Свойства металлов Скачать
презентацию
<<  Электрический ток в металлах Электрическая проводимость металлов  >>
Рис
Рис
Рис
Рис
14
14
Скачки потенциала на границе металла показаны на рисунке
Скачки потенциала на границе металла показаны на рисунке
Явление испускания электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум
Явление испускания электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум
Явление термоэлектронной эмиссии открыто в 1883 г. знаменитым
Явление термоэлектронной эмиссии открыто в 1883 г. знаменитым
Электронная проводимость металлов
Электронная проводимость металлов
Автоэлектронную эмиссию можно наблюдать в хорошо откачанной вакуумной
Автоэлектронную эмиссию можно наблюдать в хорошо откачанной вакуумной
Напряженность электрического поля на поверхности острия с радиусом
Напряженность электрического поля на поверхности острия с радиусом
Электронная микрофотография эмиттера с острийной поверхностью,
Электронная микрофотография эмиттера с острийной поверхностью,
ВЭЭ – это единственный вид электронной эмиссии, позволяющий получить
ВЭЭ – это единственный вид электронной эмиссии, позволяющий получить
14
14
В физических приборах, регистрирующих – излучение, используют
В физических приборах, регистрирующих – излучение, используют
14
14
Ряд Вольты
Ряд Вольты
Ряд Вольты
Ряд Вольты
При соединении двух разных металлов с работами выхода и возникает
При соединении двух разных металлов с работами выхода и возникает
Эффект Зеебека (прямой термоэлектрический эффект) заключается в
Эффект Зеебека (прямой термоэлектрический эффект) заключается в
Эффективная демонстрация термоэлектрического тока может быть
Эффективная демонстрация термоэлектрического тока может быть
Эффективная демонстрация термоэлектрического тока может быть
Эффективная демонстрация термоэлектрического тока может быть
Схема термопары состоящей из спая двух разных металлов 1 и 2, показана
Схема термопары состоящей из спая двух разных металлов 1 и 2, показана
Общие сведения
Общие сведения
Электронная проводимость металлов
Электронная проводимость металлов
В местах подключения проводников термопары к измерительной системе
В местах подключения проводников термопары к измерительной системе
Зависимость эдс
Зависимость эдс
Внешний вид
Внешний вид
Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде
Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Электронная проводимость металлов
Электронная проводимость металлов
Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл германия введены
Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл германия введены
Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный переход
Типичная вольт - амперная характеристика кремниевого диода
Типичная вольт - амперная характеристика кремниевого диода
Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный переход
Электронно-дырочный переход
Электролиз
Электролиз
Так как заряд иона равен произведению валентности вещества n на
Так как заряд иона равен произведению валентности вещества n на
Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо
Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо
В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов
В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов
Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко
Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко
Фото из презентации «Электронная проводимость металлов» к уроку химии на тему «Свойства металлов»

Автор: t3. Чтобы познакомиться с фотографией в полном размере, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все фотографии на уроке химии, скачайте бесплатно презентацию «Электронная проводимость металлов» со всеми фотографиями в zip-архиве размером 1350 КБ.

Скачать презентацию

Электронная проводимость металлов

содержание презентации «Электронная проводимость металлов»
Сл Текст Эф Сл Текст Эф
1З д р а в с т в у й т е!0 89свободна, а валентная зона полностью занята. Подобные0
2Лекция 13. Тема: Классическая теория0 зонные структуры характерны для кремния, германия,
электропроводности металлов. 13.1.Классическое арсенида галлия (GaAs), фосфида индия (InP) и многих
представление об электропроводности металлов. других твердых тел, являющихся полупроводниками (см.
Экспериментальные данные 13.2. Вывод законов Ома и рис.).
Джоуля – Ленца в классической теории электронной 90При повышении температуры полупроводников и0
проводимости металлов 13.3. Сверхпроводимость. диэлектриков электроны способны получать дополнительную
Содержание лекции: Сегодня: вторник, 1 ноября 2011 г. энергию, связанную с тепловым движением kT. У части
313.1 Классическое представление об0 электронов энергии теплового движения оказывается
электропроводности металлов. Экспериментальные данные. достаточно для перехода из валентной зоны в зону
40 проводимости, где электроны под действием внешнего
5Рис. 13.1.0 электрического поля могут перемещаться практически
60 свободно.
70 91В этом случае, в цепи с полупроводниковым0
80 материалом по мере повышения температуры полупроводника
90 будет нарастать электрический ток. Этот ток связан не
1013.2. Вывод законов Ома и Джоуля – Ленца в0 только с движением электронов в зоне проводимости, но и
классической теории электронной проводимости металлов. с появлением вакантных мест от ушедших в зону
110 проводимости электронов в валентной зоне, так
12Рис.13.2.0 называемых дырок.
130 92Вакантное место может быть занято валентным0
140 электроном из соседней пары, тогда дырка переместиться
150 на новое место в кристалле. Если полупроводник
160 помещается в электрическое поле, то в упорядоченное
170 движение вовлекаются не только свободные электроны, но
180 и дырки, которые ведут себя как положительно заряженные
190 частицы.
200 93Поэтому ток I в полупроводнике складывается из0
210 электронного In и дырочного Ip токов: I = In + Ip.
220 Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется
230 только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников.
240 Он называется собственной электрической проводимостью
25Таким образом, классическая электронная теория0 полупроводников.
объясняет существование электрического сопротивления 94Электроны забрасываются в зону проводимости с0
металлов, законы Ома и Джоуля–Ленца. Однако в ряде уровня Ферми, который оказывается в собственном
вопросов классическая электронная теория приводит к полупроводнике расположенным посередине запрещенной
выводам, находящимся в противоречии с опытом. зоны.
26Эта теория не может, например, объяснить, почему0 95Существенно изменить проводимость полупроводников0
молярная теплоемкость металлов, также как и молярная можно, введя в них очень небольшие количества примесей.
теплоемкость диэлектрических кристаллов, равна 3R В металлах примесь всегда уменьшает проводимость. Так,
(закон Дюлонга и Пти.) Классическая электронная теория добавление в чистый кремний 10?3 % атомов фосфора
не может также объяснить температурную зависимость увеличивает электропроводность кристалла в 105 раз.
удельного сопротивления металлов: Теория дает в то Небольшое добавление примеси к полупроводнику
время как из эксперимента получается зависимость ? ~ T. называется легированием. Если добавить пятивалентный
3. Однако наиболее ярким примером расхождения теории и атом фосфора в решетку кремния, то четыре валентных
опытов является сверхпроводимость. электрона фосфора вступят в связь с четырьмя соседними
2713.3. Сверхпроводимость.0 атомами кремния, у которого во внешней оболочке четыре
280 электрона, а пятый электрон атома Р может достаточно
290 легко отщепиться в результате теплового движения и
300 перейти в зону проводимости (рис. 6.11).
310 96Необходимым условием резкого уменьшения удельного0
32Лекция 14. ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ПРОВОДНИКОВ.0 сопротивления полупроводника при введении примесей
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦАХ ПРОВОДНИКОВ 14.1. является отличие валентности атомов примеси от
Эмиссия электронов из проводников 14.1.1. валентности основных атомов кристалла. Проводимость
Термоэлектронная эмиссия 14.1.2. Холодная и взрывная полупроводников при наличии примесей называется
эмиссия 14.1.3. Фотоэлектронная эмиссия 14.2. примесной проводимостью.
Контактные явления на границе раздела двух проводников. 97Различают два типа примесной проводимости –0
3314.1. Эмиссия электронов из проводников. Электрон1 электронную и дырочную проводимости. Электронная
свободен только в границах металла. Как только он проводимость возникает, когда в кристалл германия с
пытается перейти границу «металл – вакуум», возникает четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы
кулоновская сила притяжения между электроном и (например, атомы мышьяка, As).
образовавшимся на поверхности избыточным положительным 980
зарядом. 99Четыре валентных электрона атома мышьяка включены в0
34Вблизи от поверхности образуется электронное1 образование ковалентных связей с четырьмя соседними
облако, и на границе раздела формируется двойной атомами германия. Пятый валентный электрон оказался
электрический слой с разностью потенциалов. излишним. Он легко отрывается от атома мышьяка и
35Скачки потенциала на границе металла показаны на1 становится свободным. Атом, потерявший электрон,
рисунке. В занятом металлом объеме образуется превращается в положительный ион, расположенный в узле
потенциальная энергетическая яма Так как в пределах кристаллической решетки.
металла электроны свободны, и их энергия взаимодействия 100Примесь из атомов с валентностью, превышающей0
с узлами решетки равна нулю. За пределами металла валентность основных атомов полупроводникового
электрон приобретает энергию W0. Это энергия кристалла, называется донорской примесью. В результате
притяжения, поэтому. ее введения в кристалле появляется значительное число
36Для того, чтобы покинуть металл, электрон должен0 свободных электронов. Это приводит к резкому уменьшению
преодолеть потенциальный барьер и совершить работу удельного сопротивления полупроводника – в тысячи и
(14.1.1) Эту работу называют работой выхода электрона даже миллионы раз. Удельное сопротивление проводника с
из металла. Для ее совершения электрону необходимо большим содержанием примесей может приближаться к
сообщить достаточную энергию. удельному сопротивлению металлического проводника.
3714.1.1. Термоэлектронная эмиссия. Величина работы0 101Такая проводимость, обусловленная свободными0
выхода зависит от химической природы вещества, от его электронами, называется электронной, а полупроводник,
термодинамического состояния и от состояния поверхности обладающий электронной проводимостью, называется
раздела. Если энергия, достаточная для совершения полупроводником n-типа.
работы выхода, сообщается электронам путем нагревания, 102Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл0
то процесс выхода электронов из металла называют германия введены трехвалентные атомы (например, атомы
термоэлектронной эмиссией. индия, In).
38Явление испускания электронов нагретыми телами0 103На рис. показан атом индия, который создал с0
(эмиттерами) в вакуум называется термоэлектронной помощью своих валентных электронов ковалентные связи
эмиссией. лишь с тремя соседними атомами германия. На образование
39Нагрев необходим для того, чтобы энергии теплового0 связи с четвертым атомом германия у атома индия нет
движения электрона было достаточно для преодоления сил электрона. Этот недостающий электрон может быть
кулоновского притяжения между отрицательно заряженным захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних
электроном и индуцируемым им на поверхности металла атомов германия. В этом случае атом индия превращается
положительным зарядом при удалении с поверхности. Кроме в отрицательный ион, расположенный в узле
того, при достаточно высокой температуре над кристаллической решетки, а в ковалентной связи соседних
поверхностью металла создается отрицательно заряженное атомов образуется вакансия.
электронное облако, препятствующее выходу электрона с 104Примесь атомов, способных захватывать электроны,0
поверхности металла в вакуум. называется акцепторной примесью. В результате введения
40Явление термоэлектронной эмиссии открыто в 1883 г.0 акцепторной примеси в кристалле разрывается множество
знаменитым американским изобретателем Эдисоном. Это ковалентных связей и образуются вакантные места
явление наблюдалось им в вакуумной лампе с двумя (дырки). На эти места могут перескакивать электроны из
электродами – анодом, имеющим положительный потенциал, соседних ковалентных связей, что приводит к
и катодом с отрицательным потенциалом. Катодом лампы хаотическому блужданию дырок по кристаллу.
может служить нить из тугоплавкого металла (вольфрам, 105Концентрация дырок в полупроводнике с акцепторной0
молибден, тантал и др.), нагреваемая электрическим примесью значительно превышает концентрацию электронов,
током. Такая лампа называется вакуумным диодом. которые возникли из-за механизма собственной
410 электропроводности полупроводника: np >> nn.
42Если катод холодный, то ток в цепи катод – анод0 Проводимость такого типа называется дырочной
практически отсутствует. При повышении температуры проводимостью. Примесный полупроводник с дырочной
катода в цепи катод – анод появляется электрический проводимостью называется полупроводником p-типа.
ток, который тем больше, чем выше температура катода. Основными носителями свободного заряда в
При постоянной температуре катода ток в цепи катод – полупроводниках p-типа являются дырки.
анод возрастает с повышением разности потенциалов U 106В современной электронной технике полупроводниковые0
между катодом и анодом и выходит к некоторому приборы играют исключительную роль. За последние три
стационарному значению, называемому током насыщения Iн. десятилетия они почти полностью вытеснили
При этом все термоэлектроны, испускаемые катодом, электровакуумные приборы. В любом полупроводниковом
достигают анода. Величина тока анода не пропорциональна приборе имеется один или несколько электронно-дырочных
U, и поэтому для вакуумного диода закон Ома не переходов. Электронно-дырочный переход (или
выполняется. n–p-переход) – это область контакта двух
43На рисунке показаны схема вакуумного диода и1 полупроводников с разными типами проводимости.
вольт-амперные характеристики (ВАХ) Ia(Ua) Uз– Электронно-дырочный переход.
задерживающее напряжение при котором I = 0 Iн – ток 107Электронно-дырочный переход. Таким образом, на0
насыщения, при котором все электроны, испускаемые границе полупроводников образуется двойной
катодом достигают анода. электрический слой, электрическое поле которого
4414.1.2. Холодная и взрывная эмиссия. Электронную0 препятствует процессу диффузии электронов и дырок
эмиссию, вызываемую действием сил электрического поля навстречу друг другу.
на свободные электроны в металле, называют холодной или 108Способность n–p-перехода пропускать ток практически0
автоэлектронной эмиссией. Для этого должна быть только в одном направлении используется в приборах,
достаточной напряженность поля и должно выполняться которые называются полупроводниковыми диодами.
условие (6.1.2) здесь d – толщина двойного Полупроводниковые диоды изготавливаются из кристаллов
электрического слоя на границе раздела сред. кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c
45Автоэлектронную эмиссию можно наблюдать в хорошо0 каким-либо типом проводимости вплавляют примесь,
откачанной вакуумной трубке, катодом которой служит обеспечивающую другой тип проводимости.
острие, а анодом – обычный электрод с плоской или мало 109Типичная вольт - амперная характеристика0
изогнутой поверхностью. кремниевого диода.
46Напряженность электрического поля на поверхности0 110Электронно-дырочный переход. Транзистор.0
острия с радиусом кривизны r и потенциалом U Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя
относительно анода равна. n–p-переходами называются транзисторами. Транзисторы
47При и что приводит к появлению слабого тока,0 бывают двух типов: p–n–p-транзисторы и
обусловленного автоэлектронной эмиссией с поверхности n–p–n-транзисторы.
катода. Сила эмиссионного тока быстро нарастает с 111Электронно-дырочный переход. Транзистор. В0
повышением разности потенциалов U. Катод специально не транзисторе n–p–n-типа основная германиевая пластинка
разогревается, поэтому эмиссия и называется холодной. обладает проводимостью p-типа, а созданные на ней две
Закон Чайльда - Ленгмюра. области – проводимостью n-типа. В транзисторе p – n – p
48Плотность тока АЭЭ равна где – коэффициент0 – типа всё наоборот. Пластинку транзистора называют
пропорциональности, определяемый геометрией и базой (Б), одну из областей с противоположным типом
материалом катода. Проще говоря, закон Чайльда-Ленгмюра проводимости – коллектором (К), а вторую – эмиттером
показывает, что плотность тока пропорциональна (закон (Э).
трех вторых). 1120
49Электронная микрофотография эмиттера с острийной0 113Электронно-дырочный переход. Транзистор.0
поверхностью, полученного в г. Дубне с использованием 114Сверхпроводимость. Существует одно явление,0
современных трековых методик. Острия – конусы высотой механизм которого оказалось возможным объяснить лишь в
6,6 мкм, диаметром 1,5 мкм. Радиус кривизны вершины 0,1 рамках квантовой теории. В 1908 г. голландскому физику
мкм. Концентрация 107 см?2. Г. Камерлинг-Оннесу удалось получить жидкий гелий с
50Взрывная электронная эмиссия (ВЭЭ). При плотности0 температурой кипения 4,44 К. Метод получения жидкого
тока 108 А/см2 и большой концентрации энергии 104 гелия оказался очень сложным и малоэффективным, и в
Дж?м–1 микроострия начинают взрываться и разрушаться. течение долгого времени лишь лаборатория
Инициируется качественно иной вид эмиссии, Камерлинг-Оннеса в Лейдине производила жидкий гелий.
обусловленный взрывом микроострий на катоде. Ток При некоторой определенной температуре Tкр, различной
электронов, на порядки превосходит начальный ток ААЭ – для разных веществ, удельное сопротивление скачком
наблюдается взрывная электронная эмиссия (ВЭЭ). ВЭЭ уменьшается до нуля.
была открыта и изучена в Томском политехническом 115Изучая поведение сопротивления ртути, охлаждаемой0
институте в 1966 г. коллективом сотрудников под до гелиевых температур, Камерлинг-Оннес в 1911 г.
руководством Г.А. Месяца. впервые в мире наблюдал исчезновение сопротивления
51ВЭЭ – это единственный вид электронной эмиссии,1 ртути практически до нуля. Это явление было названо
позволяющий получить потоки электронов мощностью до 10 сверхпроводимостью. Камерлинг-Оннес писал: «При 4,3 К
13 Вт с плотностью тока до 109 А/см2. Ток ВЭЭ необычен сопротивление ртути уменьшается до 0,084 Ом, что
по структуре. Он состоит из отдельных порций электронов составляет 0,0021 от значения сопротивления, которое
1011 ? 1012 штук, имеющих характер электронных лавин, имела бы твердая ртуть при 0 ?С (39,7 Ом). Обнаружено,
получивших название эктонов (начальные буквы «explosive что при 3 К сопротивление падает ниже 3?10-6 Ом, что
centre»). Время образования лавин 10?9 ? 10?8 с. составляет 10-7 от значения при 0 ?С». Отметим, что
52Появление электронов в эктоне вызвано быстрым1 температурный интервал, в котором сопротивление
перегревом микроучастков катода и является, по уменьшалось до нуля, очень узок, и для некоторых
существу, разновидностью термоэлектронной эмиссии. металлов он составляет лишь 10-3 К.
Прекращение эмиссии электронов в эктоне обусловлено 116В 1957 г. Дж. Бардином, Л. Купером, Дж. Шрифером0
охлаждением зоны эмиссии за счет теплопроводности, дано квантово-механическое объяснение природы
уменьшения плотности тока, испарения атомов. сверхпроводимости (теория БКШ). Было показано, что хотя
53Существование эктона проявляется в образовании1 между электронами действуют силы кулоновского
кратера на поверхности катода. Взрывная эмиссия отталкивания, тем не менее в твердых телах при
электронов и эктоны играют фундаментальную роль в температуре перехода в сверхпроводящее состояние Тс –
вакуумных искрах и дугах, в разрядах низкого давления, критической температуре, между электронами начинают
в сжатых и высокопрочных газах, в микропромежутках, действовать силы притяжения, обусловленные обменом
т.е. там, где в наличии есть электрическое поле высокой фононами между электронами.
напряженности на поверхности катода. 117Фононы – кванты упругих колебаний кристаллической0
54Явление взрывной электронной эмиссии послужило0 решетки. Это притяжение приводит к образованию
основой для создания импульсных электрофизических связанных электронных пар – куперовских пар. Пары
установок, таких как сильноточные ускорители электронов уже не являются фермионами, и для них уже не
электронов, мощные импульсные и рентгеновские действует принцип запрета Паули. Спаренные электроны
устройства, мощные релятивистские сверхвысокочастотные являются бозонами – частицами с нулевым спином, и
генераторы. Например, импульсные ускорители электронов стремятся сконденсироваться. В результате такой
имеют мощность 1013 Вт и более при длительности конденсации образуется электрически заряженная,
импульсов 10?10 ? 10?6 с, токе электронов 106 А и сверхтекучая электронная жидкость, обладающая
энергии электронов 104 ? 107 эВ. Такие пучки широко свойствами сверхпроводимости.
используются для исследований в физике плазмы, 118Сверхпроводящее состояние является макроскопическим0
радиационной физике и химии, для накачки газовых квантовым состоянием металла Электрон, движущийся среди
лазеров и пр. положительно заряженных ионов, поляризует решетку т.е.
5514.1.3. Фотоэлектронная эмиссия. Фотоэлектронная0 электростатическими силами притягивает к себе ближайшие
эмиссия (фотоэффект) заключается в «выбивании» ионы. Благодаря такому смещению ионов в окрестности
электронов из металла при действии на него траектории электрона локально возрастает плотность
электромагнитного излучения. положительного заряда. Второй электрон, движущийся
56Схема установки для исследования фотоэффекта и ВАХ0 вслед за первым, будет притягиваться областью с
аналогичны термоэмиссии. Здесь, вместо разогрева избыточным положительным зарядом. В результате
катода, на него направляют поток фотонов или - квантов. косвенным образом за счет взаимодействия с решеткой
57В физических приборах, регистрирующих – излучение,1 между электронами 1 и 2 возникают силы
используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Схема притяжения(связанная куперовская пара).
прибора приведена на рисунке. 119Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают0
58В ФЭУ используют два эмиссионных эффекта:1 исключительными свойствами. Практически наиболее важным
фотоэффект и вторичную электронную эмиссию, которая их них является способность длительное время (многие
заключается в выбивании электронов из металла при годы) поддерживать без затухания электрический ток,
бомбардировке последнего другими электронами. Электроны возбужденный в сверхпроводящей цепи. Научный интерес к
выбиваются светом из фотокатода (ФК). Ускоряясь между сверхпроводимости возрастал по мере открытия новых
ФК и первым эмиттером (КС1), они приобретают энергию, материалов с более высокими критическими температурами.
достаточную, чтобы выбить большее число электронов из 120Значительный шаг в этом направлении произошел в0
следующего эмиттера. 1986 году, когда было обнаружено, что у одного сложного
59Умножение электронов происходит за счет увеличения1 керамического соединения Tкр = 35 K. Уже в следующем
их числа при последовательном прохождении разности 1987 году физики сумели создать новую керамику с
потенциалов между соседними эмиттерами. Последний критической температурой 98 К, превышающей температуру
электрод называют коллектором. Регистрируют ток между жидкого азота (77 К). Явление перехода веществ в
последним эмиттером и коллектором. Таким образом, ФЭУ сверхпроводящее состояние при температурах, превышающих
служит усилителем тока, а последний пропорционален температуру кипения жидкого азота, было названо
излучению, попадающему на фотокатод, что и используют высокотемпературной сверхпроводимостью. В 1988 году
для оценки радиоактивности. было создано керамическое соединение на основе
6014.2. Контактные явления на границе раздела двух1 элементов Tl–Ca–Ba–Cu–O с критической температурой 125
проводников. Как показывает опыт, на контакте двух К.
различных металлов образуется двойной электрический 121Следует отметить, что до настоящего времени0
слой и соответствующая разность потенциалов: механизм высокотемпературной сверхпроводимости
61Появление двойного электрического слоя обусловлено1 керамических материалов до конца не выяснен.
различием работ выхода электронов из металлов. Чем она 122Электрический ток в электролитах. Электролиты.0
больше, тем меньше вероятность перехода электронами Носители зарядов в электролитах. Электролиз.
границы раздела. Поэтому со стороны металла с большей Электролитическая диссоциация. Закон Фарадея для
работой выхода накапливается отрицательный заряд, а с электролиза. Объединенный закон Фарадея для
противоположной – положительный. электролиза.
62Это явление наблюдалось итальянским физиком1 123Электролитами принято называть проводящие среды, в0
Алессандро Вольта (1745 – 1827), который сформулировал которых протекание электрического тока сопровождается
два экспериментальных закона, известных как законы переносом вещества. Носителями свободных зарядов в
Вольта. электролитах являются положительно и отрицательно
63Законы Вольты 1. На контакте двух разных металлов0 заряженные ионы.
возникает разность потенциалов, которая зависит от 124Основными представителями электролитов, широко0
химической природы и от температуры спаев. 2. Разность используемыми в технике, являются водные растворы
потенциалов на концах последовательно соединенных неорганических кислот, солей и оснований. Прохождение
проводников не зависит от промежуточных проводников и электрического тока через электролит сопровождается
равна разности потенциалов, возникающей при соединении выделением веществ на электродах. Это явление получило
крайних проводников при той же температуре (закон название электролиза.
последовательных контактов Вольта). 125Электролиз. Это совокупность процессов, протекающих0
64Ряд Вольты. Потенциал каждого последующего металла0 в растворе или расплаве электролита, при пропускании
в этом ряду ниже потенциала предыдущего. Опыт Вольты по через него электрического тока. Электролиз является
доказательству существования контактной разности одним из важнейших направлений в электрохимии.
потенциалов. 126Электрический ток в электролитах представляет собой0
65Результаты эксперимента можно объяснить с позиции0 перемещение ионов обоих знаков в противоположных
классической электронной теории. Если принять, что направлениях. Положительные ионы движутся к
потенциал за пределами металла равен нулю, то энергия отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы –
электрона внутри металла с потенциалом ?i определится к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков
выражением (14.2.1). появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в
66При соединении двух разных металлов с работами1 результате расщепления части нейтральных молекул. Это
выхода и возникает избыточный переход электронов из явление называется электролитической диссоциацией.
второго металла в первый, так как. 127Закон электролиза был экспериментально установлен0
67В результате концентрация электронов n1 в металле 11 английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. Закон
увеличивается, по сравнению с n2, что порождает Фарадея определяет количества первичных продуктов,
обратный избыточный поток электронного газа за счет выделяющихся на электродах при электролизе: Масса m
диффузии, противоположный потоку, обусловленному вещества, выделившегося на электроде, прямо
разностью работ выхода. пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:
68Установившуюся разность потенциалов можно найти из0 m = kQ = kIt. Величину k называют электрохимическим
выражения: Явление возникновения контактной разности эквивалентом.
потенциалов и ее зависимость от температуры называют 128Так как заряд иона равен произведению валентности0
прямым термоэлектрическим эффектом или эффектом вещества n на элементарный заряд e (q0 = ne), то
Зеебека. выражение для электрохимического эквивалента k можно
69Эффект Зеебека (прямой термоэлектрический эффект)0 записать в виде : F = eNA – постоянная Фарадея. F = eNA
заключается в появлении разности потенциалов в = 96485 Кл / моль.
термопарах. 129Постоянная Фарадея численно равна заряду, который0
70Эффективная демонстрация термоэлектрического тока0 необходимо пропустить через электролит для выделения на
может быть осуществлена в опыте, приведенном на рис. электроде одного моля одновалентного вещества.
Толстая U-образная медная дуга перекрывается коротким Объединенный закон Фарадея для электролиза приобретает
мостиком 1?2 из константана или железа. Место спая 1 вид:
разогревается. Электромагнит, питаемый током 130* Электролитические процессы *классифицируются0
термоэлемента, способен удержать гирю весом в несколько следующим образом: получение неорганических
килограммов. веществ(водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)
71Схема термопары состоящей из спая двух разных1 получение металлов(литий, натрий, калий, бериллий,
металлов 1 и 2, показана на рисунке. На концах магний, цинк, алюминий, медь и т.д.) очистка
термопары возникает термоЭДС : (14.2.2) где Тг – металлов(медь, серебро,…) получение металлических
температура горячего спая и Тx – температура холодного сплавов получение гальванических покрытий обработка
спая. поверхностей металлов(азотирование, борирование,
72Таким образом – термоЭДС термопары: – постоянная0 электрополировка, очистка) получение органических
термопары: веществ электродиализ и обессоливание воды нанесение
73Эффектом Пельтье обратный термоэлектрический0 пленок при помощи электрофореза.
эффект. Он заключается в том, что при пропускании тока 131Практическое применение электролиза.0
через термопару, ее спай поглощает или выделяет тепло в Электрохимические процессы широко применяются в
зависимости от направления тока. Количество различных областях современной техники, в аналитической
поглощенного тепла пропорционально плотности тока. химии, биохимии и т. д. В химической промышленности
(6.2.4) где П12 – коэффициент Пельтье, зависящий от электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и
материала контактирующих металлов. перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически
74Применение термопар.1 чистые водород и кислород и т. д. При этом одни
75Общие сведения. Термопары относятся к классу4 вещества получают путем восстановления на катоде
термоэлектрических преобразователей, принцип действия (альдегиды, парааминофенол и др.), другие
которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты,
разнородных металлов, образующих замкнутую перманганат калия и др.). Электролиз в гидрометаллургии
электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т1 является одной из стадий переработки металлсодержащего
не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток. сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.
76Таким образом, термопара может образовывать3 Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами
устройство, использующее термоэлектрический эффект для - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми -
измерения температуры. В сочетании с процесс электроэкстракции. Главной задачей при
электроизмерительным прибором термопара образует электрорафинировании металлов является обеспечения
термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или необходимой чистоты катодного металла при приемлемых
электронную измерительную систему подключают либо к энергетических расходах.
концам термоэлектродов (рис. 2,а), либо в разрыв одного 132В цветной металлургии электролиз используется для0
из них (рис. 2,б). извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом
771 расплавленных сред получают алюминий, магний, титан,
78В местах подключения проводников термопары к3 цирконий, уран, бериллий и др. Для рафинирования
измерительной системе возникают дополнительные (очистки) металла электролизом из него отливают
термоЭДС. В результате их действия на вход пластины и помещают их в качестве анодов в
измерительной системы фактически поступает сумма электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий
сигналов от рабочей термопары и от «термопар», очистке, подвергается анодному растворению, т. е.
возникших в местах подключения. Существуют различные переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы
способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них металла разряжаются на катоде, благодаря чему
является поддержание температуры холодного спая образуется компактный осадок уже чистого металла.
постоянной. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются
79Основные параметры термопар промышленного типа.2 нерастворимыми, либо переходят в электролит и
80Зависимость эдс.2 удаляются. Cхема электролитического рафинирования меди.
81Электронные термометры. Отечественная3 133Гальванотехника – область прикладной электрохимии,0
промышленность выпускает электронные термометры для занимающаяся процессами нанесения металлических
измерения температуры контактным способом. Так, покрытий на поверхность как металлических, так и
например, одно из отечественных предприятий наладило неметаллических изделий при прохождении постоянного
производство серии измерителей температуры, каждый из электрического тока через растворы их солей.
которых состоит из электронного блока и набора сменных Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и
датчиков температуры, представляющих собой стандартные гальванопластику. Гальваностегия (от греч. покрывать) –
хромель-алюмелевые термопары (тип К). это электроосаждение на поверхность металла другого
82Внешний вид. Миниатюрный и контактный термометр.3 металла, который прочно связывается (сцепляется) с
83Достоинства и недостатки. Надежность конструкции3 покрываемым металлом (предметом), служащим катодом
датчика, возможность работы в широком диапазоне электролизера. Перед покрытием изделия необходимо его
температур, дешевизна, простота, удобство монтажа, поверхность тщательно очистить (обезжирить и
возможность измерения локальной температуры, малая протравить), в противном случае металл будет осаждаться
инерционность. Необходимость поддержания температуры неравномерно, а кроме того, сцепление (связь) металла
холодного спая постоянной и нелинейность на некоторых покрытия с поверхностью изделия будет непрочной.
участках. Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким
84Применение. Измерение температур с помощью термопар2 слоем золота или серебра, хрома или никеля. С помощью
получило широкое распространение для измерения электролиза можно наносить тончайшие металлические
температуры различных объектов, а также в покрытия на различных металлических поверхностях. При
автоматизированных системах управления и контроля. таком способе нанесения покрытий, деталь используют в
85Электрический ток в полупроводниках. Качественное0 качестве катода, помещенного в раствор соли того
отличие полупроводников от металлов. металла, покрытие из которого необходимо получить. В
Электронно-дырочный механизм проводимости чистых качестве анода используется пластинка из того же
беспримесных полупроводников. Электронная и дырочная металла.
проводимость примесных полупроводников. Донорные и 134Гальванопластика – получение путем электролиза0
акцепторные примеси. Электронно-дырочный переход. точных, легко отделяемых металлических копий
Полупроводниковый диод. Транзистор. относительно значительной толщины с различных как
86К числу полупроводников относятся многие химические0 неметаллических, так и металлических предметов,
элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и называемых матрицами. С помощью гальванопластики
др.), огромное количество сплавов и химических изготовляют бюсты, статуи и т. д. Гальванопластика
соединений. Почти все неорганические вещества используется для нанесения сравнительно толстых
окружающего нас мира – полупроводники. Самым металлических покрытий на другие металлы (например,
распространенным в природе полупроводником является образование "накладного" слоя никеля,
кремний, составляющий около 30 % земной коры. серебра, золота и т. д.).
87Качественное отличие полупроводников от металлов0 135Кроме указанных выше, электролиз нашел применение и0
проявляется прежде всего в зависимости удельного в других областях: получение оксидных защитных пленок
сопротивления от температуры. на металлах (анодирование); электрохимическая обработка
88Зонная модель электронно-дырочной проводимости0 поверхности металлического изделия (полировка);
полупроводников. При образовании твердых тел возможна электрохимическое окрашивание металлов (например, меди,
ситуация, когда энергетическая зона, возникшая из латуни, цинка, хрома и др.); очистка воды – удаление из
энергетических уровней валентных электронов исходных нее растворимых примесей. В результате получается так
атомов, оказывается полностью заполненной электронами, называемая мягкая вода (по своим свойствам
а ближайшие, доступные для заполнения электронами приближающаяся к дистиллированной); электрохимическая
энергетические уровни отделены от валентной зоны заточка режущих инструментов (например, хирургических
промежутком неразрешенных энергетических состояний – ножей, бритв и т.д.).
так называемой запрещенной зоной. 1360
89Выше запрещенной зоны расположена зона разрешенных0 137Лекция окончена. Сегодня: вторник, 1 ноября 2011 г.0
для электронов энергетических состояний – зона 1380
проводимости. Зона проводимости при 0 К полностью
138 «Электронная проводимость металлов» | Электронная проводимость металлов 43
http://900igr.net/fotografii/khimija/Elektronnaja-provodimost-metallov/Elektronnaja-provodimost-metallov.html
cсылка на страницу
Урок

Химия

64 темы
Фото
Презентация: Электронная проводимость металлов | Тема: Свойства металлов | Урок: Химия | Вид: Фото
900igr.net > Презентации по химии > Свойства металлов > Электронная проводимость металлов