Daya konduksi

Teori superkonduktivitas

teori dan teori superkonduktivitas keadaan padat

orbital molekul). Dengan demikian, kebebasan elektron valensi untuk bergerak dalam suatu zat ditentukan oleh struktur molekul-kristalnya. Secara umum, menurut sifat konduktif listriknya, semua zat (dengan tingkat konvensi tertentu) dapat dibagi menjadi tiga kategori, yang masing-masing memiliki karakteristik perilaku elektron valensi di bawah pengaruh medan listrik eksternal.

Konduktor

Pada beberapa zat, elektron valensi bergerak bebas antar atom. Pertama-tama, kategori ini mencakup logam yang elektron kulit terluarnya secara harfiah merupakan “sifat umum” atom-atom kisi kristal (lihat.

ikatan kimia dan teori konduktivitas elektronik).

Jika Anda memberikan tegangan listrik pada zat tersebut (misalnya, menghubungkan kutub baterai ke kedua ujungnya), elektron akan mulai bergerak tanpa hambatan secara teratur menuju kutub selatan beda potensial, sehingga menciptakan listrik. saat ini. Zat penghantar semacam ini biasa disebut konduktor. Konduktor yang paling umum dalam teknologi, tentu saja, adalah logam, terutama tembaga dan aluminium, yang memiliki hambatan listrik minimal dan tersebar luas di alam terestrial. Dari merekalah kabel listrik tegangan tinggi dan kabel listrik rumah tangga terutama dibuat. Ada jenis bahan lain yang memiliki daya hantar listrik yang baik, seperti garam, larutan basa dan asam, serta plasma dan beberapa jenis molekul organik panjang.

Dalam hal ini, penting untuk diingat bahwa konduktivitas listrik dapat disebabkan oleh adanya tidak hanya elektron bebas dalam suatu zat, tetapi juga ion-ion senyawa kimia bebas bermuatan positif dan negatif. Khususnya, bahkan dalam air keran biasa terdapat begitu banyak garam berbeda yang terlarut, yang bila dilarutkan terurai menjadi kation bermuatan negatif dan anion bermuatan positif, sehingga air (bahkan air tawar) merupakan konduktor yang sangat baik, dan hal ini tidak boleh dilupakan saat bekerja. dengan peralatan listrik dalam kondisi kelembaban tinggi - jika tidak, Anda bisa terkena sengatan listrik yang sangat nyata.

isolator

Dalam banyak zat lain (khususnya kaca, porselen, plastik), elektron terikat erat pada atom atau molekul dan

tidak mampu bergerak bebas di bawah pengaruh tegangan listrik yang diberikan secara eksternal. Bahan seperti ini disebut isolator.

Paling sering dalam teknologi modern, berbagai plastik digunakan sebagai isolator listrik. Faktanya, plastik apa pun terdiri dari molekul polimer - yaitu rantai senyawa organik (hidrogen-karbon) yang sangat panjang - yang juga membentuk jalinan yang kompleks dan sangat kuat. Cara termudah untuk membayangkan struktur polimer adalah berupa sepiring mie panjang dan tipis yang terjerat dan saling menempel. Dalam bahan seperti itu, elektron terikat erat pada molekulnya yang sangat panjang dan tidak dapat meninggalkannya di bawah pengaruh tegangan eksternal. Zat amorf seperti kaca, porselen atau karet, yang tidak memiliki struktur kristal kaku, juga memiliki sifat insulasi yang baik. Mereka juga sering digunakan sebagai isolator listrik.

Baik konduktor maupun isolator memainkan peran penting dalam peradaban teknologi kita, yang menggunakan listrik sebagai sarana utama transmisi energi jarak jauh. Listrik dialirkan melalui konduktor dari pembangkit listrik ke rumah kita dan ke berbagai perusahaan industri, dan isolator menjamin keselamatan kita dengan melindungi kita dari konsekuensi berbahaya dari kontak langsung tubuh manusia dengan tegangan listrik tinggi.

Semikonduktor

Terakhir, ada kategori kecil unsur kimia yang menempati posisi perantara antara logam dan isolator (yang paling terkenal adalah silikon dan germanium). Dalam kisi kristal zat-zat ini, semua elektron valensi, pada pandangan pertama, dihubungkan oleh ikatan kimia dan, tampaknya, tidak ada elektron bebas yang tersisa untuk memastikan konduktivitas listrik. Namun, pada kenyataannya situasinya terlihat agak berbeda, karena beberapa elektron terlempar dari orbit terluarnya akibat gerakan termal karena energi pengikatannya dengan atom tidak mencukupi. Akibatnya, pada suhu di atas nol mutlak, mereka masih memiliki konduktivitas listrik tertentu di bawah pengaruh tegangan eksternal. Koefisien konduktivitasnya cukup rendah (silikon menghantarkan arus listrik jutaan kali lebih buruk daripada tembaga), tetapi silikon masih menghantarkan arus, meskipun tidak signifikan. Zat seperti ini disebut semikonduktor.

Ternyata dari hasil penelitian, konduktivitas listrik dalam semikonduktor tidak hanya disebabkan oleh pergerakan elektron bebas (yang disebut konduktivitas-n karena pergerakan terarah partikel bermuatan negatif). Ada juga mekanisme konduktivitas listrik kedua - dan yang sangat tidak biasa. Ketika sebuah elektron dilepaskan dari kisi kristal semikonduktor karena gerakan termal, apa yang disebut lubang terbentuk sebagai gantinya - sel struktur kristal bermuatan positif, yang setiap saat dapat ditempati oleh elektron bermuatan negatif itu telah melompat ke dalamnya dari orbit terluar atom tetangga, di mana, pada gilirannya, lubang bermuatan positif baru terbentuk. Proses seperti itu dapat berlangsung selama yang diinginkan, dan dari luar (dalam skala makroskopis) semuanya akan tampak seperti arus listrik di bawah tegangan eksternal yang disebabkan bukan oleh pergerakan elektron (yang hanya melompat dari orbit terluar suatu atom). ke orbit terluar atom tetangga), tetapi melalui migrasi terarah dari lubang bermuatan positif (defisiensi elektron) menuju kutub negatif dari beda potensial yang diterapkan. Akibatnya, jenis konduktivitas kedua diamati pada semikonduktor (yang disebut konduktivitas lubang atau p), yang tentu saja juga disebabkan oleh pergerakan elektron bermuatan negatif, tetapi dari sudut pandang makroskopis. sifat-sifat zat, tampak adanya arus yang diarahkan dari lubang-lubang bermuatan positif menuju kutub negatif.

Fenomena konduksi lubang paling mudah diilustrasikan dengan menggunakan contoh kemacetan lalu lintas. Ketika mobil yang terjebak di dalamnya bergerak maju, maka terbentuklah ruang kosong di tempatnya, yang langsung ditempati oleh mobil berikutnya, yang tempatnya langsung ditempati oleh mobil ketiga, dan seterusnya. Proses ini dapat dibayangkan dalam dua cara: Anda dapat menggambarkan pergerakan yang jarang terjadi dari masing-masing mobil di antara mereka yang berdiri dalam kemacetan panjang; Namun, lebih mudah untuk mengkarakterisasi situasi dari sudut pandang pergerakan episodik ke arah yang berlawanan dari beberapa celah di antara mobil-mobil yang terjebak dalam kemacetan lalu lintas. Dipandu oleh analogi inilah para fisikawan berbicara tentang konduktivitas lubang, dengan secara konvensional menerima begitu saja bahwa arus listrik dialirkan bukan karena pergerakan banyak elektron, tetapi jarang menggerakkan elektron bermuatan negatif, namun karena pergerakan berlawanan arah dengan elektron bermuatan positif. kekosongan di orbit luar atom semikonduktor, yang mereka sepakati untuk menyebutnya lubang. Dengan demikian, dualisme konduktivitas lubang elektron adalah murni kondisional, karena dari sudut pandang fisik, arus dalam semikonduktor ditentukan secara eksklusif oleh arah pergerakan elektron.

Semikonduktor telah menemukan aplikasi praktis yang luas dalam elektronik radio modern dan teknologi komputer karena fakta bahwa sifat konduktifnya mudah dan akurat dikontrol dengan mengubah kondisi eksternal.

teori konduktivitas elektronik

Konduktivitas listrik padatan disebabkan oleh pergerakan elektron bebas yang terarah secara kolektif

I.V.TRIGUBCHAK

Guru kimia

PELAJARAN 6
kelas 10(tahun pertama studi)

Kelanjutan. Untuk permulaan lihat Nomor 22 Tahun 2005; 1, 2, 3, 5/2006

Ikatan kimia. Struktur materi

Rencana

1. Ikatan kimia:
kovalen (non-polar, polar; tunggal, ganda, rangkap tiga);
ionik; logam; hidrogen; kekuatan interaksi antarmolekul.

2. Kisi kristal (molekuler, ionik, atom, logam).

Zat yang berbeda memiliki struktur yang berbeda pula. Dari semua zat yang diketahui sampai saat ini, hanya gas inert yang ada dalam bentuk atom bebas (terisolasi), hal ini disebabkan oleh stabilitas struktur elektroniknya yang tinggi. Semua zat lain (dan lebih dari 10 juta di antaranya diketahui saat ini) terdiri dari atom-atom yang terikat.

Ikatan kimia adalah kekuatan interaksi antara atom atau kelompok atom, yang mengarah pada pembentukan molekul, ion, radikal bebas, serta kisi kristal ionik, atom, dan logam.. Berdasarkan sifatnya, ikatan kimia adalah gaya elektrostatis. Peran utama dalam pembentukan ikatan kimia antar atom dimainkan oleh mereka elektron valensi, yaitu elektron pada tingkat terluar, yang paling tidak terikat erat pada inti. Selama transisi dari keadaan atom ke keadaan molekul, energi dilepaskan terkait dengan pengisian orbital bebas pada tingkat elektronik terluar dengan elektron ke keadaan stabil tertentu.

Ada berbagai jenis ikatan kimia.

Ikatan kovalen adalah ikatan kimia yang terjadi melalui pembagian pasangan elektron. Teori ikatan kovalen dikemukakan pada tahun 1916 oleh ilmuwan Amerika Gilbert Lewis. Sebagian besar molekul, ion molekul, radikal bebas, dan kisi kristal atom terbentuk melalui ikatan kovalen. Ikatan kovalen dicirikan oleh panjang (jarak antar atom), arah (orientasi spasial tertentu dari awan elektron selama pembentukan ikatan kimia), saturasi (kemampuan atom untuk membentuk sejumlah ikatan kovalen), energi ( jumlah energi yang harus dikeluarkan untuk memutuskan suatu ikatan kimia).

Ikatan kovalen bisa saja terjadi non-polar Dan kutub. Ikatan kovalen non polar terjadi antara atom-atom yang mempunyai keelektronegatifan (EO) yang sama (H 2, O 2, N 2, dst). Dalam hal ini, pusat kerapatan elektron total berada pada jarak yang sama dari inti kedua atom. Berdasarkan jumlah pasangan elektron yang sama (yaitu multiplisitas), ikatan kovalen tunggal, rangkap dua, dan rangkap tiga dibedakan. Jika hanya satu pasangan elektron bersama yang terbentuk antara dua atom, maka ikatan kovalen tersebut disebut ikatan tunggal. Jika dua atau tiga pasangan elektron yang sama muncul di antara dua atom, ikatan ganda akan terbentuk - rangkap dua dan rangkap tiga. Ikatan rangkap terdiri dari satu ikatan dan satu ikatan. Ikatan rangkap tiga terdiri dari satu ikatan dan dua ikatan.

Ikatan kovalen, yang selama pembentukannya daerah awan elektron yang tumpang tindih terletak pada garis yang menghubungkan inti atom, disebut - koneksi. Ikatan kovalen, yang selama pembentukannya daerah awan elektron yang tumpang tindih terletak di kedua sisi garis yang menghubungkan inti atom, disebut - koneksi.

Dapat berpartisipasi dalam pembentukan koneksi S- Dan S- elektron (H2), S- Dan P-elektron (HCl), R- Dan
R-elektron (Cl 2). Selain itu, ikatan -dapat terbentuk karena tumpang tindih orbital “murni” dan hibrid. Hanya R- Dan D-elektron.

Garis di bawah ini menunjukkan ikatan kimia pada molekul hidrogen, oksigen dan nitrogen:

dimana pasangan titik (:) merupakan pasangan elektron; “persilangan” (x) – elektron tidak berpasangan.

Jika terbentuk ikatan kovalen antara atom-atom dengan EO berbeda, maka pusat kerapatan elektron total bergeser ke arah atom dengan EO lebih tinggi. Dalam hal ini ada ikatan kovalen polar. Molekul diatomik yang dihubungkan oleh ikatan kovalen polar adalah dipol - sistem netral secara listrik di mana pusat muatan positif dan negatif terletak pada jarak tertentu satu sama lain.

Tampilan grafis ikatan kimia antara hidrogen klorida dan molekul air adalah sebagai berikut:

di mana panah menunjukkan pergeseran kerapatan elektron total.

Ikatan kovalen polar dan nonpolar terbentuk melalui mekanisme pertukaran. Selain itu, ada ikatan kovalen donor-akseptor. Mekanisme pembentukannya berbeda. Dalam hal ini, satu atom (donor) menyediakan pasangan elektron bebas, yang menjadi pasangan elektron bersama antara dirinya dan atom lain (akseptor). Ketika ikatan seperti itu terbentuk, akseptor menyediakan orbital elektron bebas.

Mekanisme pembentukan ikatan kovalen donor-akseptor diilustrasikan dengan menggunakan contoh pembentukan ion amonium:

Jadi, dalam ion amonium, keempat ikatannya bersifat kovalen. Tiga di antaranya dibentuk melalui mekanisme pertukaran, satu melalui mekanisme donor-akseptor. Keempat ikatan tersebut ekuivalen, hal ini disebabkan oleh sp 3 -hibridisasi orbital atom nitrogen. Valensi nitrogen dalam ion amonium adalah IV, karena itu membentuk empat ikatan. Akibatnya, jika suatu unsur membentuk ikatan melalui mekanisme pertukaran dan donor-akseptor, maka valensinya lebih besar daripada jumlah elektron yang tidak berpasangan dan ditentukan oleh jumlah orbital pada lapisan elektronik terluar. Khususnya untuk nitrogen, valensi tertinggi adalah empat.

Ikatan ionik – ikatan kimia antar ion akibat gaya tarik menarik elektrostatis. Ikatan ionik terbentuk antara atom-atom yang mempunyai selisih EO besar (>1,7); dengan kata lain, ini adalah ikatan antara logam tipikal dan nonlogam tipikal. Teori ikatan ion dikemukakan pada tahun 1916 oleh ilmuwan Jerman Walter Kossel. Dengan melepaskan elektronnya, atom logam berubah menjadi ion bermuatan positif - kation; atom non-logam, menerima elektron, berubah menjadi ion bermuatan negatif - anion. Terjadi tarik-menarik elektrostatik antara ion-ion yang dihasilkan, yang disebut ikatan ionik. Ikatan ionik dicirikan oleh non-arah dan non-saturasi; Untuk senyawa ionik, konsep “molekul” tidak masuk akal. Dalam kisi kristal senyawa ionik, di sekitar setiap ion terdapat sejumlah ion dengan muatan berlawanan. Senyawa NaCl dan FeS dicirikan oleh kisi kristal kubik.

Pembentukan ikatan ionik diilustrasikan di bawah ini dengan menggunakan natrium klorida sebagai contoh:

Ikatan ionik adalah kasus ekstrim dari ikatan kovalen polar. Tidak ada batas tegas di antara keduanya; jenis ikatan antar atom ditentukan oleh perbedaan keelektronegatifan unsur-unsurnya.

Ketika zat sederhana - logam - terbentuk, atom dengan mudah melepaskan elektron dari tingkat elektronik terluar. Jadi, dalam kristal logam, beberapa atomnya berada dalam keadaan terionisasi. Pada titik-titik simpul kisi kristal terdapat ion dan atom logam bermuatan positif, dan di antara keduanya terdapat elektron yang dapat bergerak bebas ke seluruh kisi kristal. Elektron ini menjadi umum bagi semua atom dan ion logam dan disebut "gas elektron". Ikatan antara semua ion logam bermuatan positif dan elektron bebas dalam kisi kristal logam disebut ikatan logam.

Kehadiran ikatan logam menentukan sifat fisik logam dan paduan: kekerasan, konduktivitas listrik, konduktivitas termal, kelenturan, keuletan, kilau logam. Elektron bebas dapat membawa panas dan listrik, sehingga merupakan alasan sifat fisik utama yang membedakan logam dari non-logam - konduktivitas listrik dan termal yang tinggi.

Ikatan hidrogen terjadi antara molekul yang mengandung hidrogen dan atom dengan EO tinggi (oksigen, fluor, nitrogen). Ikatan kovalen H–O, H–F, H–N sangat polar, sehingga kelebihan muatan positif terakumulasi pada atom hidrogen, dan kelebihan muatan negatif terakumulasi pada kutub yang berlawanan. Di antara kutub-kutub yang bermuatan berlawanan, gaya tarik-menarik elektrostatik - ikatan hidrogen - muncul. Ikatan hidrogen dapat bersifat antarmolekul atau intramolekul. Energi ikatan hidrogen kira-kira sepuluh kali lebih kecil daripada energi ikatan kovalen konvensional, namun ikatan hidrogen memainkan peran penting dalam banyak proses fisikokimia dan biologi. Secara khusus, molekul DNA adalah heliks ganda di mana dua rantai nukleotida dihubungkan oleh ikatan hidrogen.

Meja

Fitur kisi kristal	Tipe kisi
Fitur kisi kristal	Molekuler	ionik	Nuklir	Logam
Partikel di simpul kisi	Molekul	Kation dan anion	atom	Kation logam dan atom
Sifat hubungan antar partikel	Gaya interaksi antarmolekul (termasuk ikatan hidrogen)	Ikatan ionik	Ikatan kovalen	Sambungan logam
Kekuatan ikatan	Lemah	Tahan lama	Sangat tahan lama	Berbagai kekuatan
Sifat fisika khas suatu zat	Titik leleh rendah atau sublimasi, kekerasan rendah, banyak larut dalam air	Tahan api, keras, banyak larut dalam air. Larutan dan lelehan dapat menghantarkan arus listrik	Sangat tahan api, sangat keras, praktis tidak larut dalam air	Konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, kilau logam
Contoh zat	Yodium, air, es kering	Natrium klorida, kalium hidroksida, barium nitrat	Berlian, silikon, boron, germanium	Tembaga, kalium, seng, besi

Ikatan hidrogen antarmolekul antara molekul air dan hidrogen fluorida dapat digambarkan (dengan titik) sebagai berikut:

Zat dengan ikatan hidrogen memiliki kisi kristal molekul. Kehadiran ikatan hidrogen menyebabkan pembentukan ikatan molekul dan, sebagai konsekuensinya, peningkatan titik leleh dan titik didih.

Selain jenis ikatan kimia utama yang tercantum, terdapat juga kekuatan interaksi universal antara molekul apa pun yang tidak mengarah pada pemutusan atau pembentukan ikatan kimia baru. Interaksi ini disebut gaya van der Waals. Mereka menentukan daya tarik molekul suatu zat (atau berbagai zat) satu sama lain dalam keadaan agregasi cair dan padat.

Berbagai jenis ikatan kimia menentukan keberadaan berbagai jenis kisi kristal (tabel).

Zat yang terdiri dari molekul memiliki struktur molekul. Zat-zat ini mencakup semua gas, cairan, serta padatan dengan kisi kristal molekuler, misalnya yodium. Padatan dengan kisi atom, ionik, atau logam memiliki struktur non-molekul, mereka tidak memiliki molekul.

Tes pada topik “Ikatan kimia. Struktur materi"

1. Berapa banyak elektron yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia dalam molekul amonia?

a) 2; b) 6; jam 8; d) 10.

2. Padatan dengan kisi kristal ionik mempunyai ciri-ciri rendah:

a) titik leleh; b) energi ikat;

c) kelarutan dalam air; d) volatilitas.

3. Urutkan zat-zat di bawah ini berdasarkan kenaikan kepolaran ikatan kovalennya. Dalam jawaban Anda, tunjukkan urutan hurufnya.

a) S 8; b) JADI 2; c) H2S; d) SF 6.

4. Partikel apa yang membentuk kristal natrium nitrat?

a) atom Na, N, O; b) ion Na+, N 5+, O 2–;

c) molekul NaNO 3; d) Na +, NO 3 – ion.

5. Tunjukkan zat yang memiliki kisi kristal atom dalam keadaan padat:

a) berlian; b) klorin;

c) silikon(IV) oksida; d) kalsium oksida.

6. Tunjukkan molekul dengan energi pengikatan tertinggi:

a) hidrogen fluorida; b) hidrogen klorida;

c) hidrogen bromida; d) hidrogen iodida.

7. Pilih pasangan zat yang semua ikatannya bersifat kovalen:

a) NaCl, HCl; b) CO2, TIDAK;

c) CH 3 Cl, CH 3 K; d) JADI 2, TIDAK 2.

8. Di baris manakah molekul-molekul disusun berdasarkan kenaikan polaritas ikatannya?

a) HBr, HCl, HF; b) NH 3, PH 3, AsH 3;

c) H 2 Se, H 2 S, H 2 O; d) CO 2, CS 2, CSe 2.

9. Zat yang molekulnya mempunyai ikatan rangkap adalah:

a) karbon dioksida; b) klorin;

c) air; d) etanol.

10. Sifat fisika manakah yang tidak dipengaruhi oleh pembentukan ikatan hidrogen antarmolekul?

a) konduktivitas listrik;

b) kepadatan;

c) titik didih;

d) titik leleh.

Kunci ujian

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
B	G	a B C D	G	a, c	A	b, d	a, c	A	A

Permasalahan pada gas dan campuran gas

Tingkat A

1. Gas sulfur oksida pada suhu 60 °C dan tekanan 90 kPa memiliki massa jenis 2,08 g/l. Tentukan rumus oksidanya.

Menjawab. SO2.

2. Temukan fraksi volume hidrogen dan helium dalam campuran yang massa jenis relatifnya di udara adalah 0,1.

Menjawab. 55% dan 45%.

3. Kami membakar 50 liter campuran hidrogen sulfida dan oksigen dengan kepadatan hidrogen relatif 16,2. Zat yang dihasilkan dilewatkan melalui 25 ml larutan natrium hidroksida 25% (massa jenis larutan adalah 1280 kg/m3). Tentukan massa garam asam yang dihasilkan.

Menjawab. 20,8 gram.

4. Campuran natrium nitrat dan kalsium karbonat terurai secara termal. Gas yang dihasilkan (volume 11,2 l) dalam campuran memiliki kerapatan hidrogen relatif 16,5. Tentukan massa campuran awal.

Menjawab. '82

5. Pada perbandingan molar argon dan nitrogen berapakah campuran gas yang massa jenisnya sama dengan udara dapat diperoleh?

Campuran awal mengandung Ar dan N 2 .

Menurut kondisi soal (campuran) = (udara).

M(udara) = M(campuran) = 29 g/mol.

Menggunakan rasio biasa:

kita mendapatkan ekspresi berikut:

Misalkan (campuran) = 1 mol. Maka (Ar) = X mol, (N 2) = (1 – X) tikus tanah.

Menjawab. (Ar) : (N 2) = 1:11.

6. Massa jenis campuran gas yang terdiri dari nitrogen dan oksigen adalah 1,35 g/l. Temukan fraksi volume gas dalam campuran dalam%.

Menjawab. 44% dan 56%.

7. Volume campuran yang mengandung hidrogen dan klor adalah 50 ml. Setelah pembentukan hidrogen klorida, tersisa 10 ml klorin. Temukan komposisi campuran awal dalam % volume.

Menjawab. 40% dan 60%.

Menjawab. 3%.

9. Jika gas tertentu ditambahkan ke dalam campuran metana dan karbon dioksida dengan volume yang sama, massa jenis hidrogennya: a) akan meningkat; b) akan berkurang? Berikan dua contoh dalam setiap kasus.

Menjawab.
M(campuran CH 4 dan CO 2) = 30 g/mol; a) Cl 2 dan O 2; b) N 2 dan H 2.

10. Ada campuran amonia dan oksigen. Ketika gas apa ditambahkan ke dalam campuran ini, massa jenisnya adalah:
a) akan meningkat; b) akan berkurang? Berikan dua contoh dalam setiap kasus.

Menjawab.
17 < Tn(campuran NH 3 + O 2)< 32; а) Cl 2 и C 4 H 10 ; б) H 2 и Нe.

11. Berapa massa 1 liter campuran karbon dioksida dan karbon dioksida jika kandungan gas pertama 35% volume?

Menjawab. 1,7 gram.

12. 1 liter campuran karbon dioksida dan karbon dioksida di no. mempunyai massa 1,43 g Tentukan komposisi campuran dalam % volume.

Menjawab. 74,8% dan 25,2%.

tingkat B

1. Tentukan kepadatan relatif udara oleh nitrogen jika semua oksigen yang terkandung di udara diubah menjadi ozon (asumsikan udara hanya mengandung nitrogen dan oksigen).

Menjawab. 1,03.

2. Ketika gas A yang sangat umum dimasukkan ke dalam bejana kaca yang berisi gas B, yang mempunyai massa jenis sama dengan gas A, hanya pasir basah yang tersisa di dalam bejana. Identifikasi gas. Tuliskan persamaan metode laboratorium untuk memperolehnya.

Menjawab. A – O 2, B – SiH 4.
2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2,
Mg 2 Si + 4H 2 O = 2Mg(OH) 2 + SiH 4.

3. Dalam campuran gas yang terdiri dari belerang dioksida dan oksigen, dengan massa jenis relatif untuk hidrogen 24, sebagian belerang dioksida bereaksi, dan campuran gas terbentuk dengan massa jenis relatif untuk hidrogen 25% lebih besar dari massa jenis relatif campuran aslinya. . Hitung komposisi campuran kesetimbangan dalam % volume.

Menjawab. 50% JADI 3, 12,5% JADI 2, 37,5% O 2.

4. Kepadatan oksigen ozonisasi menurut ozon adalah 0,75. Berapa liter oksigen ozonasi yang diperlukan untuk membakar 20 liter metana (n.o.)?

Menjawab. 35,5 liter.

5. Ada dua bejana berisi campuran gas: a) hidrogen dan klor; b) hidrogen dan oksigen. Akankah tekanan di dalam bejana berubah ketika percikan listrik dilewatkan melalui campuran ini?

Menjawab. a) Tidak akan berubah; b) akan berkurang.

(CaSO 3) = 1 mol,

Kemudian kamu= (Ca(HCO 3) 2) = 5 mol.

Campuran gas yang dihasilkan mengandung SO 2 dan CO 2.

Menjawab. D udara (campuran) = 1,58.

7. Volume campuran karbon monoksida dan oksigen adalah 200 ml (n.s.). Setelah semua karbon monoksida dibakar dan dibawa ke kondisi normal. volume campuran dikurangi menjadi 150 ml. Berapa kali volume campuran gas berkurang setelah dimasukkan ke dalam 50 g larutan kalium hidroksida 2%?

Menjawab. 3 kali.

Ketika kisi kristal padatan terbentuk dari atom-atom berbagai zat, elektron valensi yang terletak di orbit terluar atom berinteraksi satu sama lain dengan cara yang berbeda dan, sebagai akibatnya, berperilaku berbeda ( cm. Teori pita konduktivitas zat padat dan Teori orbital molekul). Dengan demikian, kebebasan elektron valensi untuk bergerak dalam suatu zat ditentukan oleh struktur molekul-kristalnya. Secara umum, menurut sifat konduktif listriknya, semua zat (dengan tingkat konvensi tertentu) dapat dibagi menjadi tiga kategori, yang masing-masing memiliki karakteristik perilaku elektron valensi di bawah pengaruh medan listrik eksternal.

Konduktor

Pada beberapa zat, elektron valensi bergerak bebas antar atom. Pertama-tama, kategori ini mencakup logam yang elektron kulit terluarnya secara harfiah berada dalam “sifat umum” atom-atom kisi kristal ( cm. Ikatan kimia dan teori konduktivitas elektronik). Jika Anda memberikan tegangan listrik pada zat tersebut (misalnya, menghubungkan kutub baterai ke kedua ujungnya), elektron akan mulai bergerak tanpa hambatan dan teratur ke arah kutub selatan. perbedaan potensial, sehingga menciptakan arus listrik. Zat penghantar semacam ini biasa disebut konduktor. Konduktor yang paling umum dalam teknologi, tentu saja, adalah logam, terutama tembaga dan aluminium, yang memiliki hambatan listrik minimal dan tersebar luas di alam terestrial. Dari merekalah kabel listrik tegangan tinggi dan kabel listrik rumah tangga terutama dibuat. Ada jenis bahan lain yang memiliki daya hantar listrik yang baik, seperti garam, larutan basa dan asam, serta plasma dan beberapa jenis molekul organik panjang.

Dalam hal ini, penting untuk diingat bahwa konduktivitas listrik dapat disebabkan oleh adanya tidak hanya elektron bebas dalam suatu zat, tetapi juga ion-ion senyawa kimia bebas bermuatan positif dan negatif. Khususnya, bahkan dalam air keran biasa terdapat begitu banyak garam terlarut yang, ketika dilarutkan, terurai menjadi bermuatan negatif kation dan bermuatan positif anion bahwa air (bahkan air tawar) adalah konduktor yang sangat baik, dan ini tidak boleh dilupakan ketika bekerja dengan peralatan listrik dalam kondisi kelembaban tinggi - jika tidak, Anda dapat terkena sengatan listrik yang sangat mencolok.

isolator

Dalam banyak zat lain (khususnya kaca, porselen, plastik), elektron terikat erat pada atom atau molekul dan tidak mampu bergerak bebas di bawah pengaruh tegangan listrik yang diberikan secara eksternal. Bahan seperti ini disebut isolator.

Paling sering dalam teknologi modern, berbagai plastik digunakan sebagai isolator listrik. Faktanya, plastik apa pun terdiri dari molekul polimer- yaitu rantai senyawa organik (hidrogen-karbon) yang sangat panjang - yang juga membentuk jalinan timbal balik yang kompleks dan sangat kuat. Cara termudah untuk membayangkan struktur polimer adalah dalam bentuk sepiring mie panjang dan tipis yang kusut dan saling menempel. Dalam bahan seperti itu, elektron terikat erat pada molekulnya yang sangat panjang dan tidak dapat meninggalkannya di bawah pengaruh tegangan eksternal. Mereka juga memiliki sifat isolasi yang baik. amorf zat seperti kaca, porselen atau karet yang tidak memiliki struktur kristal kaku. Mereka juga sering digunakan sebagai isolator listrik.

Semikonduktor

Terakhir, ada kategori kecil unsur kimia yang menempati posisi perantara antara logam dan isolator (yang paling terkenal adalah silikon dan germanium). Dalam kisi kristal zat-zat ini, semua elektron valensi, pada pandangan pertama, dihubungkan oleh ikatan kimia, dan tampaknya tidak ada elektron bebas yang tersisa untuk memastikan konduktivitas listrik. Namun, pada kenyataannya situasinya terlihat agak berbeda, karena beberapa elektron terlempar dari orbit terluarnya akibat gerakan termal karena energi pengikatannya dengan atom tidak mencukupi. Akibatnya, pada suhu di atas nol mutlak, mereka masih memiliki konduktivitas listrik tertentu di bawah pengaruh tegangan eksternal. Koefisien konduktivitasnya cukup rendah (silikon menghantarkan arus listrik jutaan kali lebih buruk daripada tembaga), tetapi silikon masih menghantarkan arus, meskipun tidak signifikan. Zat yang demikian disebut semikonduktor.

Ternyata dari hasil penelitian, konduktivitas listrik dalam semikonduktor tidak hanya disebabkan oleh pergerakan elektron bebas (yang disebut n-konduktivitas karena pergerakan terarah partikel bermuatan negatif). Ada juga mekanisme konduktivitas listrik kedua - dan yang sangat tidak biasa. Ketika sebuah elektron dilepaskan dari kisi kristal semikonduktor karena pergerakan termal, yang disebut lubang- sel struktur kristal bermuatan positif, yang sewaktu-waktu dapat ditempati oleh elektron bermuatan negatif yang melompat ke dalamnya dari orbit terluar atom tetangga, di mana, pada gilirannya, lubang baru bermuatan positif terbentuk. Proses seperti itu dapat berlanjut selama yang diinginkan - dan dari luar (dalam skala makroskopis) semuanya akan tampak seperti arus listrik di bawah tegangan eksternal yang disebabkan bukan oleh pergerakan elektron (yang hanya melompat dari orbit terluar satu atom). ke orbit terluar atom tetangga), tetapi melalui migrasi terarah dari lubang bermuatan positif (defisiensi elektron) menuju kutub negatif dari beda potensial yang diterapkan. Akibatnya, jenis konduktivitas kedua diamati pada semikonduktor (yang disebut lubang atau P-daya konduksi), tentu saja, juga disebabkan oleh pergerakan elektron bermuatan negatif, tetapi, dari sudut pandang sifat makroskopis materi, tampaknya merupakan arus yang diarahkan dari lubang bermuatan positif menuju kutub negatif.

Fenomena konduksi lubang paling mudah diilustrasikan dengan menggunakan contoh kemacetan lalu lintas. Ketika mobil yang terjebak di dalamnya bergerak maju, maka terbentuklah ruang kosong di tempatnya, yang langsung ditempati oleh mobil berikutnya, yang tempatnya langsung ditempati oleh mobil ketiga, dan seterusnya. Proses ini dapat dibayangkan dengan dua cara: seseorang dapat menggambarkan jarangnya kemajuan mobil individu dari jumlah orang yang terjebak dalam kemacetan panjang; Namun, lebih mudah untuk mengkarakterisasi situasi ini dari sudut pandang kemajuan episodik yang berlawanan arah dengan beberapa kemajuan kekosongan antar mobil yang terjebak kemacetan. Dipandu oleh analogi inilah para fisikawan berbicara tentang konduktivitas lubang, dengan secara konvensional menerima begitu saja bahwa arus listrik dialirkan bukan karena pergerakan banyak elektron, tetapi jarang menggerakkan elektron bermuatan negatif, namun karena pergerakan berlawanan arah dengan elektron bermuatan positif. kekosongan pada orbit terluar atom semikonduktor, yang mereka sepakati untuk menyebutnya “lubang”. Jadi, dualisme konduktivitas lubang elektron adalah murni kondisional, karena dari sudut pandang fisik, arus dalam semikonduktor, bagaimanapun juga, ditentukan secara eksklusif oleh arah pergerakan elektron.

Semua zat, menurut kemampuannya menghantarkan arus listrik, secara konvensional dibagi menjadi konduktor dan dielektrik. Semikonduktor menempati posisi perantara di antara keduanya. Konduktor dipahami sebagai zat yang di dalamnya terdapat pembawa muatan bebas yang dapat bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Konduktor adalah logam, larutan atau garam cair, asam dan basa. Logam, karena sifat konduktivitas listriknya yang unik, banyak digunakan dalam teknik kelistrikan. Kabel tembaga dan aluminium terutama digunakan untuk mentransmisikan listrik, dan dalam kasus luar biasa, perak. Sejak tahun 2001. Pengkabelan listrik seharusnya dilakukan hanya dengan kabel tembaga. Kabel aluminium masih digunakan karena biayanya yang rendah, serta dalam kasus di mana penggunaannya sepenuhnya dibenarkan dan tidak menimbulkan bahaya. Kabel aluminium disetujui untuk memberi daya pada konsumen alat tulis dengan daya terjamin yang diketahui sebelumnya, misalnya pompa, AC, kipas angin, stopkontak rumah tangga dengan beban hingga 1 kW, serta untuk kabel listrik eksternal (saluran udara, kabel bawah tanah, dll.). Hanya berbahan dasar tembaga kabel diperbolehkan di rumah. Logam dalam keadaan padat memiliki struktur kristal. Partikel-partikel dalam kristal tersusun dalam urutan tertentu, membentuk kisi spasial (kristal). Ion positif terletak di simpul kisi kristal, dan elektron bebas bergerak di ruang di antara mereka, yang tidak terikat pada inti atomnya. Aliran elektron bebas disebut gas elektron. Dalam kondisi normal, logam bersifat netral secara listrik, karena. total muatan negatif semua elektron bebas sama nilai absolutnya dengan muatan positif semua ion kisi. Pembawa muatan bebas dalam logam adalah elektron. Konsentrasinya cukup tinggi. Elektron-elektron ini berpartisipasi dalam pergerakan termal acak. Di bawah pengaruh medan listrik, elektron bebas mulai bergerak teratur di sepanjang konduktor.fakta bahwa elektron dalam logam berfungsi sebagai pembawa arus listrik dibuktikan dengan eksperimen sederhana oleh fisikawan Jerman Karl Ricke pada tahun 1899. Dia mengambil tiga silinder dengan radius yang sama: tembaga , aluminium dan tembaga, ditempatkan satu per satu, ditekan dengan ujungnya dan dimasukkan ke dalam jalur trem, kemudian dialirkan arus listrik melaluinya selama lebih dari setahun.Setelah itu, dia memeriksa titik kontak silinder logam tersebut. dan tidak menemukan atom aluminium dalam tembaga, tetapi tidak menemukan atom tembaga dalam aluminium, mis. tidak ada difusi. Dari sini ia menyimpulkan bahwa ketika arus listrik melewati suatu konduktor, ion-ion tetap tidak bergerak, dan hanya elektron bebas yang bergerak, yang sama untuk semua zat dan tidak berhubungan dengan perbedaan sifat fisikokimianya. Jadi, arus listrik dalam konduktor logam adalah pergerakan teratur elektron bebas di bawah pengaruh medan listrik. Kecepatan pergerakan ini kecil - beberapa milimeter per detik, dan kadang-kadang bahkan lebih kecil lagi. Tetapi begitu medan listrik muncul di konduktor, ia bergerak dengan kecepatan yang sangat besar, mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa (300.000 fps), menyebar di sepanjang konduktor.Bersamaan dengan perambatan medan listrik, semua elektron mulai bergerak dalam satu arah sepanjang seluruh panjang konduktor.Jadi, misalnya, ketika rangkaian lampu listrik ditutup, mereka mulai bergerak secara teratur dan elektron hadir dalam kumparan lampu. Yang dimaksud dengan kecepatan rambat arus listrik dalam suatu penghantar adalah kecepatan rambat medan listrik sepanjang penghantar tersebut.Sinyal listrik yang dikirim, misalnya, melalui kabel dari Moskow ke Vladivostok (jaraknya kurang lebih 8000 km ), tiba di sana dalam waktu sekitar 0,03 detik. Dielektrik atau isolator adalah zat yang di dalamnya tidak terdapat pembawa muatan bebas sehingga tidak dapat menghantarkan arus listrik. Zat tersebut tergolong dielektrik ideal. Misalnya kaca, porselen, gerabah, dan marmer merupakan isolator yang baik dalam keadaan dingin. Kristal dari bahan-bahan ini memiliki struktur ionik, yaitu terdiri dari ion-ion bermuatan positif dan negatif, muatan listriknya terikat dalam kisi kristal dan tidak bebas sehingga menjadikan bahan-bahan tersebut bersifat dielektrik. Dalam kondisi nyata, dielektrik menghantarkan arus listrik, tidak terlalu lemah. Untuk memastikan konduktivitasnya, tegangan yang sangat tinggi harus diterapkan. Konduktivitas dielektrik lebih kecil dari pada konduktor. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam kondisi normal, muatan pada dielektrik terikat menjadi molekul-molekul yang stabil dan tidak menyatakan, seperti pada konduktor, mudah putus dan menjadi bebas Arus listrik yang melewati dielektrik sebanding dengan kuat medan listrik.Pada nilai kritis tertentu medan listrik kuat, terjadi gangguan listrik. Nilai tersebut disebut kekuatan dielektrik dielektrik dan diukur dalam V/cm. Banyak dielektrik karena kekuatan listriknya yang tinggi digunakan terutama sebagai bahan isolasi listrik. Semikonduktor tidak dapat menghantarkan arus listrik pada tegangan rendah, namun ketika tegangan meningkat, semikonduktor menjadi konduktif secara elektrik. Berbeda dengan konduktor (logam), konduktivitasnya meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini terutama terlihat, misalnya, pada radio transistor yang tidak berfungsi. baik dalam cuaca panas. Semikonduktor dicirikan oleh ketergantungan yang kuat pada konduktivitas listrik pengaruh luar... Semikonduktor banyak digunakan di berbagai perangkat listrik, karena konduktivitas listriknya dapat dikontrol.

Sifat listrik suatu materi. Berdasarkan sifat penghantar listriknya, semua zat dapat dibedakan menjadi konduktor

I.V.TRIGUBCHAK

Guru kimia

Konduktor

isolator

Semikonduktor