Cohesion energy, metallic radius and bonding energy of electrons in the ionic core of metal atoms

• Autorzy: Stokłosa A. , Laskowska B.

Warianty tytułu

PL

Energia kohezji, promienie metaliczne a energia wiązań elektronów w rdzeniach jonowych atomów metali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the analysis of atomic radii of metals, their cohesion energy (sublimation enthalpy) and the bonding energy of electrons in the highest shell. It has been stated that starting from the alkaline elements, which have the largest radii, the cohesion energy of metals increases linearly with the reciprocal radius, until the d-subshell is half-filled. At a higher number of electrons the cohesion energy linearly decreases (as the inverse metallic radius increases). The dependence has higher slope for the metals situated in more distant groups, compared to the metals from groups 1-5. Similar correlations have been found between the inverse metallic radius and the atomic number (charge of the nucleus) as well as the square root of the bonding energy of electrons in the highest energy level of metal atoms. A new parameter PM is proposed to determine the polarizing power of metal atoms in a crystal lattice It is defined as a ratio of square root of the bonding energy of electrons in the outer shell of the ionic core of metal – EEBE and the metallic radius – r: PM =&radicEEBE/R:r/&alphao where ao is the radius of the first Bohr orbit of the hydrogen atom and R is the Rydberg’s constant. Correlation between the parameter PM, the metallic radius and the bond energy in metals is discussed. They are referred to melting points of metals and in some properties of the solutions of hydrogen, nitrogen and carbon in metals as well as of the interstitial compounds formed by these non-metals and metals.

PL

W pracy przedstawiono analizę wielkości promieni atomowych metali, ich energii wiązania (entalpii sublimacji) oraz energii wiązania elektronów na ostatniej zapełnionej powłoce. Począwszy od pierwiastków alkalicznych, które mają największe promienie, następuje liniowy wzrost energii wiązania od odwrotności promieni metalicznych, aż do zapełnienia w połowie podpowłoki d. Przy dalszym wzroście liczby elektronów w atomie następuje również liniowe, ale obnizanie się energii wiązania, przy czym zależności dla metali leżących w grupach 8-12 są bardziej strome, niż dla metali leżących w grupach 1-5. Dla określenia zdolności polaryzacyjnej atomów metalu w kryształach zaproponowano nowy parametr PM wyrażony równaniem: PM =&radicEEBE/R:r/&alphao, gdzie EEBE oznacza energię wiązania elektronów zrębu jonowego, r – promień metaliczny, ao – promień orbity Bohra atomu wodoru, R – stała Rydberga. Przeprowadzono dyskusje nad korelacjami pomiędzy parametrem PM a wielkością promieni metalicznych i energią wiązania w metalach i stopach. W oparciu o powyższe parametry znaleziono przyczyny tak dużych różnic w temperaturach topnienia metali i zróżnicowanych właściwosciach roztworów wodoru, azotu, węgla w metalach oraz związków międzywęzłowych utworzonych z tymi pierwiastkami.

Słowa kluczowe

EN

metallic radius; sublimation entalphy of metals; bonding energy of electrons in the ionic core of metal atoms; polarizing power of metal atoms

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 3
• Strony: 783--801
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stokłosa A.

• Institute of Chemical and Process Engineering, Cracov University of Technology, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

autor

Laskowska B.

• Institute of Chemical and Process Engineering, Cracov University of Technology, 31-155 Kraków, ul. Warszawska 24

Bibliografia

• [1] N. Engel, Some New Viewpoints on the Metallic Bond, Ingenioeren, N 101,1939.
• [2] L. Pauling, Proc. Roy. Soc. A 196, 343 (1949).
• [3] L. Brewer, Prediction of High Temperature Metallic Phase Diagrams, in: High-strength Materials, V.F.Zackay (ed.), J.Wiley, 12 New York 1965.
• [4] L. Brewer, The Role and Significance of Empirical and Semiempirical Correlations in: Structure and Bonding in Crystals I, M.O'Keefe and A.Navrotski, (eds.) Academic Press 155, New York 1981.
• [5] D. G. Pettifor. Electron Theory of Metals in Physical Metallurgy, R. W. Cahn and P. Haasen (eds.) 73 Elsevier Amsterdam. 1983.
• [6] J. Emsley, Oxford Chemistry Guides The Elements, Clarendon Press, Oxford 1991.
• [7] CRC Handbook of Chemistry and Physics. Unde D.R. (Ed.) 79th Edition CRC Press, Boca Raton, 1998.
• [8] N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid State Physics, Holt, Rinehard & Winston. New York. 1976.
• [9] L. B. Pankratz, Thermodynamic Properties of Elements and Oxides, U.S. Bureau of Mines, Bulletin 672., Washington, 1982.
• [10] O. Kubaschewski, C. B. Alcock, Metallurgical Thermochemistry, Pergamon Press, Oxford, 1977.
• [11] L. E. Sutton, (ed.) Table of Interatomic Distances and Configuration in Molecules and Ions Supplement 1956-1959, Spec. Publ. No.18, Chemical Society London 1965.
• [12] International Tables for X-ray Crystallography, Kynoch Press. Birmingham 1952-62.
• [13] J. A. Bearden, A. F. Burr, Rev. Mod. Phys. 39. 125 (1967).
• [14] M. Cardona, L. Ley (Eds.), Photoemission in Solids I, General Principles, Springer Verlag, Berlin, 1978.
• [15] J. C. Fuggle, N. Moriensson, J. Electron Spectrosc Relat. Phcnom. 21, 275 (1980).
• [16] G. Williams, :http://putweb.bnl.gov/people/gwyn/ebindene.html) (www.webelements.com)
• [17] J. E. Huhee y, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th edition. Harper Collins, New York 1993.
• [18] J. A. Dean, (ed.) in Lange's Handbook of Chemistry 14th Edition. McGraw-Hill, New York, 1992.
• [19] Ch. A. Wert, R. M. Tomson. Physics of Solids, McGraw-Hill, New York, 1970.
• [20] K. Gschneidner, Solic State Phys. 16, 275 (1964).
• [21] F. Birch, in: Handbook of Physical Constants, Geological Society of America Memoir, 97, 107 (1966).
• [22] E. S. Kryachko, E. V. Ladema. Density Functional Theory of Many Electron Systems, Kluwer Press, Dordreckt, 1990.
• [23| R. G. Pearson, Chemical Hardness. John Wiley 29, New York 1997.
• [24] A. L. Allerd, E. G. Rocaow, J. Inorg. Nucl. Chem. 5, 264 (1958).
• [25J G. H. Carledge. J.Am.Chem.Soc. 50. 2855 (1928).
• [26] L. H. Ahrens, Geochem.Cosmochim. Acta. 2, 1655 (1952); 3, 5 (1953).
• [27] Z. Gontarz, A. Górski, Polish J.Chem. 54, 1135 (1980).
• [28] E. Gorlich, Z.Phys.Chcm. 270. 384 (1989).
• [29] Ch. Kitte1, Introduction do Solid State Physics, J. Wiley 71, New York 1990.
• [30] E. P. Wigner, F. Seitz, Solid Slate Phys. 1, 97 (1955).
• [31] L. Pauling, Proc. Roy. Soc. A 196, 343 (1949).
• [32] L. Pauling, J.Am.Chem.Soc. 69, 542 (1947).
• [33] A. F. Wells, Structure of Iiorganic Chemistry. Oxford University Press, Oxford, 1990.
• [34] L. Kolditz, Anorganische Chemie, VEB Deutscher Verlang, Berlin, 1990.
• [35] F. A. Lewis, A. Aladjen (eds), Hydrogen Metal Systems I, Scitech. Pub., Balaban Pub., (Solid State Phenomena 49. 50 (1996)).
• [36] G. Alefeld, J. Wolkl (eds), Hydrogen in Metals I and U, Springer-Verlag. Berlin. (Topic. Appl. Phys. 28, 29 (1978)).
• [37] Wipf (ed), Hydrogen in Metals III, Springer, Berlin (1997) (Topic. Appl.Phys. 73).
• [38] Schlapbach (ed.), Hydrogen in Intermetalic Componds I, U, Springer-Verlag, Berlin, Topic. Appl.Phys. 63(1988), 73(1992)).
• [39] G. G. Libowitz, The Solid State Chemistry of Metal Hydrides, W.A. Benjamin Inc, New York, 1965.
• [40] J. Chojnacki, Bull.Acad.Polon Sci. Ser. A, 321(1951).