Образование кристаллической поверхности

Ученые установили, что при определенных условиях электроны могут отделяться от поверхности металлов. Например, при облучении некоторых металлов ультрафиолетовыми лучами или лучами видимой части спектра, металл получает положительный заряд, а с его поверхности отделяются электроны. Это явление называется фотоэффектом. Электроны выделяются и при нагревании металлов – так называемая термоэлектронная эмиссия. В наши дни растет число способов, с помощью которых можно вызвать выделение электронов с поверхности металлов. В сильном электрическом поле наблюдается так называемая холодная или автоэлектронная эмиссия. При трении (например, при механической обработке металлов) также могут выделяться электроны; это явление носит название экзоэлектронной эмиссии. Даже в стихии электронного газа электроны чувствуют себя стесненно и с удовольствием отрываются от поверхности кристаллической решетки. Этот отрыв неодинаково легок для электронов различных металлов. Мы уже говорили об энергии ионизации – мере легкости, с которой отрываются электроны от данного ядра. Это понятие может быть выведено и для металлов, в этом случае эта энергия называется энергией отрыва электрона (или работой выхода электрона).

Обратите внимание, электрону легче оторваться от кристаллической решетки, чем от изолированного атома металла. Немного странно, не так ли? Атомы соединяются, а их электроны становятся более свободными.

– А как можно это использовать?

– Сегодня электрон заставляют работать. Поток электронов, оторвавшихся от поверхности металла, приобретает ускорение в сильных электромагнитных полях и движется в желаемом направлении. На этом основано действие кинескопа, электронного микроскопа и многих других приборов.

Мы начали с атомов, перешли к химической связи, молекулам, кристаллической решетке.

– При соединении атомов металла в кристаллическую решетку происходит делокализация электронов, образуется электронный газ. А как у неметаллов – углерода, серы, кремния? Происходит ли у них то же самое?

– У этих химических элементов имеется значительное число электронов в наружных электронных слоях, и они могут образовать локализованные химические связи, и образуют. Но при локализованных связях не следует ожидать здесь свойств, подобных свойствам металлов. Неметаллы – это твердые тела, которые не обладают теплопроводностью и электропроводимостью, они нековки и пластичны. Их называют изоляторами. Существует и такое состояние вещества, при котором связи только частично дело кализованы и в электронный газ попадает очень мало электронов. При нагревании их число увеличивается, они могут участвовать в проводимости. Такие вещества называются полупроводниками.

Таковы возможности строения твердых тел, когда связи между атомами осуществляются с помощью общих электронов.

Но вернемся к ионной связи. Случай этот в природе не редок. Ионная Структура характерна для многих солей и большинства оксидов металлов. Ионы расположены в узлах кристаллических решеток и взаимодействуют друг с другом по законам электростатики.

Для веществ, имеющих ионную структуру, неприменимо понятие молекулы; каждый положительный ион окружен и связан с несколькими отрицательными ионами и невозможно указать, с каким именно из них он образует молекулу, а с каким нет. При растворении веществ с ионной структурой ноны переходят в раствор и решетка перестанет существовать.

– А где же электроны?

– Они все распределены вокруг положительных и отрицательных ионов.

Мы начали с электронов, а пришли к химическим процессам. На самом деле главными героями нашего рассказа по-прежнему остаются электроны, так как нет химического процесса, в котором бы они не участвовали. И далее мы будем говорить


Полезное чтиво:
Об электронах и химических процессах
Что такое валентность
Проследим процесс реакции
От препарированных лягушек до электродных потенциалов
Соприкосновение двух разных металлов
Почему работает вольтов столб