Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Seminarium 6
RODZAJ ENERGII CZĄSTECZEK
Energia całkowita
Energia kinetyczna cząsteczki (E
k
)
Energia elektronowa (E
e
) związana z poziomem energii elektronów
cząsteczki A.
n=0,1,2,3… główna liczba kwantowa
Energia oscylacyjna (E
o
)
v = 0,1,2,3… - oscylacyjna liczba kwantowa
h – stała Plancka (6,6
.
10
-34
J
.
s)
ν
0
– cząsteczkowość drgań cząsteczki
Energia rotacyjna (E
r
)
I – moment bezwładności cząsteczki
J – rotacyjna liczba kwantowa
Przy przejściu cząsteczki ze stanu o energii E
II
do E
I
nastąpi emisja
(E
II
> E
I
) lub absorpcja (E
II
< E
I
) kwantu energii.
przy czym
Powstaje w ten sposób widmo elektronowo-oscylacyjno-rotacyjne złożone
z pasm o bardzo zagęszczonych liniach w związku z różnorodnością
przejść oscylacyjnych i rotacyjnych o mało różniących się energiach.
Cząsteczki niepolarne, nie mające momentu dipolowego, nie dają widm
ani
oscylacyjnych a
ni
rotacyjnych.
Warunkiem emisji czy absorpcji fali
elektromagnetycznej przez cząsteczkę jest zmiana jej momentu
dipolowego.
Mają strukturę widm pasmowych i są bardziej złożone od widm
atomowych. Każde pasmo ma z jednej strony ostrą granicę czoło pasma a
z drugiej jest rozmyte. Stan elektronu w cząsteczce opisany jest liczbami
kwantowymi.
n
2
, l,
, m
3
– odpowiednikiem liczby magnetycznej orbitalnej jest liczba
.
Badanie widm
– spektroskopia molekularna – pozwala określić skład i
strukturę cząsteczek. Widma
elektronowo-oscylacyjno-rotacyjne
dostarczają informacji na temat poziomów energetycznych cząsteczek
oraz charakteru ich orbitali.
Niektóre grupy atomów można rozpoznać po charakterystycznej dla niej
częstotliwości oscylacji, występującej w widmie oscylacyjnym cząsteczki,
w skład których ta grupa wchodzi. Widma rotacyjne pozwalają określić
odległość między atomami.
Spektroskopia w podczerwieni znajduje także zastosowanie w analityce
klinicznej np. w analizie gazów oddechowych, w rozpoznaniu
nowotworów na podstawie badań steroidów w moczu.
WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE MATERII – TEORIA
PASMOWA
Właściwości elektrycznej dowolnej materii uwarunkowane są dwiema
wielkościami: konduktywnością (przewodnością właściwą) /
rezystywnością (opornością właściwą), przenikalnością elektryczną.
Wielkości te są zależne od temperatury i częstotliwością zmian pole
elektrycznego, w którym się je mierzy.
Ponadto o konduktywności (lub rezystywności) substancji decydują:
rodzaj i stężenia występujących w niej
ładunków swobodnych
warunki ruchu ładunków po przyłożeniu pola elektrycznego
Przenikalność elektryczna zależna jest od:
rozkładu przestrzennego ładunków związanych w atomach
lub cząsteczkach
stopnia ich zdolności do wzajemnego przesuwania się w polu
elektrycznym
1) Gazy
praktycznie brak oddziaływań międzycząsteczkowych
nie ma ładunków swobodnych
W związku z powyższym bardzo duża rezystywność i mała przenikliwość
elektryczna po zadziałaniu czynnika jonizującego oporność zmniejsza się
radykalnie.
2) Ciecze
cząsteczki powiązane ze sobą siłami spójności
jednorodne (w zasadzie są izolatorami)
wyjątek woda (która nawet najczystsza przewodzi prąd bardzo
dobrze, gdy są w niej rozpuszczone elektrolity)
3) Ciała stałe
W zależności od stopnia związania elektronów walencyjnych
wyróżniamy:
izolatory – elektrony bardzo silnie związane z atomami
przewodniki elektryczne – elektrony walencyjne całkowicie
swobodne
półprzewodniki – elektrony łatwe do odrywania od atomów
Stosowane do opisu niektórych elektrycznych właściwości ciał stałych. W
miarę wzajemnego zbliżania się atomów przy tworzeniu się ciała stałego
zachodzi nakładanie się atomowych poziomów walencyjnych. Najpierw
nakładają się poziomy walencyjne, a później również te położone głębiej.
Dochodzi do powstania pasm energetycznych.
Każde pasmo składa się z oddzielnych, blisko leżących poziomów, których
ilość w paśmie odpowiada liczbie atomów tworzących kryształ. O
właściwościach elektrycznych kryształu decydują dwa najwyższe pod
względem energetycznym pasm: niższe zbudowane z poziomów
walencyjnych i wyższe - z poziomów wzbudzonych tych atomów.
Jeżeli sieć nie jest typu metalicznego to 2 pasma nie zachodzą na siebie i
występuje między nimi przerwy –
strefa wzbroniona
o pewnej
szerokości.
Pasmo podstawowe –
z poziomów atomowych całkowicie
wypełnionych elektronami.
Z wyższych poziomów atomowych, które są albo całkowicie puste
(poziom wzbudzenia) albo tylko częściowo zajęte p. elektrony powstają
pasma przewodnictwa.
Elektrony z pasm przewodnictwa mogą się poruszać w tym paśmie w
obrębie całego kryształu. Jeżeli pasmo przewodnictwa jest puste to
kryształ nie przewodzi prądu. Przeniesienie elektronów do tego pasma
wymaga dostarczenia energii
E.
W zależności od szerokości strefy wzbronionej ciała stałe dzielimy na:
przewodniki
E=0
półprzewodniki
E < 2eV
izolatory (dielektryki)
E > 2eV
PÓŁPRZEWODNIKI
To ciało stałe charakteryzujące się małą szerokością strefy wzbronionej
E < 2eV i wskutek tego łatwym przenoszeniem elektronów do pasma
przewodnictwa.
Czynniki przenoszące elektrony z pasma podstawowego do pasm
przewodnictwa to:
wysoka temperatura
promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne
W układzie okresowym półprzewodniki to pierwiastki z 4,5,6 grupy i z
3,4,5 okresu.
Typowe: german (Ge), krzem (Si), tellur (Te)
W niskich temperaturach półprzewodniki są izolatorami. Przewodność
rośnie z temperaturą, co wyraża się wzorem:
E – szerokość strefy wzbronionej
ρ – rezystywność w temperaturze początkowej
Półprzewodniki samoistne mają mało ładunków swobodnych dlatego
stosuje się domieszkowanie.
Domieszki pierwiastka dającego nadmiar elektronów (np. z gr. 5)
powoduje powstanie półprzewodnika
typu n
, przewodność kryształu jest
prawie wyłącznie
elektronowa
, a atom wprowadzony jest donorem
elektronowym.
Domieszki pierwiastków gr. 3 są akceptorami elektronowymi z pasma
podstawowego.
Kryształ taki charakteryzuje się
przewodnością dziurową
czyli
typu p.
Półprzewodnik typu n i p
różnią się od samoistnych tym, że do
aktywności przewodności wymagają dużo mniejszej energii niż szerokość
strefy wzbronionej oraz tym, że kombinacje liniowe półprzewodników
różnych typów dają możliwość tworzenia elektronicznych elementów o
właściwościach prostowniczych
(diody), wzmacniających (tranzystory)
oraz wiele innych.
Właściwości półprzewodnikowe ma też wiele kryształów organicznych a
także karoteny i inne prowitaminy A, porfiryny i wiele innych.
CIAŁA KRYSTALICZNE I AMORFICZNE,
STAN KRYSTALICZNY
Ciała krystaliczne charakteryzują się regularną strukturą przestrzenną. W
przypadku tych substancji można jednoznacznie ustalić granicę między
fazą stałą i ciekłą.
Dostarczenie ciepła
(Q)
do próbki krystalicznej powoduje wzrost jej
temperatury
T (Q = mc
T)
zależy od wartości ciepła właściwego
c
.
Gdy osiągnie ono wartość temperatury topnienia, dostarczone ciepło
zużywane jest na zmianę stanu skupienia ze stałego na ciekły. Dopóki
cała faza stała nie zmienia się w ciekłą, temperatura nie ulega zmianie
mimo ciągłego ogrzewania.
Przemianie fazy towarzyszy efekt cieplny:
pochłonięcie ciepła Q = ml
l – ciepło topnienia badanej substancji.
Cząstki ciała stałego uzyskają dużą swobodną ruchu kosztem ciepła
pobranego w procesie topnienia. Ponadto w temperaturze przemiany
fazowej „skokowo” zmieniają się różne właściwości substancji (np.
gęstość, objętość)