полная версия

Сергей Викторович Герасимов
Сверхпроводимость

Полная версия

Удивительно, но и в литературе, и в интернете даются неправильные картинки, подобные той, что вы видите.

В кристалле алмаза каждый атом находится на равном удалении от четырёх соседних, которые образуют правильный тетраэдр. В молекуле метана атом углерода находится в центре правильного тетраэдра, вершинами которого являются атомы водорода. Не спаренные электроны располагаются в электронном облаке на равном удалении друг от друга и имеют угол отхождения электрон – ядро – электрон, равный 109^о28!. Этот угол сохраняется во всех соединениях углерода.

В пластинах графита атомы углерода так же выдерживают этот угол, поэтому пластины не плоские, а объёмные, три атома шестиугольника находятся ниже плоскости пластины и три атома располагаются выше плоскости пластины. Это именно то, что мы видим на схеме строения алмаза сбоку, только следующий слой у графита находится гораздо дальше, чем у алмаза.

Графит проявляет ярко выраженную анизотропию свойств: электропроводность вдоль направления слоев на два порядка выше, чем перпендикулярно им. Это объясняется не тем, что свободным электронам легче летать между слоями, а тем, что атомы, соединённые между собой прочными связями, не могут изменять своей ориентации, поэтому электропроводность полностью зависит от положения орбит с не спаренными электронами относительно направления распространения электрического поля.

Принято считать, что если минерал или какое-либо вещество имеет металлический блеск, который обусловлен наличием «свободных электронов», то он может проводить электрический ток. Именно этим объясняют электропроводность графита. Но существует масса минералов с металлическим блеском не способных проводить электрический ток. Даже антрацит – аморфное состояние углерода по виду очень похож на графит, но ток не проводит. Минералы с ярко выраженным металлическим блеском не проводящие электрический ток: гематит (Fe₂O₃), антимонит (Sb₂S₃), магнетит (Fe₃O₄), ильменит (FeTiO₃). Минералы с металлическим блеском проявляющие свойства полупроводника: пирит (FeS₂), пиролюзит (MnO₂), халькопирит (CuFeO₂), молибдений (MoS₂). Минералы, проводящие электрический ток: галенит (PbS), пирротин (Fe₇S₈), хлоантит ((NiCoFe)As₂) и другие. Как видим, блеск тут не причём, важно строение кристаллической решётки. В минералах, где процентное содержание атомов металлов большое имеется достаточное количество орбит с не спаренными электронами, следовательно, они являются проводниками электрического тока. Минералы, в элементарном звене которых существует всего две орбиты с не спаренными электронами, проявляют свойства полупроводника. Остальные проводниками не являются, но прочная неподвижная кристаллическая решётка делает их отличными магнетиками. Металлический блеск является оптической характеристикой вещества, а не электрической.