Строение і їхні властивості вещества

РефератДопомога в написанніДізнатися вартістьмоєї роботи

Строение і їхні властивості вещества (реферат, курсова, диплом, контрольна)

Міністерство шляхів сообщения.

Російської Федерации.

Далекосхідний Державний Університет шляхів сообщения.

КАФЕДРА.

«Химия».

Курсової проект.

на тему:

«Будова і їхні властивості вещества».

К.П. 1001. 1. 615.

Виконав: Глухих П.А.

Перевірив: Рапопорт Т.В.

р. Хабаровск.

Мета заняття: вивчити властивості речовин, у твердому стані, розглянути типи кристалічних ґрат, сутність явища проводимости.

1. Характеристика вещёства в твердому состоянии.

Твёрдые речовини характеризуються такими показниками: відстані між частинками (атомами, молекулами) порівнянні зі своїми розмірами, потенційна енергія частинок значно перевищує кінетичну, частки перебувають у тепловому коливальному движении.

Твёрдые речовини діляться на аморфні і кристаллические.

Таблиця 1.1.

Геометрична форма кристала — це наслідок її будівлі, що характеризується певним розташуванням частинок в просторі, що зумовлює структуру й поліпшуючи властивості даного кристала (просторова кристалічна решётка).

Основні параметри кристалічних ґрат описані у таблиці 1.2.

Таблиця 1.2.

Залежно від виду частинок, що у вузлах кристалічною ґрати та певного типу зв’язок між ними, кристали бувають різних типів (див. табл. 1.3).

Таблиця 1.3.

1.2. Кристалічні провідники, напівпровідники, ізолятори. Зонная теорія кристаллов.

Усі відомі кристалічні речовини за величиною электропроводимости поділяються втричі класу: провідники, діелектрики (ізолятори), напівпровідники (таблиця 1.4).

Таблиця 1.4.

Різниця в величині электропроводимости металів, напівпровідників і діелектриків пояснює зонная теорія будівлі твердого тіла, основні становища якої зводяться ось до чого. При освіті кристала з одиночних атомів відбувається перекриття атомних орбиталей (АТ) близьких енергій й освіту молекулярних орбиталей (МО), кількість яких одно загальної кількості перекрывающихся АО.

Зі збільшенням кількості взаємодіючих атомів в кристалі зростає кількість дозволених молекулярних енергетичних рівнів, а енергетичний поріг з-поміж них зменшується. Утворюється безперервна енергетична зона, в якої перехід електронів з нижчого рівня більш високий не вимагають великих витрат энергии.

Заповнення електронами МО, складових безперервну енергетичну зону, відбувається у порядку зростання енергії, відповідно до принципу Паулі. У кристалі натрію при освіті N MO, лише N/2 MO перейматимуться електронами, т.к. у атома Na з кожної валентною 3S АТ перебувають розслідування щодо 1 електрону, але в кожної МО розташовуватиметься по 2е з протилежними спинами.

Сукупність енергетичних рівнів, зайнятих валентными електронами, становить валентну зону.

Енергетичні рівні, незаповнені електронами, становлять зону проводимости.

У кристалах провідників валентна зона перебуває у безпосередньої близькості від зони провідності і часом перекривається із нею. Є - енергетичний бар'єр близький нанівець. (див. рис.1).

Рис1. Розташування енергетичних зон в кристалах: — зона провідності; - валентна зона; (((Е=запрещенная зона.

Електрони валентної зони за її незначному порушенні можуть легко перейти на вільні енергетичні рівні зони провідності, що забезпечує високу провідність металлов.

У ізоляторів зона провідності відділена валентною зони великим енергетичним бар'єром (>4эВ). Валентные електрони що неспроможні потрапити до зону провідності навіть за передачу їм значного кол-ва енергії, т.к. електрони що неспроможні вільно переміщатися з усього обсягу кристала, провідність в кристалі отсутствует.

Ширина запрещённой зони провідників невелика — від 0.1 до 4эВ. При низьких температурах вони виявляють властивості ізоляторів. З підвищенням температури енергія валентных електронів зростає й стає достатньої задля подолання запрещённой зони. Відбувається перенесення електричних зарядів, напівпровідник стає проводником.

1.3. Власна і примесная провідність напівпровідників. Дефекти реальних кристаллов.

До типовим власним напівпровідникам ставляться У, Si, Ge, Te, Sn (серое) та інших. кожному енергетичному рівні валентною зони вони перебувають розслідування щодо 2 електрона (див. рис.2).

Рис2. Власна проводимость.

Після набуття кванта енергії зв’язок між цієї парою електронів порушується і тільки електрон залишає валентну зону, переходячи зону провідності. У валентною зоні з його місці залишається вакансія (+)-дірка. При накладення зовнішнього електричного поля електрони, перейшли до зони провідності, переміщаються до А (+), в валентної зоні електрон, які перебувають поруч із діркою (+), займає її місце, з’являється нова дірка тощо. Таким чином, дрейф електрона до А (+) еквівалентний дрейфу дірки до К (-).

Електропровідність, обумовлена одночасним через участь у провідності е і р, називається власної чи электронно-дырочной провідністю (n — p) типу. До кожного напівпровідника власна провідність настане в різних величинах температур, які так вище, що більше величина запрещённой зони напівпровідника. Нині відомо 13 кристалічних модифікацій простих речовин які мають напівпровідниковими властивостями. Вони найголовніше підгрупах 3 — 7 груп Періодичній системи елементів Д.І. Менделеева.

3-тя група — У; 6-та група — P. S, Se, Te;

4-та група — P. S, Si, Ge, Sn; 7-ма група — I.

5-та група — P, As, Sb, Bi;

У кристалах простих речовин цих елементів ковалентный чи близька до нього характер хімічного зв’язку. Ширина запрещённой зони залежить від міцності ковалентної зв’язку й на структурні особливості кристалічних ґрат полупроводника.

До напівпровідникам із вузькою запрещённой зоною ставляться Sn (серое), Р — чорний, Ті. Помітний перенесення електронів до зони провідності спостерігається вже рахунок променистої энергии.

До напівпровідникам з широкою запрещённой зоною ставляться Bi, Si — для здійснення провідності потрібно потужний теплової імпульс; для Салм. — (- облучение.

Одержати ідеальний кристал як природним, і штучним шляхом практично неможливо. Кристали, зазвичай, мають дефекти як структурних порушень чи домішок атомів інші елементи. Дефекти кристалів ведуть до посилення дырочной, електронної провідності чи появі додаткової іонної проводимости.

Посилення примесной провідності n-типа відбувається, тоді як кристалі Ge одне із атомів заміщений атомом Р, осіб на зовнішньому енергетичному рівні якого перебуває 5 валентных електронів, 4 у тому числі утворюють ковалентные зв’язки України із сусідніми атомами Ge, а один електрон перебуває в вільної орбитали у атома фосфору. При передачі кристалу Ge невеличкий енергії (4,4 кДж/моль) цей електрон легко відщепляється від примесного атома Р і проникає з валентної зони через запрещённую зону до зони провідності, тобто. служить переносником струму. А загалом кристал Ge залишається электронейтральным (рис.3). Домішки в кристалах, атоми яких здатні віддавати електрони, посилюючи електронну провідність, називаються донорами. Стосовно Ge, Si — це р-элементы 5-ї групи, і навіть Аu й інших элементов.

а) б).

=Ge====Ge====Ge= =Ge====Ge====Ge=.

=Ge====P=====Ge= =Ge====Al====Ge=.

=Ge====Ge====Ge= =Ge====Ge====Ge=.

Рис. 3 Примесная провідність: а) n-типа; б) р-типа.

Посилення примесной провідності р-типа відбувається, тоді як кристалі Ge чи Si одне із атомів замещён атомом Al, осіб на зовнішньому енергетичному рівні якої перебуває лише 3 електрона, то, при освіті 4-х ковалентних зв’язку з атомами Ge утворюється дефіцит одного електрона у кожному вузлі кристалічною ґрати, що містить атом Аl (рис.3).

При передачі кристалу невеличкий енергії (до 5,5 кДж/моль), атом Al захоплює електрон із сусідньої ковалентної зв’язку, перетворюючись на (-) заряджений іон. На місці захопленого електрона утворюється (+) дырка.

Якщо помістити кристал в електричне полі, (+) дірка стає носієм заряду, а електрична нейтральність атома сохраняется.

Домішки в кристалах напівпровідників, атоми яких здатні посилювати у яких дырочную провідність, називаються акцепторами.

Для кристалів Ge і Si — це атоми р-элементов 3-й групи, і навіть Zn, Fe і Mn. Отже, варіюючи природою, і концентраціями домішок в напівпровідниках, можна було одержати задану електричну провідність і тип провідності. Широке застосування напівпровідників створило складних напівпровідникових систем з урахуванням хімічних сполук, найчастіше, мають алмазоподобную кристалічну грати: AlP, InSb, Cu2O, Al2O3, PbS, Bi2S3, CdSe і др.

Дефекти у реальних кристалах можуть бути у результаті домішок атомів інші елементи, а й теплового руху частинок, формують кристал. У цьому атоми, молекули чи іони залишають місця в вузлах кристалічною ґрати і переходять чи междоузлия чи поверхню кристала, залишаючи в ґратам незаповнений вузол — вакансію (див. рис 4). йдеться про про про Про б) про про про о.

про про про про про про о.

Про про про про про про про о.

про про про про про про про о.

Рис. 4 посилення провідності за наявності дефектів кристалів: а) вихід частинок з вузла ґрати на поверхню кристала; б) вихід частинок з вузла ґрати в междоузлие.

Точкові дефекти в іонних кристалах істотно впливають з їхньої провідність. Під впливом електричного поля найближчий до вакансії іон переходить її місце, у точці її колишнього місцеположення створюється нова вакансія, зайнята своєю чергою сусіднім іоном. Такі «переходи» іонів реалізуються з великою частотою, забезпечуючи іонну провідність кристалла.

1.5. Індивідуальне задание.

1) Які зв’язку є у кристалах, освічених елементами з порядковим номером 40, 2, 82? Які властивості притаманні цих кристаллов?

2) Чим КиМу різниться структура кристалів As і Zn від структури кристалла.

Zn3As2? Які властивості притаманні цих речовин, у кристалічному состоянии?

3) Охарактеризувати напівпровідникові властивості кристала Вт. Як зміняться ці якості, якщо кристал містить домішки: Zn; Sb.

Питання № 1.

Порядковий 2 40 82 номер элемента.

Знаходимо в.

Періодичній Не Zr Рb.

Системі гелій цирконій свинец.

Електронні конфігурації елементів: P. S n=1 ((S-элемент, типовий металоїд, тронній орбитали 2 електрона не має хімічної активностью.

— d-элемент, металл.

(на зовнішньому енергетичному рівні 2 електрона) чотири валентных електрона …

P.S p d n=4 ((((((((((n=5 ((- в возбуждённом состоянии.

82Pb p. s p n=6 (((((— р-элемент, метал; осіб на зовнішньому енергетичному рівні 4 електрона; два — неспаренных; в возбуждённом стані - чотири неспаренных электрона.

У кристалічному состоянии:

Не — ковалентних зв’язків не утворює, оскільки енергетичний рівень повністю заповнений спареними електронами. При освіті хімічних зв’язків в кристалі Не атоми пов’язані одне з одним слабкими Ван-дерВаальсовыми силами (сили межмолекулярного взаємодії). Тип кристала — молекулярний — з низькою механічної міцністю, низькою температурою плавлення, здатність до сублімації (низька енергія зв’язку), неэлектропроводен і нетеплопроводен (изолятор).

Zr — в кристалі цирконію мало валентных електронів на зовнішньому рівні обумовлює металевої зв’язку. Металева кристалічна ґрати цирконію міцна, непрозора, утворює металевий блиск, здатна деформуватися без руйнації, обумовлює теплоі електропровідні властивості, високу твердість і температуру плавления.

Pb — чотири електрона осіб на зовнішньому рівні при великому радіусі атома обумовлює металеву зв’язок між атомами в кристалі. Металева кристалічна ґрати свинцю пластична, непрозора, тёмно-серого кольору (метал), з середньої (для металів) температурою плавлення, метал теплоі электропроводен.

Питання № 2.

As Zn Zn3As2 As — миш’як з конфігурацією зовнішніх електронів ns np: p. s p n=4 (((((.

По «правилу октету» в кристалі у As координаційне число 3 — кожен атом утворює 3 ковалентних зв’язку від 3-х сусідніх атомів. Ковалентная кристалічна ґрати вирізняється високою температурою плавлення, твёрдостью і механічної міцністю; напівпровідникові свойства.

Zn — метал, d-элемент з конфігурацією зовнішніх электронов.

. Металева кристалічна ґрати характеризується ковкістю і пластичністю, непрозорістю, теплоі электропроводимостью. Кристали синюватого кольору, з металевим блеском.

Zn3As2 — кристал ковалентного типу з (ЭО зв’язку Zn-As (0,2 При умовах Zn3As2 ізолятор, але за підвищенні температури з’являються напівпровідникові властивості рахунок 2s електронів миш’яку, подолали запрещённую зону і переміщених до зони провідності. Мала полярність зв’язку саме й надає з'єднанню Zn3As2 специфічні для ковалентних сполук свойства.

Питання № 3.

В (тв) домішки Zn (тв) і Sb (тв).

Розподіл електронів по енергетичним рівням атома бору: 5В; n=2 (((p.s p в возбуждённом стані: n=2 (((- три неспаренных електрона — один неспаренный s-электрон перетворюється на р-орбиталь, утворюється тетрагональная кристалічна структура з напівпровідниковими властивостями типу. Ширина запрещённой зони 1,58 еВ ((150кДж/моль).

Напівпровідники проводять електричний струм тоді, коли частина електронів з валентної зони набувають достатню енергію, щоб подолати запрещённую зону і стати до зони провідності. У бору електричний струм переноситься електронами у зоні провідності (феномен — з збільшенням температури электропроводимость зростає, т.к. росте концентрація носіїв струму). У місці електронів, які у зону провідності, утворилися вакансії (дірки (+)), щоб забезпечити дырочную провідність в валентної зоне.

Домішка Zn: p. s p.

; n=4 ((.

У возбуждённом стані у цинку два неспаренных (p.snp-) електрона. У вузлах кристалічною ґрати напівпровідника, де є атоми цинку, спостерігається дефіциту одного електрона при освіті ковалентних зв’язку з бором. При порушенні кристала атом цинку захоплює що цей електрон із сусідньої ковалентної зв’язку, набуваючи надлишковий негативний заряд (-). У місці захопленого електрона утворюється вакансія (+) дірка, забезпечує провідність р-типа. Примесные атоми Zn є акцепторами электронов.

Домішка Sbт: p. s p d.

; n=5 (((((.

На зовнішньому енергетичному рівні перебувають 5 електронів. Три їх утворюють ковалентные зв’язки й з атомами бору в кристалі; при порушенні кристала два Sb-электрона можуть перейти до зони провідності, забезпечивши електронну провідність n-типа. Атоми сурми є донорами. Кількість електронів, збільшують електронну провідність, зростають з збільшенням температуры:

де, А — предэксионциальный множитель,.

(Є - ширина запрещённой зони, k — стала Больцмана;

Т — температура у шкалі Кельвина.

Примеси, які змінюють концентрацію носіїв струму в полупроводнике, повинні бути суворо дозированы. ———————————- [pic].

[pic].

Показати весь текст

Заповнити форму поточною роботою