|
Электроны в кристалле связаны между собой, точнее, каждый электрон связан с окружающим его электромагнитным полем. Эта связь определяется принципом Паули. Переходя в другую энергетическую зону, электрон освобождается от действия принципа Паули. Находясь в свободной зоне, электроны почти столь же свободны (в смысле возможности изменять свою энергию), как если бы они находились в вакууме. Все это, однако, справедливо до тех пор, пока электрон находится в пределах кристалла. Кристалл имеет весьма сложное электромагнитное поле с периодической структурой. Во всех случаях, не требующих учета массы, на атомные ядра в кристалле можно просто не обращать внимания. В электромагнитном поле распределены электроны. Бессмысленно говорить о местоположении отдельного электрона, но где бы он ни находился, электрон оказывает влияние сразу на все поле. Если каким-то образом из кристалла извлечь один электрон, весь кристалл, именно весь, а не какой-то его участок, приобретет свойства положительно заряженного тела. Кристалл представляет собой как бы трехэтажный дом. В первом, самом нижнем этаже расселены сильно связанные электроны атомных остатков. Они почти не принимают участия в «событиях», происходящих в кристалле. Причем слово «расселены» применительно к электронам — это не авторская вольность, а научный термин. Второй этаж соответствует валентной зоне. Когда этот этаж заселен полностью, никакое упорядоченное движение в кристалле невозможно. Третий, верхний этаж соответствует свободной зоне. Живущие здесь электроны могут вытворять все что угодно. И знаете, что самое интересное? Порядки на каждом нз этажей ни в коей мере не зависят от того, что творится на других этажах. Металлы Что представляют собой металлы? Большинство из них — кристаллические твердые тела, у которых запрещенная зона отсутствует, а свободная зона пересекается с валентной. Валентные, электроны металлов могут участвовать в любых упорядоченных движениях, поэтому металлы, как правило, хорошие проводники электрического тока. Но нас интересует другое. Возвращаясь к аналогии с трехэтажным домом, скажем, что у металлов, как и у других твердых тел, нижний, энергетический этаж заселен полностью. Поэтому электроны, которым не досталась «квартира» в нижнем этаже, селятся на втором и третьем (у металлов они объединены) этажах и, следовательно, обладают высокими по сравнению с нижним этажом значениями энергии. Так происходит всегда, даже когда температура металла равна абсолютному нулю. Наличие в металлах, как, впрочем, в любых телах, относительно энергичных электронов определяется ее тем, что кто-то (или что-то) специально сообщил им дополнительную энергию, а фундаментальным заионом природы, получившим название принципа Паули. Если электрон не успел занять квартиру в нижнем этаже, ему не остается ничего другого, как приобрести у соседей дополнительную энергию и разместиться на втором этаже, а то и на третьем. Мы уже говорили, что валентные и свободные электроны любого тела и при любых условиях, в том числе и при температуре абсолютного нуля, обладают неким запасом энергии, этот запас есть не что иное, как химическая энергия данного вещества. — 83 —
|