Электрон характеризуется:
1. зарядом q = 1,6 * 10-19 Кл
2. массой mое = 9,1 * 10-31 кг
3. собственным моментом количества движения (спин) /электрон как материальная частица/
4. собственным магнитным моментом.
Положительный заряд и основная масса атома сосредоточенны в его ядре (диаметр ядра ≈ 10-12см, диаметр оболочки электрона ≈10-8см
Масса электрона зависит от скорости его движения:
,
с = 3*108м/с
Электрон проявляет двойственную корпускулярно-волновую природу. Он движется в атомах по законам отличным от законов классической механики. Электроны занимают весь объем атома. Планетарная модель атома не объясняет всех сложных внутриатомных процессов. Для полного описания поведения электрона в атоме появилась необходимость в создании специальной науки – квантовой физики.
Волновые свойства электрона:
в виде дифракции (огибание волной препятствий)
в виде интерференции (наложение волны на волну)
Электрон обладает определенной длинной волны.
Корпускулярная сторона природы электрона состоит в том, что он ведет себя как единое целое, никогда не дробясь на частицы и имеет заряд и массу сосредоточенные в одной точке.
Состояние электрона с волновыми свойствами оказалось возможным описать с помощью волновой функции и выразить в виде основного уравнения квантовой механики – уравнения Шредингера – уравнение движения квантовой частицы
Все электроны в атомах находятся на определенных уровнях или оболочках, отличающихся друг от друга расстоянием удаления от ядра атома. Чем ближе электрон к атому, тем меньшей энергией он обладает и тем сильнее он привязан к ядру. При химическом взаимодействии атомов внутренние оболочки менее защищены от воздействий других атомов и мало влияют на их взаимодействие. Свойства атомов по взаимоотношению друг с другом определяются количеством внешних электронов, находящихся на более высоких энергетических уровнях. Подведение энергии из вне вызывает переход электрона на более высокие энергетические уровни (ЭУ). Если электрон переходит с более высокого ЭУ на менее высокий, то он отдает свою энергию. Энергия как поглощается, так и излучается электроном в виде квантов.
– энергия фотонов (квантов) света, где
h – постоянная Планка (6,626*10-34Дж*с)
-
частота световой волны.
Связь энергии и массы фотона:
Переходы электронов в вакууме с внешних оболочек и наоборот сопровождаются оптическими явлениями. Переходы электронов на самых нижних оболочках сопровождаются рентгеновским излучением.
Связи атомов в молекулах
В атомных кристаллах соединение атомов в молекулы происходит по причине ковалентной (парно-электронной) связи двух валентных электронов принадлежащих двум различным атомам электроны, образующие ковалентные связи, отличаются друг от друга спинами (вращением вокруг своей оси) s=±1/2. Как только электроны образуют ковалентную связь, каждый из них принадлежит двум атомам одновременно. Ковалентная связь присуща в основном элементам средних групп таблицы Менделеева (C, Si, Ge, В, P, In, As, Se, Sn, Sb …).
Электропроводность твердых тел. Металлы, диэлектрики, полупроводники
Электропроводность твердых тел определяется наличием носителей зарядов способных под действием сил внешнего электрического поля перемещаться вдоль кристалла. В зависимости от величины электропроводности твердые тела подразделяются:
Проводники (металлы) Ϭ > 106-107Cм/м
Полупроводники
Диэлектрики Ϭ <10-7-10-8Cм/м
У проводников большое количество свободных электронов, у диэлектриков электроны удерживаются сильными ковалентными связями. У полупроводников структура аналогична диэлектрикам, но ковалентные связи значительно слабее. Достаточно сравнительно небольшого количества энергии полученного из внешней среды (облучение, нагрев…) для того, чтобы электроны полупроводника разорвали ковалентные связи и стали свободными. Диапазон энергии, в котором лежим энергия электрона удерживаемого ковалентной связью называется зоной валентности /валентной зоной. Диапазон энергии, в котором лежит энергия электрона разорвавшего ковалентную связь и ставшего свободным – зона проводимости. Графическое изображение этих энергетических зон – зонная энергетическая диаграмма.