Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych

Podobne dokumenty
Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

Elementy teorii powierzchni metali

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Orbitale typu σ i typu π

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Zasady obsadzania poziomów

Atomy wieloelektronowe

Stany skupienia materii

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

np. dla elektronów w kryształach; V(x+d) = V(x), d - okres periodyczności = wielkość komórki elementarnej kryształu

Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową

Atomy wieloelektronowe i cząsteczki

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Wykład z Chemii Ogólnej

Wykład 5: Cząsteczki dwuatomowe

Krystalografia. Typowe struktury pierwiastków i związków chemicznych

Fizyka Ciała Stałego

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Geometria cząsteczek wieloatomowych. Hybrydyzacja orbitali atomowych.

3. Cząsteczki i wiązania

d dz d dy e r d dx ψ = ψ(r, Θ, ϕ) = R n (r) Y l,m (Θ,ϕ) = ψ n,l,m E n 2 n NAJPROSTSZA CZĄSTECZKA - MOLEKUŁA H 2 Przypomnienie: atom wodoru

E e l kt k r t o r n o ow o a w a s t s r t u r kt k u t ra r a at a o t m o u

MATERIA. = m i liczby całkowite. ciała stałe. - kryształy - ciała bezpostaciowe (amorficzne) - ciecze KRYSZTAŁY. Periodyczność

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

3. Cząsteczki i wiązania

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

Cząsteczki wieloatomowe - hybrydyzacja. Czy w oparciu o koncepcję orbitali molekularnych można wytłumaczyć budowę cząsteczek?

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej. Mateusz Goryca

CZ STECZKA. Do opisu wi za chemicznych stosuje si najcz ciej jedn z dwóch metod (teorii): metoda wi za walencyjnych (VB)

Budowa ciał stałych. sieć krystaliczna układy krystalograficzne sieć realna defekty wiązania w ciałach stałych

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas II LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Spis treści. Metoda VSEPR. Reguły określania struktury cząsteczek. Ustalanie struktury przestrzennej

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Ciała stałe. Ciała krystaliczne. Ciała amorficzne. Bardzo często mamy do czynienia z ciałami polikrystalicznymi, rzadko monokryształami.

Wykład z Chemii Ogólnej

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

CHEMIA WARTA POZNANIA

Podstawy chemii obliczeniowej

Elektronowa struktura atomu

na dnie (lub w szczycie) pasma pasmo jest paraboliczne, ale masa wyznaczona z krzywizny niekoniecznie = m 0

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Inżynieria Biomedyczna. Wykład XII

Konfiguracja elektronowa atomu

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

Właściwości kryształów

Struktura elektronowa

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wykład przygotowany w oparciu o podręczniki:

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas I LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

26 Okresowy układ pierwiastków

Podstawy chemii. dr hab. Wacław Makowski. Wykład 1: Wprowadzenie

Elementy chemii obliczeniowej i bioinformatyki Zagadnienia na egzamin

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością.

Elementy teorii powierzchni metali

Dr inż. Zbigniew Szklarski

CHEMIA 1. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy na studia medyczne kierunek lekarski, stomatologia, farmacja, analityka medyczna ATOM.

RJC. Wiązania Chemiczne & Slides 1 to 39

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

2. WIĄZANIA CHEMICZNE, BUDOWA CZĄSTECZEK. Irena Zubel Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska (na prawach rękopisu)

Wykład 16: Atomy wieloelektronowe

Zadanie 2. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach

+ + Struktura cia³a sta³ego. Kryszta³y jonowe. Kryszta³y atomowe. struktura krystaliczna. struktura amorficzna

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodników WYKŁAD 1 SMK J. Hennel: Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT, W-wa 2003

Podstawy fizyki wykład 4

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Podstawy krystalochemii pierwiastki

Fizyka Ciała Stałego

Teoria pasmowa ciał stałych

Dr inż. Zbigniew Szklarski

Oddziaływania w magnetykach

Cząsteczki. 1.Dlaczego atomy łącz. 2.Jak atomy łącz. 3.Co to jest wiązanie chemiczne? Jakie sąs. typy wiąza

Chemia I Semestr I (1 )

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

b) Pierwiastek E tworzy tlenek o wzorze EO 2 i wodorek typu EH 4, a elektrony w jego atomie rozmieszczone są na dwóch powłokach elektronowych

STRUKTURA KRYSZTAŁÓW

Arkusze zadań do ćwiczeń z podstaw fizyki ciała stałego Marek Izdebski

c) prawdopodobieństwo znalezienia cząstki między x=1.0 a x=1.5 jest równe

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Rzędy wiązań chemicznych

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

III.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Czym się różni ciecz od ciała stałego?

Wewnętrzna budowa materii - zadania

Transkrypt:

Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych 5 tyów wiązań wodorowe A - H - A, jonowe ( n. KCl molekularne (omiędzy atomami gazów szlachetnych i małymi molekułami kowalencyjne (ółrzewodniki, izolatory metaliczne (metale charakterystyka (Argon (KCl chlorek otasu (diament, grafit (K - otas odstawowe różnice: dystrybucja ładunku elektronowego w obszarze między jonami

gęstosci elektronowe walencyjnych orbitali atomowych w molekule tyy ośrednie

liczba koordynacyjna - - liczba najbliższych sąsiadów sieć blendy cynkowej 4 sieć regularna 6 bcc 8 fcc hc (D grafit 3 energia jonizacji energia otrzebna do -krotnej jonizacji atomu (oderwanie jednego elektronu owinowactwo elektronowe energia uzyskana w wyniku utworzenia jonu ujemnego atomu (energia jonizacji jonu A - = - owinowactwo atomu A wiązanie molekularne wszystkie gazy szlachetne (wyj. He tworzą w niskich temeraturach kryształy molekularne w strukturze FCC (FCC jest str. regularną ciasno uakowaną konfiguracje zamknięto-owłokowe średni moment diolowy = 0 duże energie jonizacji siły van dr Waals a - oddziaływanie fluktuujących dioli chwilowy moment diolowy ole E ~ /d 3 w odległości d indukuje w sąsiednim atomie moment diolowy 3 E / d - olaryzowalność (atomu

energia oddziaływania momentu indukowanego z olem E jest U E / d d 3 / 6 omimo, że uśrednione w czasie znika ( = 0, to uśrednione - nie znika olaryzacja dotyczy zmiany rozkładu chmury ładunku elektronowego U = U kul odległość równowagowa - romienie van der Waals a są rzędu 0. nm kryształy molekularne - molekuły (na ogół w zamkniętoowłokowych stanach odstawowych w węzłach sieci Bravais n. faza krystaliczna CO, N, Cl, O... silne wiązanie kowalencyjne omiędzy atomami w cząsteczce + słabe wiązanie van der Waalsa omiędzy molekułami większe molekuły, białka,...

akowanie na ogół fcc (duża liczba koordynacyjna (akowanie tyu kul bilardowych niska temeratura tonienia - jeśli molekuły są ~ sferyczne to w fazie rzed tonieniem rzejście fazowe zachowana symetria translacja - nie jest zachowane uorządkowanie orientacyjne - jeśli molekuły mają kształty wydłużone ciekłe kryształy zachowują uorządkowanie orientacyjne - tracą uorządkowanie translacyjne

Kryształy jonowe molekuła dwu-atomowa z wiązaniem jonowym n. NaF (fluorek sodu Na: s s 6 3s E joniz = 5.4 ev F : s s 5 E owin = 3.40 ev (amiętajmy, że energii jonizacji trzeba dostarczyć a rzyłączając elektron do atomu i tworząc jon zyskujemy energię Na + : s s 6 F- : s s 6 zamkniętoowłokowe utworzenie jonów wymaga.74 ev ale jony oddziałują kulombowsko: doświadczalnie: d = 0.3 nm => E kul = -e/d = -6. ev zatem utworzenie kryształu jonowego jest energetycznie korzystne koncecja romieni jonowych model: kryształ jonowy tworzy się jako sieć naładowanych twardych kul jonów - o określonych romieniach

najczęściej ciasne uakowanie NaCl - x fcc CsCl - x sieć regularna W ogólności możemy mieć transfer n> elektronów i jony o ładunkach Z > e, n. Mg + O - energia oddziaływania jonów o ładunkach Z i Z U( r n Z Z e / r ( b/ r n >>, (II krótkozasięgowe odychanie (odychanie Pauliego (to nie są czyste jony ale jądra atomowe ubrane w chmury elektronów

także część ółrzewodników z wiązaniami kowalencyjnojonowymi o rzewadze jonowej (ZnS - na ogół nie-metale Wiązanie kowalencyjne (kryształy kowalencyjne atomy z walencyjnymi elektronami s i (otwarte owłoki elektrony uwsólnione w obszarze wiązań (tylko między sąsiednimi atomami najrostszy rzykład - molekuła H + hamiltonian H ( T m e r a e r b e d H H ( j funkcję stanu odstawowego (orbital molekularny można rzybliżyć (w bazie funkcji wodorowych s c c a a b b w najniższych energetycznie stanach c a = c b zatem C a = C b łatwo unormować, (S (S / / ( ( a a b b S = < a b >

i odowiadające im energie (albo rzez diagonalizację macierzy H w bazie a, b E Haa H S ( H aa = H bb ab i w rzybliżeniu H aa E H, S 0 E H ab < 0 E H H ab (niejednakowe atomy - odobnie Hybrydyazacja orbitali atomowych atomowe stany jednocząstkowe; funkcje s,, d,... s sferycznie symetryczna

(3-0 ~Y 0, - ~ Y -, ~ Y, można zbudować orbitale rzeczywiste x, y, z kombinując S + x oraz S x dostaniemy orbitale zhybrydyzowane s (kierunkowe orbitale kierunkowe hybrydyzacja s z y x y x x s s s 4 6 3 6 3 3 ( 3 ( (

ze zhybrydyzowanych orbitali atomowych budujemy (odobnie jak dla H + - orbitale molekularne: - wiążące i anty-wiążące w graficie z oziomów energetycznych orbitali molekularnych owstaną asma ten obrazek odowiada które będą obsadzone hybrydyzacja s 3

to wyjaśnia owstawanie rzerwy energetycznej w kryształach kowalencyjnych orbitale zhybrydyzowane ( ( ( ( 4 3 z y x z y x z y x z y x s s s s orbitale zhybrydyzowane sąsiada muszą mieć znaki w rzeciwną stronę rzy tworzeniu orbitala molekularnego wiążącego... struktura diamentu (german, krzem i blendy cynkowej inne rodzaje hybrydyzacji liczba wiązań orb. zhybryd. kierunkowość s liniowe 3 s, sd D, trygonalne 3 3 trygonalne-iramida 4 s 3 tetraedr 4 ds D, tetragonalne 6 d s 3 oktaedr 8 s 3 d 3 f naroża sześcianu mogą wystęować wiązania odwójne uwaga:

hybrydyzacja orbitali atomowych to tylko język model chemii kwantowej ozwalający jakościowo i bez zaawansowanych obliczeń okazać - wyjaśniać konieczność tworzenia się molekuł i sieci krystalicznych; bardziej rzeczywiste rozkłady gęstości elektronowej dostajemy wykonując zaawansowane obliczenia (na ogół wariacyjne w dużych bazach funkcyjnych od wiązania kowalencyjnego do jonowego kryształy z wieloma różnymi atomami w bazie mieszane tyy wiązań (odobnie jak w kryształach molekularnych n. ceramiki - silnie kowalencyjne, oktaedryczne gruy Cu i O, kowalencyjnie owiązane w D lub D sieci ierwiastki ziem rzadkich umiejscowione w niszach omiędzy warstwami oktaedrów z wiązaniem jonowokowalencyjnym

znaczenie w rzewodnictwie wysokotemeraturowym metale - jednoatomowe bazy - atomy zawierające walencyjne elektrony s w ewnym sensie odobne do wiązania jonowego ale - te same atomy => elektrony walencyjne s zostają uwsólnione dla wszystkich jonów (całej sieci - w rzeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych (orbitale molekularne zlokalizowane tu tworzą się orbitale zdelokalizowane dodatnie jony sieci utrzymywane zdelokalizowanym ładunkiem uwsólnionych elektronów BCC - dla metali alkalicznych FCC lub HCP - dla atomów z elektronami s (ale są wyjątki odobnie atomy z walencyjnymi elektronami d, ale elektrony z owłok d żadziej biorą udział w wiązaniu owody: aż 5 orbitali d i razem z s trudno utworzyć hybrydy budujące znane struktury krystaliczne orbitale d na ogół mają energie niższe od s

orbitale d odgrywają rolę w wieloatomowych kryształach o znaczeniu iezoelektrycznym, magnetycznym, w erowskitach,... secjalny ty wiązania - Wiązanie wodorowe A-H, A-H-B, odobne do jonowo-kowalencyjnego, ale bardzo długie i słabsze rzykład: H O lód samo H O tworzy ciekawą molekułę: nie jest liniowe, bo nie można utworzyć wiązań w jednym kierunku z jednego orbitala (tlenu który ma 4 elektrony na od-owłoce, można utworzyć z x i y, ale wówczas jony H za blisko siebie i silnie odychają się kulombowsko; w rezultacie owstaje wiązanie odobne do s 3 z dwoma orbitalami zhybrydyzowanymi obsadzonymi (w wiązaniach z H a ozostałe dwa obsadzone są rzez niesarowane elektrony te elektrony mogą tworzyć słabe mostkowe wiązania wodorowe z atomami wodoru z sąsiednich molekuł wody możliwe różne uorządkowanie krystaliczne (rzez słabość wiązania wodorowego (elastyczność Metale, ółrzewodniki, izolatory w teorii asmowej (rawie swobodnych elektronów owstające asma należy wyełnić elektronami dyskretyzacja asm do kwazi-kontinuum stanów zdelokalizowanych; uwzględniając sin; nakrywanie się asm i charakter ich wyełnienia decydują o własnościach elektrycznych kryształu

w teorii asmowej ciasnego wiązania (oznamy óźniej asma tworzone są ze zlokalizowanych stanów atomowych łatwość w obsadzaniu stanów w asmach od strony chemicznej : zlokalizowane wiązania kowalencyjne i kowalencyjno-jonowe są obsadzone wszystkimi elektronami walencyjnymi ółrzewodniki, izolatory; wiązanie metaliczne rowadzi do zdelokalizowanych elektronów (otwarte owłoki tworzą niezaełnione asma kryształy molekularne na ogół izolatory z dużą rzerwą.