2.6. Отличительные электрофизические свойства металлов, полупроводников, диэлектриков.

Металламиназываютбольшую часть (около 100) химических элементов Периодической системы. Этопочти всеs–элементы(кроме водорода и гелия),все d– и f–элементы,частьp–элементов(III–V)А- групп Периодической Системы. Кнеметалламотносят только22 элемента,все они -р-элементыи находятсяв главных А- подгруппах (III-VIII)- группПС,выше, правее и на линии-диагонали “B (бор) –At (астат)”, делящейр-элементы ПС на металлы и неметаллы.Р-элементы - металлынаходятсянижеэтой диагонали.Принципиальным отличиемэлементов –металловинеметаллов, обуславливающим их химические свойства, являетсяспособность атомов металлов легко отдавать при химических взаимодействиях слабо связанные с ядром внешние (валентные) электроны, аатомов неметаллов -так желегко принимать эти электроны в свою электронную оболочку.

Физические свойства металлов – веществ обусловленыналичием свободных, общих, не связанных с отдельными атомами электронов, способных перемещаться по всему объему тела (“электронный газ”):

1. большая электрическая проводимость и теплопроводность, 2) высокие тягучесть и ковкость, 3) металлический блеск.

Металлические свойства имеют большинство металлических сплавов.

Общим свойствомвсехметалловявляетсяболее или менеебыстрое уменьшение электропроводности с повышением температуры, т.к. при этом снижается подвижность электронов в металлах.Электропроводность металла снижаютипримесив металле, нарушающие строение кристаллической решетки металла и препятствующие свободному передвижению электронов по объему кристаллической решетки металла. Интересно поведение некоторых металлов (ртутьHg, таллийTl, оловоSn, свинецPb, др.) при очень низких температурах - вблизи абсолютного нуля. Последовательно увеличиваясь по мере понижения температуры,электропроводностьих затем более или менеевнезапностановится практически бесконечной, т.е. переходит всверхпроводимость. Некоторые металлы (Au,Cuи др.) не обнаруживают сверхпроводимости, но она установлена у ряда сплавов и соединений типа карбидов, нитридов, интерметаллидов и т.п. Например, уNbиSnсверхпроводимость возникает при 9 и 4 К соответственно, тогда как уNb₃Sn - уже при 18K(эта температура – пока наивысшая, зарегистрированная для сверхпроводимости). Нагревание, электрический ток, магнитное поле ведут к снятию сверхпроводимости. Сверхпроводимость объясняют попарным объединением свободных электронов, под влиянием силовых полей кристаллической решетки за счет обмена фононами – квазичастицами-волнами смещения атомов (ионов, молекул) кристалла из положения равновесия при колебаниях крист-й решетки.

К диэлектрикамотносят некоторые простые вещества (алмаз, газы), оксидыSiO₂,Al₂O₃,CaО, твердые ионные кристаллы (“сухие”,-нев расплаве или растворе), подавляющее большинство органических соединений, керамические материалы, слюда, асбест, силикатные стекла и др. Многие из них используются в качестве электроизолирующих материалов (изоляторов).

Промежуточное положение между металлами и диэлектриками занимает класс полупроводников. Полупроводниковые материалы условно подразделяют напростые, элементарные полупроводники(простыевещества) и сложные полупроводники (химические соединения) простыевещества (элементарные полупроводники) ихимические соединения (сложные полупроводники). Кпростым (элементарным)полупроводникам относят13 элементов:B,C,Si,Ge,α-Sn,Р,As,Sb,Вi,S,Se,Te,J. Ксложнымполупроводникам относят соединения типа А^IVВ^IV, А^IIIВ^V,A^IIB^V, А^IIВ^VI, А^IВ^VII(т.е. соединения элементов из IV и IV, III и V, II и V, II и VI, I и VII групп Периодической системы элементов), а также изоэлектронные им соединения: например,AlSb,GaSb,GaP, GaAs,InP,InAs, ZnSb,ZnTeи т.п.

Химические соединения с полупроводниковыми свойствами могут образовываться и при других сочетаниях элементов, например, A^IVB^V(GeP),A₂^IIIB₃^V1(Ga₂S₃). Широкое распространение получили полупроводниковые материалы на основеоксидов(Cu₂O,Fe₂O₃,Mn₃O₄,Al₂O₃,ZnO),сульфидов (PbS,CdS,ZnS,Bi₂S₃),селенидовителлуридов(CdSe,PbSe,HgSe,CdTe,PbTe,Bi₂Te₃). Полупроводниковыми свойствами обладают такжесоединения с нарушенным стехиометрическим составом (бертоллиды), напримерCu₂O_0,9,TiO_0,5и др.