
wiązania atomów w kryształach,
12
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIA METALICZNE
1 2 3 4 5 6 7 8
Metale w układzie okresowym pierwiastków
Hennel 5/12
wiązania atomów w kryształach,
13
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIE METALICZNE
http://www.mif.pg.gda.pl/home
pages/maria/pdf/Krys_06_9.pdf
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.
wiązania atomów w kryształach,
14
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIE METALICZNE
1. WiÄ…zanie jest bezkierunkowe.
2. Metale krystalizują najczęściej w następujących strukturach
krystalicznych o dużej gęstości upakowania:
3. niezbyt silne wiÄ…zanie
5. duże przewodnictwo elektryczne i cieplne;
6. łatwo można wytworzyć dyslokacje, co ma wpływ na właściwości
mechaniczne.
Złoto można na przykład rozwalcowywać na arkusze o grubości nie większej niż
0,003 milimetra, które stosuje się do pozłacania różnych przedmiotów
7. Różnorodne są także temperatury topnienia metali. Cez i gal topią
siÄ™ w rÄ™ku, temperatura topnienia wolframu wynosi 3410°C.
wiązania atomów w kryształach,
15
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5
WI
ZANIA MOLEKULARNE (*)
występują w kryształach składających się nie z pojedynczych
atomów, ale z cząsteczek związanych słabymi siłami
gazy szlachetne,
gazy molekularne: H2, O2, Cl2
cukier,
siarka S8, fosfor P4 , jod
wiązania atomów w kryształach,
16
J. Hennel,  Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , rozdział 5