Курсовая: Строение и свойства вещества - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Строение и свойства вещества

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 590 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

10 М инистерство пут ей сообщения Российской Федерации Дальневосточный Государственный Университет путей сообщения КАФЕДРА «Химия» Курсовой проект на тему: «Строение и свойства вещества» К.П. 1001. 1. 615 Выполнил: Глухих П.А. Проверил: Рапопорт Т.В. г. Хабаровск 1999 Цель за ня тия: изу чить свой ства ве ществ в твёр дом со стоя нии, рассмотреть типы кристаллических решёток, сущность явления проводимости. 1.1 Характеристика вещёства в тв ёрдом состоянии. Твёрдые вещества характеризуются следующими показателями: рассто яния между частицами (атомами, молекулами) соизмеримы с их размерами, пот енциальная энергия частиц значительно превосходит кинетическую, части цы находятся в тепловом колебательном движении. Твёрдые вещества делятся на аморфные и кристаллические. Таблица 1.1 Общая характеристика аморфных и кристаллических веществ Аморфное состояние (стеклообразное) Кристаллическое состояние Ближний порядок расположения ч астиц Изотропность физических свойств Отсутствие конкретной точки плавления Термодинамическая нестабиль ность (большой запас внутренней энер гии) Текучесть Примеры: органические полимеры – стекло, вар, янтарь и т.д. Дальний поря док расположения частиц Анизотропность физических свойств Конкретная температура плавления и кристаллизации Термодинамическая устойчивость (малый запас внутренней энергии) Обладают элементами симметрии Примеры: углерод (алмаз, графит), твёрдые соли, металлы, сплавы. Геометрическая форма криста лла – это следствие его внутреннего строения, которое характеризуется определённым расположением частиц в пространстве, обуславливающим стр уктуру и свойства данного кристалла (пространственная кристаллическая решётка). Основные параметры кристаллических решёток описаны в таблице 1.2 Таблица 1.2 Параметры кристаллической решётки (к.р.) Параметры Определения 1. Энергия кристаллической решётки, кДж/моль 2. Константа к.р. (d,[Ao]) 3.Координационное число Энергия, которая выделяется при образовании 1м оль кристалла из микрочастиц (атомов, молекул, ионов), находящихся в газоо бразном состоянии и удалённых друг от друга на расстояние, исключающее и х взаимодействие Наименьшее расстояние между центрами 2-х частиц в кристалле, соединённых химической связью Число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью В з ависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решётки и типа связи между ними, кристаллы бывают различных типов (см. табл. 1.3). Таблица 1.3 Типы кристаллов и их свойства Тип кристалла (по типу хим. связи) Вид частиц в узлах к.р. Тип связи между частицами Основные свойства кри сталлов Примеры веществ Моле кулярные Неполярные или пол ярные молекулы Межмолекулярные силы; водородные связи Низкая теплоп роводность и электропроводимость, низкая химическая прочность и темп. п лавл.; высокая летучесть Твёрдые галогены, СН 4 , Н 2 , СО 2 (кр.), Н 2 О (кр), N 2 (кр.) Ковалентные (атомные) Атомы одного или разных элементо в Ковалентные связи Высок ая температура плавл., твёрдость и механ. Прочность; широкий диапазон эле ктропроводности: от изоляторов (алмаз) и полупроводников (Ge, Si) до электронн ых проводников (Sn) Кристаллы простых и сложных веществ элементов 3-й и 4-й г рупп главных подгр. С алм , Si, Ge, Sn c , SiC, AlN, BN и др . Ионные Простые и сложн. ионы Ионная св. – электростатичес кое взаимодействие Промежуточное положение между молекулярными и ко валентными кристаллами; как правило, хор. растворимы в полярн. расторит.; д иэлектрики NaCl, CaF 2 , LiNO 3 , CaO и др . Металлические Атомы и ионы металлов Металличе ская связь Ковки, пластичны; высокие тепло- и электропроводимость непр озрачность, металич. блеск Чистые металлы и сплавы 1.2. Кристаллические провод ники, полупроводники, изоляторы. Зонная теория кристаллов. Все известные кристаллические вещества по величине электропровод имости подразделяются на три класса: проводники, диэлектрики (изоляторы ), полупроводники (таблица 1.4). Таблица 1.4. Деление кристаллических веществ по величине электропроводимости Класс кристалли ч. Вещества Электропроводность Общая характеристика Примеры Проводники 1-го р ода Диэлектрики Полупроводники Вещества с металлической кристаллической решёткой, характеризующейся наличием “переносчиков тока” – свободно-перемещающихся электронов Вещества с атомной, молекулярной и реже ионной решёткой, обладающие боль шой энергией связи между частицами Вещества с атомной или реже ионной решёткой, обладающие более слабой эне ргией связи между частицами, чем изоляторы; с ростом температуры электро проводимость растет Fe, Al, Ag, Cu и др . Салмаз, слюда, органич. Полимеры, оксиды и др. Si, Ge, B, серое олово и др. Различие в величине электропроводимости металлов, полупроводников и диэлектрико в объясняет зонная теория строения твёрдого тела , основные положения которой сводятся к следующему. При образова нии кристалла из одиночных атомов происходит перекрытие атомных орбит алей (АО) близких энергий и образование молекулярных орбиталей (МО), число которых равно общему числу перекрывающихся АО. С ростом числа взаимодействующих атомов в кристалле растет число разре шённых молекулярных энергетических уровней, а энергетический порог ме жду ними уменьшается. Образуется непрерывная энергетическая зона, в кот орой переход электронов с более низкого энергетического уровня на боле е высокий не требует больших затрат энергии. Заполнение электронами МО, составляющих непрерывную энергетическую зо ну, происходит в порядке возрастания энергии, согласно принципу Паули. В кристалле натрия при образовании N MO, только N/2 MO будут заняты электронами, т. к. у атома Na на каждой валентной 3S АО находится по 1 электрону, а на каждой МО будет располагаться по 2е с противоположными спинами. Совокупность энергетических уровней, занятых валентными электронами, составляет валентную зону . Энергетические уровни, незаполненные электронами, составляют зону проводимости. В кристаллах проводников валентная зона находится в непосредственной близости от зоны проводимости и иногда перекрывается с ней. Е – энергет ический барьер близок к нулю. (см. рис.1) Рис1. Расположение энергетических зон в кристаллах: - зона проводимости; - валент ная зона; Е=запрещенная зона Электроны валентной зоны при их незначительном возбуждении могут легко перейти на свободные энергетические уровни зоны проводимости, чт о обеспечивает высокую проводимость металлов. У изоляторов зона проводимости отделена от валентной зоны большим энер гетическим барьером (>4эВ). Валентные электроны не могут попасть в зону про водимости даже при передаче им значительного кол-ва энергии, т.к. электро ны не могут свободно перемещаться по всему объёму кристалла, проводимос ть в кристалле отсутствует. Ширина запрещённой зоны проводников невелика – от 0.1 до 4эВ. При низких те мпературах они проявляют свойства изоляторов. С повышением температур ы энергия валентных электронов возрастает и становится достаточной дл я преодоления запрещённой зоны. Происходит перенос электрических заря дов, полупроводник становится проводником. 1.3. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Дефекты реальных кристаллов. К типичным собственным полупроводни кам относятся В, Si, Ge, Te, Sn( серое ) и др. на каждом энергетическом уровне валентной зоны у них находится по 2 электрона (см. рис.2) Рис2. Собственная проводимость После получения кванта энергии связь между этой парой электронов н арушается и один электрон покидает валентную зону, переходя зону провод имости. В валентной зоне на его месте остаётся вакансия (+)-дырка. При налож ении внешнего электрического поля электроны, перешедшие в зону проводи мости, перемещаются к А(+), в валентной зоне электрон, находящийся рядом с д ыркой (+), занимает её место, появляется новая дырка и т.д. Таким образом, дре йф электрона к А(+) эквивалентен дрейфу дырки к К(-). Электропроводность, обусловленная одновременным участием в прово димости е и р, называется собственной или электронно-дырочной проводимостью (n – p) ти па. Для каждого полупроводника собственная проводимость наступит при р азных величинах температур, которые тем выше, чем больше величина запрещ ённой зоны полупроводника. В настоящее время известно 13 кристаллических модификаций простых веществ обладающих полупроводниковыми свойствам и. Они находятся в главных подгруппах 3 – 7 групп Периодической системы эл ементов Д.И. Менделеева. 3-я группа – В; 6-я группа – S, Se, Te; 4-я группа – S, Si, Ge, Sn; 7-я группа – I. 5-я группа – P, As, Sb, Bi; В кристаллах простых веществ этих элементов ковалентный или близк ий к нему характер химической связи. Ширина запрещённой зоны зависит от прочности ковалентной связи и структурных особенностей кристаллическ их решёток полупроводника. К полупроводникам с узкой запрещённой зоной относятся Sn( серое ), Р – чёрный, Те. Заметный перенос электронов в з ону проводимости наблюдается уже за счёт лучистой энергии. К полупроводникам с широкой запрещённой зоной относятся Bi, Si – для осуще ствления проводимости требуется мощный тепловой импульс; для С алм. - -облучение. Получить идеальный кристалл как естественным, так и искусственным путё м практически невозможно. Кристаллы, как правило, имеют дефекты в виде ст руктурных нарушений или примесей атомов других элементов. Дефекты крис таллов приводят к усилению дырочной, электронной проводимости или появ лению дополнительной ионной проводимости. Усиление примесной проводимости n-типа пр оисходит, если в кристалле Ge один из атомов замещен атомом Р, на внешнем эн ергетическом уровне которого находится 5 валентных электронов, 4 из кото рых образуют ковалентные связи с соседними атомами Ge, а один электрон нах одится на свободной орбитали у атома фосфора. При передаче кристаллу Ge не большой энергии (4,4 кДж/моль) этот электрон легко отщепляется от примесног о атома Р и проникает из валентной зоны через запрещённую зону в зону про водимости, т.е. служит переносчиком тока. В целом же кристалл Ge остаётся эл ектронейтральным (рис.3). Примеси в кристаллах, атомы которых способны отд авать электроны, усиливая электронную проводимость, называются донорами. По отношению к Ge, Si – это р-элементы 5-й гру ппы, а также Аu и ряд других элементов. а ) б ) =Ge====Ge====Ge= =Ge====Ge====Ge= =Ge====P=====Ge= =Ge====Al====Ge= =Ge====Ge====Ge= =Ge====Ge====Ge= Рис.3 Примесная проводимость: а) n-типа; б) р-типа Усиление пр имесной проводимости р-типа происходит, если в кристалле Ge или Si один из атомов замещён атомом Al, на внешнем энергетическом уровне ко торого находится только 3 электрона, то при образовании 4-х ковалентных св язей с атомами Ge образуется дефицит одного электрона в каждом узле крист аллической решётки, содержащей атом Аl (рис.3). При передаче кристаллу небольшой энергии (до 5,5 кДж/моль), атом Al захватывае т электрон с соседней ковалентной связи, превращаясь в (-) заряженный ион. На месте захваченного электрона образуется (+) дырка. Если поместить кристалл в электрическое поле, (+) дырка становится носите лем заряда, а электрическая нейтральность атома сохраняется. Примеси в кристаллах полупроводников, атомы которых способны усиливат ь в них дырочную проводимость, называются акцепторами. Для кристаллов Ge и Si – это атомы р-элементов 3-й группы, а также Zn, Fe и Mn. Таким об разом, варьируя природой и концентрациями примесей в полупроводниках, м ожно получить заданную электрическую проводимость и тип проводимости. Широкое применение полупроводников привело к созданию сложных полупро водниковых систем на основе химических соединений, чаще всего, имеющих а лмазоподобную кристаллическую решётку: AlP, InSb, Cu 2 O, Al 2 O 3 , PbS, Bi 2 S 3 , CdSe и др. Дефекты в реальных кристаллах могут возникать не только в результате пр имесей атомов других элементов, но и теплового движения частиц, формирую щих кристалл. При этом атомы, молекулы или ионы покидают свои места в узла х кристаллической решётки и переходят или в междоузлия или на поверхнос ть кристалла, оставляя в решётке незаполненный узел – вакансию (см. рис 4). а) о о о О б) о о о о о о о о о о о О о о о о о о о о о о о о о о о Рис.4 усиление проводимости п ри наличии дефектов кристаллов: а) выход частиц из узла решёт ки на поверхность кристалла; б) выход частиц из узла решётки в междоузлие. Точечные дефекты в ионных кр исталлах существенно влияют на их проводимость. Под действием электрич еского поля ближайший к вакансии ион переходит на её место, в точке его пр ежнего местоположения создаётся новая вакансия, занимаемая в свою очер едь соседним ионом. Подобные “перескоки” ионов реализуются с большой ча стотой, обеспечивая ионную проводимость кристалла. 1.5. Индивидуальное задание 1) Какие связи имеются в кристаллах, образованных элементами с порядк овым номером 40, 2, 82? Какие свойства характерны для этих кристаллов? 2) Чем отличается структура кристаллов As и Zn от структуры кристалла Zn 3 As 2 ? Какие с войства характерны для этих веществ в кристаллическом состоянии? 3) Охарактеризовать полупро водниковые свойства кристалла В т . Как изм енятся эти свойства, если кристалл содержит примеси: Zn; Sb. Вопрос №1 Порядковый 2 40 82 номер элемента Находим в Периодической Не Zr Рb Системе гелий цирконий свинец Электронные конфигурации элементов: S n=1 S-элемент, типичный неметалл, тронной орбитал и 2 электрона не обладает химической активностью – d-элемент, металл (на внешнем энер гетическом уровне 2 электрона) четыре валентных электрона …. S p d n=4 n=5 – в возбуждённом состоянии 82 Pb s p n=6 — р-элемент, металл; на внешнем энергетическом уровне 4 электрона; два – неспаренных; в возбуждённом со стоянии – четыре неспаренных электрона. В кристаллическом состояни и: Не – ковалентных связей не образует, так как энергетический уровень пол ностью заполнен спаренными электронами. При образовании химических св язей в кристалле Не атомы связаны друг с другом слабыми Ван-дер-Ваальсов ыми силами (силы межмолекулярного взаимодействия). Тип кристалла – моле кулярный – с низкой механической прочностью, низкой температурой плав ления, способностью к возгонке (низкая энергия связи), неэлектропроводен и нетеплопроводен (изолятор). Zr – в кристалле циркония небольшое число валентных электронов на внешн ем уровне обусловливает металлической связи. Металлическая кристаллич еская решётка циркония прочна, непрозрачна, образует металлический бле ск, способна деформироваться без разрушения, обусловливает тепло- и элек тропроводные свойства, высокую твёрдость и температуру плавления. Pb – четыре электрона на внешнем уровне при большом радиусе атома обусло вливает металлическую связь между атомами в кристалле. Металлическая к ристаллическая решётка свинца пластична, непрозрачна, тёмно-серого цве та (металл), со средней (для металлов) температурой плавления, металл тепло - и электропроводен. Вопрос №2 As Zn Zn 3 As 2 As – мышьяк с конфигурацией вн ешних электронов ns np: s p n=4 По “правилу октета” в крист алле у As координационное число 3 – каждый атом образует 3 ковалентных свя зи от 3-х соседних атомов. Ковалентная кристаллическая решётка отличаетс я высокой температурой плавления, твёрдостью и механической прочность ю; полупроводниковые свойства. Zn – металл, d-элемент с конфигурацией внешних электронов . Металличе ская кристаллическая решётка характеризуется ковкостью и пластичност ью, непрозрачностью, тепло- и электропроводимостью. Кристаллы синеватог о цвета с металлическим блеском. Zn 3 As 2 – кри сталл ковалентного типа с ЭО связи Zn-As 0,2 При обычных условиях Zn 3 As 2 изолятор, н о при повышении температуры появляются полупроводниковые свойства за счёт 2s электронов мышьяка, преодолевших запрещённую зону и перемещённых в зону проводимости. Малая полярность связи придаёт соединению Zn 3 As 2 специфичес кие для ковалентных соединений свойства. Вопрос №3 В(тв) примеси Zn(тв) и Sb(тв) Распределение э лектронов по энергетическим уровням атома бора: 5 В ; n=2 s p в возбуждённом состоянии: n=2 - три неспарен ных электрона – один неспаренный s-электрон переходит в р-орбиталь, обра зуется тетрагональная кристаллическая структура с полупроводниковым и свойствами типа . Ширина запрещённой зоны 1,58 эВ ( 150кДж/моль). Полупроводники проводят эл ектрический ток тогда, когда часть электронов из валентной зоны приобре тают достаточную энергию, чтобы преодолеть запрещённую зону и перейти в зону проводимости. У бора электрический ток переносится электронами в з оне проводимости (феномен – с увеличением температуры электропроводи мость возрастает, т.к. растёт концентрация носителей тока). В месте электр онов, перешедших в зону проводимости, образовались вакансии (дырки (+)), обе спечивающие дырочную проводимость в валентной зоне. Примесь Zn: s p ; n=4 В возбуждённом состоянии у цинка два неспаренных (s- np-) электрона. В узлах кристаллической решётки пол упроводника, где находятся атомы цинка, наблюдается дефицит одного элек трона при образовании ковалентных связей с бором. При возбуждении крист алла атом цинка захватывает недостающий электрон с соседней ковалентн ой связи, приобретая избыточный отрицательный заряд (– ). В месте захваче нного электрона образуется вакансия (+) дырка, обеспечивающая проводимос ть р-типа. Примесные атомы Zn являются акцепторами электронов. Примесь Sbт : s p d ; n=5 На внешнем энергетическом уровне находятся 5 электронов. Три из них образуют ковалентные связи с ат омами бора в кристалле; при возбуждении кристалла два Sb-электрона могут п ерейти в зону проводимости, обеспечив электронную проводимость n-типа. А томы сурьмы являются донорами. Число электронов, увеличивающих электро нную проводимость, возрастают с увеличением температуры: , где А – предэксионциальный множитель, Е – ширина запрещённой зоны, k – постоянная Больцм ана; Т – температура в шкале Кел ьвина. Примеси, изменяющие концентр ацию носителей тока в полупроводнике, должны быть строго дозированы.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Первыми о предстоящем приезде супруги узнают домашние растения - их лихорадочно начинают поливать.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по химии "Строение и свойства вещества", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru