2. Металлическая связь
Металлическая связь — это связь, в которой электроны каждого отдельного атома принадлежат всем атомам, находящимся в контакте. В результате перекрывания валентных орбиталей атомов возникают энергетические уровни, общее число которых равно числу взаимодействующих атомов.
В кристалле, содержащем 1 моль атомов, количество энергетических уровней равно числу Авогадро, а разность энергий 2-х соседних уровней имеет порядок 10-23 В. Поэтому образуется практически непрерывная энергетическая зона, в пределах которой переход электрона на ближайший более высокий уровень происходит очень легко.
Представление об энергетической электронной зоне является основополагающим принципом теории твердого тела. По аналогии с изолированным атомом, в котором имеются разрешенные и запрещенные энергетические уровни электронов, в кристаллах также существуют разрешенные и запрещенные зоны для электронов.
В процессе образования кристалла по мере сближения атомов сначала происходит превращение внешних орбиталей в энергетические зоны, а при дальнейшем сближении атомов начинается перекрывание энергетических зон.
Наличие в энергетической зоне металлов очень близких по энергии дозволенных подуровней дает возможность электронам перемещаться в кристалле довольно легко, что обеспечивает высокие электропроводность и теплопроводность металлов.
В отличие от металлов у кремния, например, при образовании кристалла происходит гибридизация атомных орбиталей типа sp3, что приводит к образованию единой валентной зоны, все 3s- и 3p-электроны которой вовлечены в образование химических связей.
Вакантная 4-я зона — зона проводимости — отделена от валентной зоной запрещенных энергий. Из-за отсутствия электронов в зоне проводимости кремний при низких температурах не проводит электрический ток.
Однако запрещенная зона у кремния очень узка и при нагревании, освещении или усилении электрического поля часть валентных электронов переходит в зону проводимости. Кремний становится проводником электрического тока. Такие вещества называются полупроводниками.
