Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. (ГУАП)

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: доклад по биологии, курсовики скачать бесплатно
| Добавил(а) на сайт: Jarnyj.

4) октаэдрическая структура Kr = 6.

5) тетраэдрическая Ge, Pb, ?-Sn

6) гексагональная Mg, Be, Cd, Ru, Os.
Решетки металлов, принадлежащих одной подгруппе периодической системы, обычно являются одинаковыми. Железо может кристаллизоваться в гранецентрированную и в объёмно центрированную.

1.3 Металлическая связь

Как особый вид связи осуществляется в жидком и твёрдом
(кристаллическом) состояниях (имеется также и аморфное состояние металлов).
В парообразном состоянии металлические атомы имеют ковалентную связь (т.е. общую электронную пару) и, следовательно, являются диэлектриками.

Элементарная решетка лития – кубическая объёмно центрированная, следовательно, надо осуществить связь по крайней мере в элементарной решетке Li9, а валентный электрон всего один и он должен находиться между всеми восемью «соседями», поэтому он должен быть делокализован. МВС (метод валентных связей) не описывает металлическую связь в кристаллах, она может быть описана только методом молекулярных орбиталей (ММО) т.е. зонной теорией твёрдого тела. Согласно зонной теории для всех металлов ширина запрещённой зоны = 0, например: Na…3s1, Mg…3s2, Al…3s23p1.
Na
В зоне столько уровней, сколько атомов объединилось в кристалле, на каждом уровне максимум 2 электрона. 100 атомов – 100 уровней, на которых может быть 200 электронов, а есть только 100 электронов, следовательно, для Na и других его аналогов, у которых содержится 1 электрон на валентном уровне, валентная зона на половину заполнена, а следовательно, внутри валентной зоны электрон может менять энергию, а значит участвовать в проводимости.
Значит валентная зона одновременно является зоной проводимости и ширина запрещённой зоны для таких металлов = 0.

Mg
Содержит 100 атомов, следовательно, 100 уровней, может быть 200 электронов, есть 200, следовательно, 3s зона (ВЗ) полностью заполнена, 3p – зона проводимости ЗП получается из 3p подуровней. В случае с Mg ЗП накладывается на ВЗ, и поэтому электрону не требуется большой энергии для перехода в эту зону (?E = 0);
Al
ВЗ полностью заполнена и ?E = 0.

1.4 Электропроводность и теплопроводность металлов
? – электропроводность
? = enu [Ом-1 см-1] 106 – 104
Электроны в металле благодаря ничтожной массе и размерам обладают значительной подвижностью. Обозначим эту подвижность через u [см2/(В с)].
Поэтому если к металлу приложить некоторую разность потенциалов, электроны начнут перемещаться от отрицательного полюса к положительному, тем самым создавая электрический ток. Удельная проводимость ? зависит от заряда электрона и концентрации носителей, которая у большинства металлов практически одинакова.
? = 1/ ? = RS/l; [Ом м]

? = h/(ke2n2/3) где: lср – длина свободного пробега электрона k – постоянная Больцмана n – концентрация h – постоянная Планка lср зависит от структуры металла. При одной и той же структуре она зависит от радиуса атомов

Чистые металлы, имеющие совершенную кристаллическую решетку, обладают наименьшим значением ?. Дефекты кристаллической решетки увеличивают сопротивление вызывая рассеяние электронов.
? = ?чист+?примесей
При повышении температуры сопротивление увеличивается и причиной этого является интенсификация колебаний кристаллической решетки. Теплопроводность изменяется параллельно электропроводности.

1.5 Влияние различных факторов на удельную электропроводность.
(1) Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры.
?Т = ?о(1+??Т)
?Т - ?о = ?о ??Т
?? = ??/(?Т) = d?/(?dT)
Для большинства металлов ?? = 1/273 = 0.004 К-1. Исключение составляют металлы, относящиеся к магнетикам: Fe, Ni, Co и для них ?? отличается в 1.5
– 2 раза.

В настоящее время известно 23 металла, которые в интервале от 0.3 до
9.22 К обладают сверхпроводимостью
Таблица 1. Положение металлов, обладающих сверхпроводимостью.
|Подуровни |
| | |плавления |кипения | | |
|лёгкие цветные металлы |
|Al |2699 |660 |2060 |211.0 |0.0265 |
|Mg |1740 |650 |1107 |157.4 |0.047 |
|Ti |4540 |1800 |3400 |14.9 |0.47 |
|тяжелые цветные металлы |
|Ni |8900 |1455 |2730 |58.6 |0.068 |
|Zn |7140 |419 |907 |111.1 |0.059 |
|Sn |7300 |232 |2270 |63.1 |0.115 |
|Cu |8960 |1083 |260 |385.2 |0.0167 |
|Pb |11340 |327 |1740 |34.6 |0.2065 |
|малые цветные металлы |
|Mo |10200 |2625 |4800 |140 |0.0517 |
|W |19350 |3377 |6000 |160 |5.03 |
|благородные цветные металлы |
|Au |19320 |1063 |2600 |311 |0.0225 |
|Ag |10490 |960 |2210 |421 |0.0159 |
|Pt |21450 |1773 |4410 |69.9 |0.109 |
|редкие металлы |
|Ge |5360 |958 |1760 |— |0.89 (при 0) |
|Nb |8570 |2420 |3700 |— |0.131 |
|Ta |11600 |2850 |5050 |54.4 |0.124 |

(2) Металлы высокой проводимости Cu, Ag, Al.
Медь (Cu), достоинства

1) малое удельное сопротивление (уступает только серебру)

2) достаточно высокая механическая прочность

3) удовлетворительная стойкость к коррозии

4) хорошая обрабатываемость (прокатывается в листы, в ленту, протягивается в проволоку)

5) относительная легкость пайки и сварки
Содержание примесей влияет на различные свойства меди. Медь марки М1 содержит 99.90% меди, примеси 0.10%, медь марки М0 содержит 99.95% меди, примеси 0.05%. Если в примесях Zn, Cd, Ag, то они снижают электропроводность на 5%, а Ni, Sn или Al – на 25 – 40%. Еще более сильное влияние оказывают примеси Be, As, Fe, Si и P, которые снижают электропроводность на 55% и более. Поэтому медь очищают различными способами: до 99.97% электролитическим способом.

В вакуумных печах получают медь, содержащую 99.99% меди. Эта медь имеет электропроводность примерно равную электропроводности Ag. Из специальной меди изготавливают детали магнетронов, аноды мощных генераторных ламп, выводы энергии приборов СВЧ, некоторые типы волноводов и генераторов; ее используют для изготовления фольгированного гетинакса, в микроэлектронике в виде осажденных на подложке пленок, играющих роль проводящих соединений между функциональными элементами схемы.

Алюминий почти в 3.5 раза легче меди. Марка А97 (0.03% примесей) используется для изготовления алюминиевой фольги и электродов. А999 (0.001% примесей). Оксидная пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое сопротивление в местах спайки, что затрудняет пайку обычными методами. Из оксидированного алюминия изготавливают различные катушки без дополнительной изоляции, но при большой толщине Al2O3 уменьшается гибкость, и увеличивается гигроскопичность.
(3) Тугоплавкие металлы

Температура плавления более 1700°С. Основными тугоплавкими металлами являются металлы, стоящие в середине периода, у которых наряду с металлическими связями есть еще и ковалентные
W
Cr
Mo
Один электрон участвует в металлической связи, т.е. делокализован, обобществлен всем кристаллом, а остальные d электроны принимают участие в ковалентной связи. Ковалентная связь прочна. Кристаллическая решетка имеет высокую энергию связи, и требуются высокие температуры, чтобы эту связь разрушить. Для этих металлов характерна высокая твердость, но в то же время они обладают низкой пластичностью. К металлам с высокой температурой плавления относятся W, Mo, Ta, Nb, Cr, V, Ti, Re, Zr; температура плавления
[1700;3500]°C. W самый тугоплавкий. Имеет высокую механическую прочность.
Используется в качестве нитей в лампах, электронных лампах, в рентгеновских трубках, используется при глубоком вакууме. Недостатки: трудная обрабатываемость и образование оксидных пленок.
(4) Благородные металлы

Не взаимодействуют (почти) с окружающей средой в связи со своей химической стойкостью
Au 99.998%
Ag 99.9999%
Pt 99.9998%
Pd 99.94%

Au – является контактным материалом для коррозионно стойких покрытий
Ag с высокой проводимостью используется в качестве высоких контактов в качестве электродов, производстве конденсаторов
Pt – для изготовления термопар, чувствительных приборов
Pd – заменитель платины (дешевле в 4-5 раз)
(5) Металлы со средним значением температуры плавления.
Fe, Ni, Co
(6) Металлы с невысокими температурами плавления.

Стоят они в нижней части периодической системы: имеют большой радиус, и, как правило, у них нет свободных (не спаренных) d-электронов, и для них характерна металлическая связь. Pb, Sn, Ga, In, Hg. Hg применяется в качестве жидких катодов.
1.8 Сплавы

Одним из важнейших свойств металлов является образование сплавов.
Расплавленные металлы растворяются друг в друге, образуя при отвердевании твердые смеси – сплавы. Металлическим сплавом называется фаза или комплекс фаз, образующихся при сплавлении металлов при условии сохранения металлических свойств: электро- и теплопроводность. В металлических сплавах сохраняются связи, т.е. и наличие свободных электронов. Если образуются ковалентные связи, то образуются интерметаллические неорганические соединения.