Іонний кристал. Значення uдля деяких кристалічних структур
Іони, у тому числі складаються іонні кристали, утримуються разом електростатичними силами. Тому структура кристалічних ґрат іонних кристалів повинна забезпечувати їх електричну нейтральність.
На рис. 3.24-3.27 схематично зображені найважливіші типикристалічних ґрат іонних кристалів і наведено докладні відомості про них. Кожному типу іонів в іонних ґратах відповідає своє власне координаційне число. Так, у кристалічній решітці хлориду цезію (рис. 3.24) кожен іон Cs+ оточений вісьма іонами Cl" і, отже, має координаційне число 8. Аналогічно кожен іон Cl- оточений вісьмома іонами Cs+, тобто теж має координаційне число 8. Тому вважається, що кристалічна решітка хлориду цезію має координацію 8: 8. Кристалічна решітка хлориду натрію має координацію 6: 6. Зазначимо, що в кожному випадку забезпечується збереження електричної нейтральності кристала.
Координація і тип кристалічної структури іонних решіток визначаються головним чином двома наступними факторами: ставленням числа катіонів до аніонів і ставленням радіусів катіонів і аніонів.
Г ранецентрована кубічна або октаедрична
Мал. 3.25. Кристалічна структура натрію хлориду (кам'яної солі).
Відношення числа катіонів до аніонів в кристалічних ґратаххлориду цезію (CsCl), хлориду натрію (NaCl) та цинкової обманки (сульфід цинку ZnS) дорівнює 1:1. Тому їх належать до стехіометричного типу AB. Флюорит (фторид кальцію CaF2) відноситься до стехіометричного типу AB2. Докладне обговорення стехіометрії проводиться у гол. 4.
Відношення іонного радіусу катіону (А) до іонного радіусу аніону (В) називається відношенням іонних радіусів rJrB. Загалом, що більше ставлення іонних радіусів, то більше вписувалося координаційне число решітки (табл. 3.8).
Таблиця 3.8. Залежність координації від відношення іонних радіусів
Координація Відношення іонних радіусів
Мал. 3.26. Кристалічна структура цинкової обманки.
Як правило, легше розглядати структуру іонних кристалів так, ніби вони складаються з двох частин – аніонної та катіонної. Наприклад, структуру хлориду цезію можна уявити складається з кубічної катіонної структури і кубічної аніонної структури. Разом вони утворюють дві взаємопроникні (вкладені) структури, що утворюють єдину об'ємноцентровану кубічну структуру (рис. 3.24). Структура типу хлориду натрію, або кам'яної солі, теж складається з двох кубічних структур-одної катіонної та іншої аніонної. Разом вони утворюють дві вкладені кубічні структури, що утворюють єдину гранецентровану кубічну структуру. Катіони та аніони у цій структурі мають октаедричне оточення з координацією 6:6 (рис. 3.25).
Структура типу цинкової обманки має гранецентровані кубічні грати(Рис. 3.26). Можна розглядати її таким чином, ніби катіони утворюють кубічну структуру, а аніони мають тетраедричні структури всередині куба. Але якщо розглядати аніони як кубічну структуру, то катіони мають у ній тетраедричне розташування.
Структура флюориту (рис. 3.27) відрізняється від розглянутих вище тим, що вона має стехіометричний тип AB2, а також два різні координаційні числа - 8 і 4. Кожен іон Ca2+ оточують вісім іонів F-, а кожен іон F- оточують чотири іони Ca2+ . Структуру флюориту можна уявити як гранецентрированную кубічну катіонну решітку, всередині якої є тетраедрическое розташування аніонів. Можна уявити її й інакше: як об'ємноцентровані кубічні грати, в яких катіони знаходяться в центрі кубічного осередку.
Гранецентрована кубічна та об'ємноцентрована кубічна
Усі розглянуті у цьому розділі сполуки передбачаються суто іонними. Іони у яких розглядаються як тверді сфери із суворо певними радіусами. Однак, як було зазначено у розд. 2.1, багато сполук мають частково іонний, а частково ковалентний характер. Внаслідок цього іонні сполуки з помітно вираженим ковалентним характером не можуть повністю підкорятися загальним правилам, викладеним у цьому розділі.
Такі речовини утворюються за допомогою хімічного зв'язку, в основі якого лежить електростатична взаємодія між іонами. Іонний зв'язок (за типом полярності – гетерополярна) в основному обмежується бінарними системами типу NaCl(Рис.1.10, а), тобто встановлюється між атомами елементів, які мають найбільшу спорідненість до електрона, з одного боку, і атомами елементів, які мають найменший потенціал іонізації, з іншого. При утворенні іонного кристала найближчими сусідами даного іона є іони протилежного знака. При найбільш сприятливому співвідношенні розмірів позитивних та негативних іонів вони стосуються один одного, і досягається гранично висока щільність упаковки. Невелика зміна міжіонної відстані у бік зменшення від рівноважного викликає виникнення сил відштовхування електронних оболонок.
Ступінь іонізації атомів, які утворюють іонний кристал, часто такий, що електронні оболонки іонів відповідають електронним оболонкам, характерним для атомів інертних газів. Грубу оцінку енергії зв'язку можна зробити, припускаючи, що основна її частина зумовлена кулонівською (тобто електростатичною) взаємодією. Наприклад, у кристалі NaClвідстань між найближчими позитивними та негативними іонами становить приблизно 0,28 нм, що дає величину потенційної енергії, пов'язаної із взаємним тяжінням пари іонів, близько 5,1 еВ. Експериментально певне значення енергії для NaClстановить 7,9 еВ одну молекулу. Таким чином, обидві величини одного порядку і це дозволяє використовувати такий підхід для більш точних розрахунків.
Іонні зв'язки є неспрямованими та ненасиченими. Останнє дається взнаки в тому, що кожен іон прагне наблизити до себе найбільшу кількість іонів протилежного знака, тобто утворити структуру з високим координаційним числом. Іонний зв'язок поширений серед неорганічних сполук: метали з галоїдами, сульфіди, оксиди металів та ін. Енергія зв'язку в таких кристалах становить кілька електрон-вольт на атом, тому такі кристали мають велику міцність та високі температури плавлення.
Обчислимо енергію іонного зв'язку. Для цього нагадаємо складові потенційної енергії іонного кристала:
кулонівське тяжіння іонів різного знаку;
кулонівське відштовхування іонів одного знака;
квантово-механічна взаємодія при перекриванні електронних оболонок;
ван-дер-ваальсівське тяжіння між іонами.
Основний внесок в енергію зв'язку іонних кристалів робить електростатична енергія тяжіння і відштовхування, роль останніх двох вкладів незначна. Отже, якщо позначити енергію взаємодії між іонами iі jчерез , то повна енергія іона з урахуванням усіх його взаємодій становитиме
Надамо у вигляді суми потенціалів відштовхування та тяжіння:
де знак "плюс" береться у разі однакових, а "мінус" - у разі різноїменних зарядів. Повна енергія решітки іонного кристала, що складається з Nмолекул (2 Nіонів), становитиме
При розрахунку повної енергії кожну пару іонів, що взаємодіє, слід враховувати лише один раз. Для зручності введемо наступний параметр , де відстань між двома сусідніми (різноіменними) іонами в кристалі. Таким чином
де постійна Маделунга αта постійна Dвизначаються так:
Суми (2.44) та (2.45) повинні враховувати внесок усіх ґрат. Знак "плюс" відповідає тяжінню різноіменних іонів, знак "мінус" - відштовхуванню однойменних іонів.
Постійну визначимо в такий спосіб. У рівноважному стані повна енергія мінімальна. Отже, , і тому маємо
де – рівноважна відстань між сусідніми іонами.
З (2.46) отримаємо
і вираз для повної енергії кристала в рівноважному стані набуває вигляду
Розмір представляє так звану енергію Маделунга. Оскільки показник то повну енергію можна практично повністю ототожнювати з кулонівською енергією. Мінімальна величина показує, що сили відштовхування є короткодіючими і різко змінюються з відстанню.
Як приклад розрахуємо постійну Маделунга для одномірного кристала – нескінченного ланцюжка іонів протилежного знака, що чергуються (рис.2.4).
Вибравши будь-який іон, наприклад, знака «–» за початковий, матимемо два іони знака «+» на відстані r 0 від нього, два іони знака «–» на відстані 2 r 0 і так далі.
Отже, маємо
Скориставшись розкладанням у ряд, отримаємо у разі одновимірного кристала постійну Маделунгу
Таким чином, вираз для енергії, що припадає на одну молекулу, набуває наступного вигляду
У разі тривимірного кристала ряд сходиться умовно, тобто результат залежить від способу підсумовування. Можна покращити збіжність ряду, якщо виділити в решітці групи іонів таким чином, щоб група була електрично нейтральною, причому при необхідності ділити іон між різними групами і вводити дробові заряди (метод Ев'єна ( Evjen H.M.,1932)).
Розглянемо заряди на гранях кубічних ґрат кристала (рис.2.5) наступним чином: заряди на гранях належать двом сусіднім осередкам (у кожному осередку заряд становить 1/2), заряди на ребрах належать чотирьом осередкам (по 1/4 у кожному осередку), заряди у вершинах належать восьми осередкам (по 1/8 у кожному осередку). Вклад у α т першого куба можна записати у вигляді суми:
Якщо взяти наступний за величиною куб, який включає розглянутий нами, то отримаємо , що добре збігається з точним значенням для решітки типу . Для структури типу отримано, для структури типу – .
Зробимо оцінку енергії зв'язку для кристала , припускаючи, що параметр решітки та модуль пружності Увідомі. Модуль пружності можна визначити так:
де - Об'єм кристала. Об'ємний модуль пружності Ує мірою стиску при всебічному стисканні. Для гранецентрованої кубічної (ГЦК) структури типу об'єм, який займають молекули, дорівнює
Тоді можна записати
З (2.53) легко отримати другу похідну
У стані рівноваги перша похідна перетворюється на нуль, отже, з (2.52–2.54) визначимо
Скористаємося (2.43) та отримаємо
З (2.47), (2.56) та (2.55) знайдемо об'ємний модуль пружності У:
Вираз (2.57) дозволяє обчислити показник ступеня потенціалі відштовхування, користуючись експериментальними значеннями і . Для кристала , , . Тоді з (2.57) маємо
Зауважимо, що для більшості іонних кристалів показник ступеня nу потенціалі сил відштовхування змінюється не більше 6–10.
Отже, велика величина ступеня зумовлює короткодіючий характер сил відштовхування. Скориставшись (2.48), обчислимо енергію зв'язку (енергія однією молекулу)
ЕВ/молекула. (2.59)
Це добре збігається з експериментальним значенням -7,948 еВ/молекула. Слід пам'ятати, що у розрахунках ми враховували лише кулонівські сили.
Кристали з ковалентними та іонними типами зв'язку можна розглядати як граничні випадки; між ними розташовується ряд кристалів, які мають проміжні типи зв'язку. Такий частково іонний () та частково ковалентний () зв'язок можна описати за допомогою хвильової функції
у цьому випадку ступінь іонності можна визначити так:
У табл.2.1 наведено деякі приклади кристалів бінарних сполук.
Таблиця 2.1. Ступінь іонності у кристалах
| Кристал | Ступінь іонності | Кристал | Ступінь іонності | Кристал | Ступінь іонності |
| SiC ZnO ZnS ZnSe ZnTe CdO CdS CdSe CdTe | 0,18 0,62 0,62 0,63 0,61 0,79 0,69 0,70 0,67 | InP InAs InSb GaAs GaSb CuCl CuBr AgCl AgBr | 0,44 0,35 0,32 0,32 0,26 0,75 0,74 0,86 0,85 | AgI MgO MgS MgSe LiF NaCl RbF | 0,77 0,84 0,79 0,77 0,92 0,94 0,96 |
Іонні кристали є сполуками з переважним іонним характером хімічного зв'язку, в основі якої лежить електростатична взаємодія між зарядженими іонами.Типовими представниками іонних кристалів є галогеніди лужних металів, наприклад, зі структурою типу NaCl і СaСl.
При утворенні кристалів типу кам'яної солі (NaCl) атоми галогенів (F, Сl, Вг, I), що мають велику спорідненість до електрона, захоплюють валентні електрони лужних металів (Li, Nа, К, Rb, I), що мають низькі іонізаційні потенціали, при цьому утворюються позитивні та негативні іони, електронні оболонки яких подібні до сферично симетричних заповнених s 2 p 6 -оболонок найближчих інертних газів (наприклад, оболонка N + подібна до оболонки Ne, а оболонка Сl - оболонці Аr). В результаті кулонівського тяжіння аніонів і катіонів відбувається перекриття шести зовнішніх р-орбіталей і утворюється грати типу NаСl, симетрія якої і координаційне число, що дорівнює 6, відповідають шести валентних зв'язків кожного атома зі своїми сусідами (Рис.3.4). Істотним є те, що при перекритті р-орбіталей має місце зниження номінальних зарядів (+1 для Nа і -1 для Сl) на іонах до невеликих реальних значень внаслідок зсуву електронної щільності у шести зв'язках від аніону до катіону, так що реальний заряд атомів у з'єднанні виявляється, наприклад, для Nа рівним +0,92е, а Сl- негативний заряд стає також менше -1 е.
Зниження номінальних зарядів атомів до реальних значень у сполуках свідчить про те, що навіть при взаємодії найбільш електронегативних електропозитивних елементів утворюються сполуки, в яких зв'язок не є чисто іонним.
Мал. 3.4. Іонний механізм утворення міжатомних зв'язків у структурах типуNaCl. Стрілки показують напрями зсуву електронної щільності
За описаним механізмом утворюються не тільки галогеніди лужних металів, але також нітриди, карбіди перехідних металів, більшість яких мають структуру типу NaCl.
У силу того, що іонний зв'язок ненаправлений, ненасичений, для іонних кристалів характерні великі координаційні числа. Основні особливості будови іонних кристалів добре описуються на основі принципу щільних упаковок із куль певних радіусів. Так, у структурі NаСl великі аніони Сl утворюють кубічну щільну упаковку, в якій заселені всі октаедричні порожнечі дрібнішими за розміром катіонами Na. Такі структури KCl, RbCl та багатьох інших сполук.
До іонних кристалів належать більшість діелектриків з високими значеннями питомого електричного опору. Електропровідність іонних кристалів при кімнатній температурі більш як на двадцять порядків менша від електропровідності металів. Електропровідність в іонних кристалах здійснюється переважно іонами. Більшість іонних кристалів прозорі у видимій галузі електромагнітного спектру.
В іонних кристалах тяжіння обумовлено головним чином кулонівською взаємодією між зарядженими іонами. - Крім тяжіння між різноіменно зарядженими іонами існує також відштовхування, зумовлене, з одного боку, відштовхуванням однойменних зарядів, з іншого - дією принципу заборони Паулі, оскільки кожен іон має стійкі електронні конфігурації інертних газів із заповненими оболонками. З погляду сказаного в простій моделі іонного кристала можна прийняти, що іони є жорсткими непроникними зарядженими сферами, хоча реально під дією електричних полів сусідніх іонів сферично-симетрична форма іонів в результаті поляризації дещо порушується.
В умовах, коли існують одночасно і сили тяжіння і сили відштовхування, стійкість іонних кристалів пояснюється тим, що відстань між різними зарядами менша, ніж між однойменними. Тому сили тяжіння переважають над силами відштовхування.
Знову, як і у випадку молекулярних кристалів, при розрахунку енергії зчеплення іонних кристалів можна виходити із звичайних класичних уявлень, вважаючи, що іони знаходяться у вузлах кристалічних грат (положеннях рівноваг), їхня кінетична енергія дуже мала і сили, що діють між іонами, є центральними .
Кристалліч. в-ва, в яких брало зчеплення між частинками обумовлено переважно. іонними зв'язками. Оскільки між іонними та полярними ковалентними зв'язками існує безперервний перехід, немає різкої межі між І. до. ковалентними кристалами.До іонних відносять кристали, в яких брало зв'язку між атомами наиб. полярні; в осн. це солі лужних та щел.-зем. металів. І. до. відрізняються високими т-рами плавлення, зазвичай означає. шириною забороненої зони, мають іонну провідність при високих т-рахі поряд специфіч. оптич. св-в (напр., прозорістю у ближній області ІЧ спектра). Вони м. б. побудовані як із одноатомних, так і з багатоатомних іонів. Приклад І. до. першого типу - кристали галогенідів лужних та щіл.-зем. металів; аніони розташовуються за законом щільної кульової упаковки або щільної кульової кладки (див. Щільна упаковка), катіони займають відповідні порожнечі. наиб. характерні структури такого типу - NaCl, CsCl, CaF2. І. до. другого типу побудовані з одноатомних катіонів тих же металів та кінцевих або нескінченних аніонних фрагментів. Кінцеві аніони (кислотні залишки) - NO 3 - , SO 4 2 - , СО 3 2 - та ін. в кристаліч. структурах силікатів.Для І. до. можна розрахувати енергію кристаліч. структури U(див. табл.), приблизно рівну ентальпії сублімації; результати добре узгоджуються з експериментом. даними. Згідно з ур-ною Борна-Майєра, для кристала, що складається з формально однозарядних іонів:
U= -A/R + Ве - R/r - C/R 6 - D/R 8 + E 0
(R -найкоротша міжіонна відстань, А -константа Маделунга, яка залежить від геометрії структури, Ві r - параметри, що описують відштовхування між частинками, і характеризують соотв. диполь-дипольне та диполь-квадрупольне взаємод. іонів, E 0 - Енергія нульових коливань, е - заряд електрона). З укрупненням катіона зростає внесок диполь-дипольних взаємодій.
ЗНАЧЕННЯ UД ДЕЯКИХ КРИСТАЛІЧНИХ СТРУКТУР
Для І. до. виконується правило електростатич. валентності Полінга: наиб. стійкі структури кристалів ті, в яких брало сума "валентних зусиль" кожного аніону Sz/K (z - ступінь окислення, або формальний заряд, катіону, К-його координації. число) точно або приблизно дорівнює запереченням. заряду аніону. Так, у структурі шпинелі MgAl 2 O 4 кожен іон О 2 - оточують три іони Аl 3+ з К = 6 і один іон Mg 2+ з К = 4; Sz/К= 3.3/6 + 1.2/4 = 2. Це правило справедливо й у структур со значит. ковалентної складової зв'язку. наиб. повну інформацію про хім. зв'язках в І. до. дають рентгеноструктурні дані про розподіли електронної щільності. r(r), де r – радіус-вектор. Так, у кристалах NaCl ф-ція r(r) має мінімум, що дорівнює 70 е/нм 3 ; ефективний заряд кожного іона (за абс. величиною) близький до 0,9 е. Отже, іони розділені в просторі і утримуються в кристаліч. структурі в осн. електростатич. силами. Електронний розподіл у кожному з іонів майже сферично симетричний і лише на периферії виникає деформація електронної щільності (особливо у аніону). Іон Na + дещо розширений, а іон Сl - стиснутий вздовж лінії зв'язку в порівнянні зі вільн. іонами. Аналогічні ефекти виявлені в інших галогеніди. Наявність навколо кожного іона області з мінім. r(r) дозволило ввести поняття радіуса поділу R розд (відстань від центру іона до області r(r) мінімом по лінії зв'язку). Як правило, R раед для катіонів вище, а для аніонів нижче, ніж значення класич. іонних радіусів (за винятком галогенідів Ag). Напр., R раед для Na NaCl 0,121 нм, для Mg 2+ в MgO 0,092 нм (відповідні класич. іонні радіуси 0,098 і 0,074 нм). Літ.:див. при ст. Кристали. П. М. Зоркий.
- - надмолекулярні системи мембран живої клітини та її органоїдів, що мають ліпопротеїдну природу та забезпечують обир. проходження разл. іонів через мембрану Найбільш поширені канали для іонів Na+, К+, Са2+...
- - Молекулярні структури, вбудовані в біол. мембрани та здійснюють перенесення іонів у бік вищого електрохім. потенціалу...
Біологічний енциклопедичний словник
- - Кристалічні включення в ядрі, цитоплазмі або вакуолях клітини, що складаються зазвичай з щавлевокислого кальцію, рідше - з вуглекислого або сірчанокислого кальцію, кремнезему, білків і каротиноїдів.
Анатомія та морфологія рослин
- - , Тверді тіла, що володіють тривимірною періодич. ат. структурою та, за рівноважних умов освіти, що мають природ. форму правильних симетричних багатогранників.
Фізична енциклопедія
- - Складаються з двох протилежно заряджених іонів, що утримуються електростатич. силами, дисперсійними, іон-дипольними або деякими ін. взаємодіями...
Хімічна енциклопедія
- - Див. Атомні радіуси...
Хімічна енциклопедія
- - ТБ. тіла, атоми або молекули яких утворюють упорядковану періодич. структуру. володіють симетрією атомної структури, що відповідає їй симетрією зовніш. форми, і навіть анізотропією фіз. властивостей...
Природознавство. Енциклопедичний словник
- - Іонні прилади те ж, що газорозрядні прилади.
Енциклопедія техніки
- - теорії, в основі яких лежить припущення про те, що причиною виникнення збудження є зміна концентрації іонів усередині та поза клітиною.
Великий медичний словник
- - те, що газорозрядні прилади...
- - див. Тверді електроліти...
Великий енциклопедичний політехнічний словник
- - Кристали, в яких зчеплення частинок обумовлено переважно іонними хімічними зв'язками. І. до. можуть складатися як з одноатомних, так і з багатоатомних іонів.
- - газорозрядні прилади, Електровакуумні прилади, дія яких заснована на використанні різних видівелектричних розрядів у газі або парах металу.
Велика Радянська Енциклопедія
- - умовні характеристики іонів, що використовуються для приблизної оцінки міжядерних відстаней в іонних кристалах.
Велика Радянська Енциклопедія
- - характеристики відстаней між ядрами катіонів та аніонів в іонних кристалах.
- - речовини, що мають у твердому стані високу іонну провідність, порівнянну з провідністю рідких електролітів і розплавів солей. До них відносяться Ag2S, AgI, AgBr, CuCl, RbAg4I5 та деякі тверді розчини...
Великий енциклопедичний словник
"ІОННІ КРИСТАЛИ" у книгах
Кристали
З книги Колимські зошити автора Шаламов ВарламКристали Скло зледеніло, Блищить різьблений запис, В нічний хуртовини білої блукає анапест. Летять сніжинки-строфи, Де ямби та хореї, Як блискітки катастрофи Розгрому в емпіреї. Їхня чітка будова Ще з часів Гомера - Точнісінько вірш Старовинного
КРИСТАЛИ
З книги Вернадський: життя, думка, безсмертя автора Баландін Рудольф КостянтиновичКРИСТАЛИ Вернадський на літній студентській практиці всерйоз займався вивченням ґрунтів.
75. Кристали
З книги Мерілін Монро. Таємниця смерті. Унікальне розслідування автора Реймон ВільямЩоб успішно закінчити полювання, треба було неодмінно встановити реальні причини смерті Мерілін. Для того, щоб зробити це, я повинен був поставити себе на місце Томаса Ногуші в той день 5 серпня 1962. * * * Було б наївно думати, що на
Кристали
З книги Стиснутий Хаос: введення в Магію Хаосу автора Хайн ФілКристали Немає жодного предмета, якому співалися б такі дифірамби, як кристалів. Їм приписується справжнісінька магічна універсальність, а сфера їх можливого застосування визначається спрямованістю книг, які ви читаєте. Кристали мають цілющу
Кристали
З книги Вікканська енциклопедія магічних інгредієнтів автора Росеан ЛексаКристали Імператор: Мати-Земля. Тип: мінерали. Магічна форма: необроблені, поліровані. Всі кристали мають цілющу енергію. Деякі відьми використовують їх як жезли
Кристали
З книги Повна система фен-шуй автора Семенова Анастасія МиколаївнаКристали Для корекції енергетики вашого будинку та активізації зон багуа цілком придатні оброблені дорогоцінні та виробні камені. Але все ж таки набагато більший ефект ви отримаєте від природного, необробленого кристала. Чому так важливо? Кожен кристал народжується на
КРИСТАЛИ
З книги Історія гуманоїдних цивілізацій Землі автора Бязирьов ГеоргійКристали То пуповину рвемо, народжуючись, То рвемо срібну нитку… Лише тим кристали змінюють, Кого не можуть змінити… За часів Атлантиди найпотрібнішими і наймогутнішими речами вважалися монокристали. Вони використовувалися як принципове джерело дармового
Літій-іонні акумулятори
З книги Колишній городянин на селі. Найкращі рецептидля заміського життя автора Кашкаров АндрійЛітій-іонні акумулятори Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори показують непогані характеристики за низьких температур. Більшість виробників специфікує цей тип батарей до -20 ° C, при цьому під малим навантаженням батареї здатні віддати до 70% своєї ємності при
П3.4. Як зберігати літій-іонні АКБ ноутбуків Декілька рекомендацій
З книги Сучасний квартирний сантехнік, будівельник та електрик автора Кашкаров Андрій ПетровичП3.4. Як зберігати літій-іонні АКБ ноутбуків Декілька рекомендацій Батареї повинні зберігатися в зарядженому стані при температурі від +15 до +35 °С при нормальній вологості повітря; згодом АКБ трохи саморозряджається, навіть якщо вона зберігається окремо від
Іонні та лазерні установки
З книги Правила влаштування електроустановок у питаннях та відповідях [Посібник для вивчення та підготовки до перевірки знань] автора Красник Валентин ВікторовичІонні та лазерні установки Питання. Як повинні компонуватися та розміщуватися іонні та лазерні установки? Відповідь. Повинні компонуватися, а блоки, що входять до їх складу, розміщуватися з урахуванням заходів, що забезпечують перешкодостійкість керуючих і вимірювальних ланцюгів цих.
Літій-іонні (Li-Ion) акумулятори
З книги Джерела живлення та зарядні пристрої автораЛітій-іонні (Li-Ion) акумулятори Літій є найлегшим металом, в той же час він має і дуже негативний електрохімічний потенціал. Завдяки цьому літій характеризується найбільшою теоретичною питомою електричною енергією. Вторинні джерела
Ідеальний іонний кристал складається з позитивно та негативно заряджених сферичних іонів. Цьому уявленню найбільше відповідають якщо не всі, принаймні деякі лужно-галоїдні сполуки, тобто. солі, що утворюються одним із лужних металів (літій, натрій, калій, рубідій, цезій) та одним з галогенів (фтор, хлор, бром, йод). Є докази, що кристали цих солей справді утворені позитивними іонами металів і негативно зарядженими іонами галогенів. Найпряміше з них - дані рентгеноструктурного аналізу, на основі яких розраховується розподіл електронного заряду (див. Мал. 9 для випадку NaCl).(22.74 Кб)Те, що подібні тверді тіласкладаються з іонів, а не атомів, можна пояснити так. Насамперед усі атоми лужних металів мають один зовнішній валентний електрон, тоді як зовнішня оболонка атомів галогенів містить сім валентних електронів. При переході валентного електрона від атома лужного металу до атома галогену утворюються два іони, кожен з яких має стійку електронну конфігурацію, характерну для атомів інертних газів. Ще важливіший виграш енергії, обумовлений кулонівським тяжінням між позитивними і негативними іонами. Розглянемо як приклад хлорид натрію (NaCl). Щоб відірвати зовнішній (валентний) електрон від атома Na, потрібно витратити 5,14 еВ (енергію іонізації). Коли цей електрон приєднується до атома Cl, виходить виграш енергії, що дорівнює 3,61 еВ (енергія спорідненості до електрона). Таким чином, енергія, необхідна для переходу валентного електрона від Na до Cl, дорівнює (
5,14 - 3,61) еВ = 1,53 еВ. Кулонівська ж енергія тяжіння між двома іонами, що виникли Na+ та Cl - при відстані між ними (у кристалі), що дорівнює 2,18становить 5,1 еВ. Ця величина з надлишком компенсує повну енергію переходу електрона і призводить до зниження повної енергії системи іонів проти аналогічної системою вільних атомів. У цьому основна причина того, що лужно-галоїдні сполуки складаються саме з іонів, а не атомів.Обчислення енергії іонних кристалів насправді складніше, ніж це може здатися з проведених вище міркувань. Але принаймні для лужно-галоїдних кристалів спостерігається гарна згода між теоретичним та експериментальним значеннями енергії зв'язку. Іонні зв'язки досить сильні, на що вказує, наприклад, висока температураплавлення, що дорівнює 1074 K для NaCl.
Завдяки високого ступенястійкості електронної структури іонні кристали потрапляють у розряд діелектриків. Оскільки позитивні та негативні іони взаємодіють з електромагнітними хвилями, іонні кристали виявляють сильне оптичне поглинання в області інфрачервоної спектра. (Частота осцилюючого зовнішнього електричного поля в цій області спектру близька до власної частоти поперечних гратових хвиль, в яких позитивні та негативні іони кристала рухаються у зустрічних напрямках.) У видимій області спектра частоти коливань занадто великі, щоб масивні іони встигали реагувати на вплив хвиль. Тому світлові хвилі проходять через кристал без взаємодії, тобто. такі кристали прозорі. При ще більш високих частотах в ультрафіолетовій області спектру кванти поля можуть мати достатню енергію для збудження валентних електронів, що забезпечує перехід валентних електронів негативних іонів в незайняті стани позитивних іонів. Це призводить до сильного оптичного поглинання.
Ковалентні кристали. Найбільш відомі ковалентні кристали - це алмаз, кремній та германій. Кожен атом у таких кристалах оточений чотирма сусідніми атомами, розташованими у вершинах правильного тетраедра. Вільні атоми кожного із зазначених елементів мають по чотири валентні електрони, а цього достатньо для утворення чотирьох парних електронних зв'язків (між даним атомом і чотирма його найближчими сусідами). Таким чином, два електрони колективізуються двома атомами, що утворюють зв'язок, і розташовуються в просторі вздовж лінії, що з'єднує атоми. Це майже такий зв'язок, як і між двома атомами водню в молекулі водню H 2 . В алмазі ці зв'язки дуже сильні, і оскільки вони мають строго певний напрямок щодо один одного, алмаз є надзвичайно твердим матеріалом. Силу ковалентного зв'язку електрона з кристалом характеризує так звана енергетична щілина - мінімальна енергія, яку необхідно передати електрону, щоб він міг вільно рухатися в кристалі і створювати електричний струм. Для алмазу, кремнію та германію ширина цієї щілини становить 5,4, 1,17 та 0,744 еВ відповідно. Тому алмаз є добрим діелектриком; енергія теплових коливань у ньому за кімнатної температури занадто мала, щоб звільнити валентні електрони. У кремнії ж і особливо в германії завдяки порівняно малій ширині енергетичної щілини можливе теплове збудження деякого числа валентних електронів при кімнатній температурі. Таким чином, вони проводять струм, але оскільки їх провідність значно менша, ніж у металів, кремній та германій відносяться до напівпровідників.