Работа выхода электронов

Работа выхода электронов из металлов, не металлов и неорганических соединений (Таблица)

В металлах имеются электроны проводимости, образующие электронный газ и участвующие в тепловом движении.

Так как электроны проводимости удерживаются внутри металла, то, следовательно, вблизи поверхности существуют силы, действующие на электроны и направленные внутрь металла.

Чтобы электрон мог выйти из металла за его пределы, должна быть совершена определенная работа А против этих сил, которая получила название работа выхода электрона из металла. Эта работа, естественно, различна для разных металлов.

Потенциальная энергия электрона внутри металла постоянна и равна:

Wp = -eφ , где j – потенциал электрического поля внутри металла.

При переходе электрона через поверхностный электронный слой потенциальная энергия быстро уменьшается на величину работы выхода и становится вне металла равной нулю. Распределение энергии электрона внутри металла можно представить в виде потенциальной ямы.

В рассмотренной выше трактовке работа выхода электрона равна глубине потенциальной ямы, т.е.

Aвых = eφ

Этот результат соответствует классической электронной теории металлов, в которой предполагается, что скорость электронов в металле подчиняется закону распределения Максвелла и при температуре абсолютного нуля равна нулю. Однако в действительности электроны проводимости подчиняются квантовой статистике Ферми-Дирака, согласно которой при абсолютном нуле скорость электронов и соответственно их энергия отлична от нуля.

Максимальное значение энергии, которой обладают электроны при абсолютном нуле, называется энергией Ферми EF . Квантовая теория проводимости металлов, основанная на этой статистике, дает иную трактовку работы выхода. Работа выхода электрона из металла равна разности высоты потенциального барьера eφ и энергии Ферми.

Aвых = eφ' — EF

где φ' – среднее значение потенциала электрического поля внутри металла.

Таблица работа выхода электронов из простых веществ

В таблице приведены значения работы выхода электронов, относящихся к поликристаллическим образцам, поверхность которых очищена в вакууме прокаливанием или механической обработкой. Недостаточно надежные данные заключены в скобки.

Вещество	Формула вещества	Работа выхода электронов (W, эВ)
серебро	Ag	4,7
алюминий	Al	4,2
мышьяк	As	4,79 — 5,11
золото	Au	4,8
бор	B	(4,60)
барий	Ba	2,52
бериллий	Be	3,92
висмут	Bi	4,34
углерод (графит)	C	4,45 — 4,81
кальций	Ca	2,76 — 3,20
кадмий	Cd	4,04
церий	Ce	2,6 — 2,88
кобальт	Co	4,40
хром	Cr	4,60
цезий	Cs	1,94
медь	Cu	4,36
железо	Fe	4,40 — 4,71
галлий	Ga	3,96 — 4,16
германий	Ge	4,66
гафний	Hf	(3,53)
ртуть	Hg	4,52
индий	In	(3,60 — 4,09)
иридий	Ir	(4,57)
калий	K	2,25
лантан	La	(3,3)
литий	Li	2,49
магний	Mg	3,67
марганец	Mn	3,76 — 3,95
молибден	Mo	4,20
натрий	Na	2,28
ниобий	Nb	3,99
неодим	Nd	(3,3)
никель	Ni	4,91 — 5,01
осмий	Os	(4,55)
свинец	Pb	4,05
палладий	Pd	(4,98)
празеодим	Pr	(2,7)
платина	Pt	5,30 — 5,55
рубидий	Rb	2,13
рений	Re	4,98
родий	Rh	4,75
рутений	Ru	(4,52)
сурьма	Sb	4,08 — 4,56
скандий	Sc	(3,2 — 3,33)
селен	Se	4,86
кремний	Si	3,59 — 4,67
самарий	Sm	(3,2)
олово (γ-форма)	Sn	4,38
олово (β-форма)	Sn	4,50
стронций	Sr	2,74
тантал	Ta	4,13
теллур	Te	4,73
торий	Th	3,35 — 3,47
титан	Ti	4,14 — 4,50
таллий	Tl	3,68 — 4,05
уран	U	3,27 — 4,32
ванадий	V	3,77 — 4,44
вольфрам	W	4,54
цинк	Zn	4,22 — 4,27
цирконий	Zr	3,96 — 4,16

Таблица работа выхода электронов из неорганических соединений

Вещество	Формула вещества	Работа выхода электронов (W, эВ)
бромистое серебро	AgBr	~3,9
хлористое серебро	AgCl	~4,6
иодистое серебро	AgI	~4,0
сульфид серебра	Ag2S	~3,8
триоксид бора	B2O3	4,7
оксид бария	BaO	1,0 — 1,6
барий вольфрамовокислый	BaWO4	2,27
окись бериллия	BeO	3,8 — 4,7
окись кальция	CaO	1,8 — 2,4
ортовольфрамат кальция	Ca3WO6	2,13
борид хрома	CrB2	3,36
окись цезия	Cs2O	1,0 — 1,17
окись меди	CuO	4,35 — 5,34
закись меди	Cu2O	5,15
окись железа	FeO	3,85
вода	H2O	6,1
карбид гафния	HfC	2,04
оксид магния	MgO	3,1 — 4,4
диборид марганца	MnB2	4,14
диборид молибдена	MoB2	3,38
триоксид молибдена	MoO3	4,25
силицид молибдена	MoSi2	5,0 — 6,0
хлористый натрий	NaCl	4,2
борид ниобия	NbB2	3,65
карбид ниобия	NbC	2,24
окись никеля	NiO	5,55
борид скандия	ScB2	2,3 — 2,9
кремнезём	SiO2	5,0
окись стронция	SrO	2,0 — 2,6
карбид тантала	TaC	3,05 — 3,14
пентаоксид тантала	Ta2O5	4,65
дикарбид тория	ThC2	3,5
оксид тория	ThO2	2,54 — 2,67
сульфид титана	TiS	3,4
диборид титана	TiB2	3,88 — 3,95
карбид титана	TiC	2,35 — 3,35
нитрид титана	TiN	2,92
окись титана	TiO	2,96 — 3,1
двуокись титана	TiO2	4,7
карбид урана	UC	2,9 — 4,6
диборид ванадия	VB2	3,88 — 3,95
диборид вольфрама	WB2	2,62
диоксид вольфрама	WO2	4,96
дисилицид вольфрама	WSi2	5,0 — 6,0
борид циркония	ZrB	4,48
диборид циркония	ZrB2	3,70
карбид циркония	ZrC	2,2 — 3,8
нитрид циркония	ZrN	2,92

_______________

Источник информации:

1. Landolt-Borstein's Zahlenwerte und Funktionen aus Phsik, Chemie, Astrunumie, Geophysik, Thechnik, 6-е издание., Берлин, т. I, ч.4, 1955; т. II, ч.6, разд. 1, 1959.

2. В.С. Фоменко. Эмиссионные свойства элементов и химических соединений. Изд. АН УСССР, Киев, 1961.

Элементы квантовой физики

	Работа выхода электрона		Работа выхода электрона
10-19	эВ	10-19	эВ
Барий	3,8	2,4	Платина	8,5	5,3
Барий на вольфраме	1,8	1,1	Рубидий	3,5	2,2
Вольфрам	7,2	4,5	Серебро	6,9	4,3
Германий	7,7	4,8	Торий	5,4	3,4
Золото	6,9	4,3	Торий на вольфраме	4,2	2,6
Калций	4,5	2,8	Цезий	2,9	1,8
Молибден	6,9	4,3	Цезий на вольфраме	2,2	1,4
Никель	7,2	4,5	Цезий на платине	2,1	1,3
Оксид бария	1,6	1,0
Оксид меди (I)	8,3	5,2

Барий	484	Рубидий	573
Вольфрам	272	Серебро	260
Калий	550	Сурьма	310
Литий	500	Сурьмяно-цезиевый катод	670
Медь	270	Цезий	620
Ртуть	260	Цинк	290

Длина волны, нм	Частота, ТГц	Цвет лучей	Энергия одного кванта
10-18Дж	эВ
760	395	Темно-красный	0,26	1,6
620	483	Красный	0,32	2,0
590	508	Оранжевый	0,34	2,1
560	536	Желтый	0,36	2,2
500	600	Зеленый	0,40	2,5
480	625	Голубой	0,41	2,6
450	666	Синий	0,44	2,7
380	789	Фиолетовый	0,52	3,3

Показатели	Излучение
ренгетовское	ультрафиолетовое	инфракрасное
Диапазон длин волн, занимаемых излучением, нм	от 0,001 до 10	от 3 до 380	от 760 до 2х106
Значения энергий, которыми обладают фотоны в указанном диапазоне длин волн, Дж (эВ)	от 2х10-13 (1,25х106) до 2х10-17(1,2х102)	от 6,6х10-17(4,1х102) до 5,3х10-19(3,3)	от 2,6х10-20(1,6) до 10-22(6,0х10-4)

Вид излучения	Частота, ТГц	Масса фотона
кг	в массах электрона
Граница инфракрасного и видимого излучения	400	2,9х10-36	3,2х10-6
Видимая часть спектра (лучи зеленого цвета)	600	4,4х10-36	4,7х10-6
Граница видимого и ультрафиолетового излучения	790	5,6х10-36	6,3х10-6
Ультрафиолетовое излучение	105	7,3х10-34	8,0х10-4
Рентгеновское излучение	3х106	2,2х10-31	0,24
Гамма-излучение	3х108	2,2х10-30	2,4

Виды излучения	Частота, ТГц	Импульс, кг м/с
Граница инфракрасного и видимого излучения	400	8,7х10-28
Видимая часть спектра (лучи зеленого цвета)	600	1,3х10-27
Граница видимого и ультрафиолетового излучения	790	1,7х10-27
Ультрафиолетовое излучение	105	2,2х10-25
Ренгеновское излучение	3х106	6,6х10-23
Гамма-излучение	3х108	6,6х10-21

	Масса атомов		Масса атомов
10-27 кг	а.е.м.*	10-27 кг	а.е.м.*
Азот	23,2	14,0067	Олово	197	118,69
Алюминий	44,8	26,9815	Платина	324	195,09
Водород	1,67	1,0079	Ртуть	333	200,59
Вольфрам	305	183,85	Свинец	334	207,2
Гелий	6,64	4,0026	Сера	53,2	32,06
Железо	92,8	55,847	Серебро	179	107,868
Золото	327	196,9665	Углерод	19,9	12,011
Калий	64,9	39,098	Уран	395	238,029
Кальций	66,5	40,08	Фосфор	51,4	30,97376
Кислород	26,6	15,9994	Хлор	58,9	35,453
Медь	105	63,546	Цинк	109	65,38
Натрий	38,1	22,98977

* Атомная единица массы(а.е.м.) является единицей атомных масс химических элементов. 1 а.е.м. равна 1/12 массы изотопа углерода-12.

Характерные размеры атомов

Линейные размеры атома*, см (нм)	≈10-8 (≈0,1)
Радиус простейшего атома — водорода**, см (нм)	5,3х10-9 (0,053)
Радиус атома гелия, см (нм)	1,05х10-8 (0,105)
Радиус атома урана, см (нм)	1,5х10-8 (0,15)
Число атомов, которые можно «уложить» вплотную друг к другу на отрезке в 1мм	≈10 000 000
Объем занимаемый атомом, см3	порядка 10-24
Число атомов железа, содержащихся в булачной головке	примерно 1019
Линейные размеры ядра атома, см	порядка 10-13 -10-12
Отношение радиуса атома к радиусу ядра атомa (в среднем)	≈100 000
Радиус ядра гелия, см (фм)	2х10-13 — 3х10-13 (2-3)
Радиус ядра урана, см (фм)	8,5х10-13 (8,5)
Объем ядра, см3	10-39 — 1036
Число атомных ядер, которые можно «уложить» вплотную друг к другу на отрезке 1 мм	≈1 000 000 000 000
Расстояние между атомами в твердом теле, см (нм)	порядка 10-8 (0,1)

*Линейные размеры атома определяется линейными размерами его электронной оболочки.
**Радиус атома водорода равен радиусу траектории движения электрона в атоме, т.е. радиусу первой электронной орбиты в атоме водорода.

Явление естественной радиоактивности

В состав радиоактивного излучения входят α-лучи (поток алфа-частиц-атомных ядер гелия), β-лучи (поток электронов и позитронов) и γ-лучи (поток фотонов высокой частоты — порядка 108TГц.

α-лучи	β-лучи	γ-лучи
Скорость частиц, вылетающих из ядер радиоактивных веществ, км/с	14 000-20 000	160 000*	300 000
Энергия частиц, МэВ	4 — 9	От сотых долей до 1-2	0,2-3
Масса одной вылетающей частицы, кг	6,6 х 10-27	9 х 10-31	≈2,2 х 10-30
Пробег (путь, проходимый частицей в веществе до остановки)в воздухев алюминии в биологической ткани	3 — 9 см До 0,06 мм До 0,1 мм	До 40 мДо 2 см До 6 см	Пронизывают тело человека

* Указана средня скорость, так как β-излучение содержит потоки заряженных частиц со всевозможными скоростями — от скорости, близкой к нулю, до скорости, близкой к скорости света.