Работа выхода электронов

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

Работа выхода электронов

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.

ВеществоФормула веществаРабота выхода электронов (W,  эВ)
сереброAg  4,7  
алюминийAl  4,2  
мышьякAs  4,79 — 5,11  
золотоAu 4,8 
бор(4,60) 
барийBa 2,52
бериллийBe 3,92 
висмутBi 4,34
углерод (графит)4,45 — 4,81 
кальцийCa 2,76 — 3,20 
кадмийCd 4,04
церийCe 2,6 — 2,88 
кобальтCo 4,40 
хромCr 4,60
цезийCs 1,94 
медьCu 4,36 
железоFe 4,40 — 4,71 
галлийGa 3,96 — 4,16
германийGe 4,66 
гафнийHf (3,53) 
ртутьHg 4,52 
индийIn (3,60 — 4,09)
иридийIr (4,57) 
калий2,25 
лантанLa (3,3)
литийLi 2,49 
магнийMg 3,67 
марганецMn 3,76 — 3,95 
молибденMo 4,20
натрийNa 2,28 
ниобийNb 3,99
неодимNd (3,3) 
никельNi 4,91 — 5,01 
осмийOs (4,55)
свинецPb 4,05 
палладийPd (4,98) 
празеодимPr (2,7)
платинаPt 5,30 — 5,55 
рубидийRb 2,13
ренийRe 4,98 
родийRh 4,75 
рутенийRu (4,52) 
сурьмаSb 4,08 — 4,56 
скандийSc (3,2 — 3,33) 
селенSe 4,86 
кремнийSi 3,59 — 4,67 
самарийSm (3,2) 
олово (γ-форма)Sn 4,38 
олово (β-форма)Sn 4,50 
стронцийSr 2,74
танталTa 4,13 
теллурTe 4,73 
торийTh 3,35 — 3,47 
титанTi 4,14 — 4,50 
таллийTl 3,68 — 4,05 
уран3,27 — 4,32 
ванадий3,77 — 4,44 
вольфрам4,54 
цинкZn 4,22 — 4,27 
цирконийZr 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.

ВеществоФормула веществаРабота выхода электронов (W,  эВ)
бромистое сереброAgBr ~3,9
хлористое сереброAgCl ~4,6 
иодистое сереброAgI ~4,0 
сульфид серебраAg2S ~3,8 
триоксид бораB2O34,7 
оксид барияBaO 1,0 — 1,6 
барий вольфрамовокислыйBaWO42,27 
окись бериллияBeO 3,8 — 4,7 
окись кальцияCaO 1,8 — 2,4 
ортовольфрамат кальцияCa3WO62,13 
борид хромаCrB23,36 
окись цезияCs2O 1,0 — 1,17 
окись медиCuO 4,35 — 5,34 
закись медиCu2O 5,15 
окись железаFeO 3,85 
водаH2O 6,1 
карбид гафнияHfC 2,04 
оксид магнияMgO 3,1 — 4,4 
диборид марганцаMnB24,14 
диборид молибденаMoB23,38 
триоксид молибденаMoO34,25 
силицид молибденаMoSi25,0 — 6,0 
хлористый натрийNaCl 4,2 
борид ниобияNbB23,65 
карбид ниобияNbC 2,24 
окись никеляNiO 5,55 
борид скандияScB22,3 — 2,9 
кремнезёмSiO25,0 
окись стронцияSrO 2,0 — 2,6 
карбид танталаTaC 3,05 — 3,14 
пентаоксид танталаTa2O54,65 
дикарбид торияThC23,5 
оксид торияThO22,54 — 2,67 
сульфид титанаTiS 3,4 
диборид титанаTiB23,88 — 3,95 
карбид титанаTiC 2,35 — 3,35 
нитрид титанаTiN 2,92 
окись титанаTiO 2,96 — 3,1 
двуокись титанаTiO24,7 
карбид уранаUC 2,9 — 4,6 
диборид ванадияVB23,88 — 3,95 
диборид вольфрамаWB22,62 
диоксид вольфрамаWO24,96 
дисилицид вольфрамаWSi25,0 — 6,0 
борид цирконияZrB 4,48 
диборид цирконияZrB23,70 
карбид цирконияZrC 2,2 — 3,8 
нитрид цирконияZrN 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 электронов

Вещество

Работа выхода электрона

Вещество

Работа выхода электрона

10-19

эВ

10-19

эВ

Барий3,82,4Платина8,55,3
Барий на вольфраме1,81,1Рубидий3,52,2
Вольфрам7,24,5Серебро6,94,3
Германий7,74,8Торий5,43,4
Золото6,94,3Торий на вольфраме4,22,6
Калций4,52,8Цезий2,91,8
Молибден6,94,3Цезий на вольфраме2,21,4
Никель7,24,5Цезий на платине2,11,3
Оксид бария1,61,0
Оксид меди (I)8,35,2
Барий484Рубидий573
Вольфрам272Серебро260
Калий550Сурьма310
Литий500Сурьмяно-цезиевый катод670
Медь270Цезий620
Ртуть260Цинк290

Длина волны, нм

Частота, ТГц

Цвет лучей

Энергия одного кванта

10-18Дж

эВ

760395Темно-красный0,261,6
 620483Красный0,322,0
590508Оранжевый0,342,1
560536Желтый0,362,2
500600Зеленый0,402,5
480625Голубой0,412,6
450666Синий0,442,7
380789Фиолетовый0,523,3
ПоказателиИзлучение
ренгетовскоеультрафиолетовоеинфракрасное
Диапазон длин волн, занимаемых излучением, нмот 0,001 до 10от 3 до 380от 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 излучения4002,9х10-363,2х10-6
Видимая часть спектра (лучи зеленого цвета)6004,4х10-364,7х10-6
Граница видимого и ультрафиолетового излучения7905,6х10-366,3х10-6
Ультрафиолетовое излучение1057,3х10-348,0х10-4
Рентгеновское излучение3х1062,2х10-310,24
Гамма-излучение3х1082,2х10-302,4
Виды излученияЧастота, ТГцИмпульс, кг м/с
Граница инфракрасного и видимого излучения4008,7х10-28
Видимая часть спектра (лучи зеленого цвета)6001,3х10-27
Граница видимого и ультрафиолетового излучения7901,7х10-27
Ультрафиолетовое излучение1052,2х10-25
Ренгеновское излучение3х1066,6х10-23
Гамма-излучение3х1086,6х10-21

Атом

Масса атомов

Атом

Масса атомов

10-27 кг

а.е.м.*

10-27 кг

а.е.м.*

Азот23,214,0067Олово197118,69
Алюминий44,826,9815Платина324195,09
Водород1,671,0079Ртуть333200,59
Вольфрам305183,85Свинец334207,2
Гелий6,644,0026Сера53,232,06
Железо92,855,847Серебро179107,868
Золото327196,9665Углерод19,912,011
Калий64,939,098Уран395238,029
Кальций66,540,08Фосфор51,430,97376
Кислород26,615,9994Хлор58,935,453
Медь10563,546Цинк10965,38
Натрий38,122,98977

* 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, см3порядка 10-24
Число атомов железа, содержащихся в булачной головкепримерно 1019
Линейные размеры ядра атома, смпорядка 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, см310-39 — 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-лучиβ-лучиγ-лучи
Скорость частиц, вылетающих из ядер радиоактивных веществ, км/с14 000-20 000160 000*300 000
Энергия частиц, МэВ4 — 9От сотых долей до 1-20,2-3
Масса одной вылетающей частицы, кг6,6 х 10-279 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.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.