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
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) |
| 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
|
Вещество |
Работа выхода электрона |
Вещество |
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 |
|
Атом |
Масса атомов |
Атом |
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.
