Vodivosť

Teória supravodivosti

Keď sa kryštálové mriežky pevných látok tvoria z atómov rôznych látok, valenčné elektróny nachádzajúce sa na vonkajších dráhach atómov navzájom interagujú rôznymi spôsobmi a v dôsledku toho sa správajú odlišne (pozri pás

teória a teória supravodivosti v tuhom stave

molekulové orbitály). Voľnosť pohybu valenčných elektrónov v látke je teda určená jej molekulárno-kryštalickou štruktúrou. Vo všeobecnosti možno všetky látky podľa ich elektricky vodivých vlastností (s určitou mierou konvencie) rozdeliť do troch kategórií, z ktorých každá má výrazné charakteristiky správania sa valenčných elektrónov pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa.

Dirigenti

V niektorých látkach sa valenčné elektróny voľne pohybujú medzi atómami. V prvom rade táto kategória zahŕňa kovy, v ktorých sú elektróny vonkajších obalov doslova „bežnou vlastnosťou“ atómov kryštálovej mriežky (pozri.

chemické väzby a elektrónová teória vodivosti).

Ak na takúto látku privediete elektrické napätie (napríklad spojíte póly batérie s jej dvoma koncami), elektróny sa začnú bez prekážok pohybovať usporiadaným spôsobom smerom k južnému pólu rozdielu potenciálov, čím sa vytvorí elektrický prúd. Vodivé látky tohto druhu sa zvyčajne nazývajú vodiče. Najbežnejšími vodičmi v technike sú samozrejme kovy, predovšetkým meď a hliník, ktoré majú minimálny elektrický odpor a sú v pozemskej prírode dosť rozšírené. Práve z nich sa vyrábajú najmä vysokonapäťové elektrické káble a elektrické rozvody v domácnosti. Existujú aj iné typy materiálov, ktoré majú dobrú elektrickú vodivosť, ako napríklad soľ, alkalické a kyslé roztoky, ako aj plazma a niektoré typy dlhých organických molekúl.

V tejto súvislosti je dôležité si uvedomiť, že elektrická vodivosť môže byť spôsobená prítomnosťou v látke nielen voľných elektrónov, ale aj voľných kladne a záporne nabitých iónov chemických zlúčenín. Najmä aj v bežnej vode z vodovodu je rozpustených toľko rôznych solí, ktoré sa pri rozpustení rozkladajú na záporne nabité katióny a kladne nabité anióny, že voda (aj sladká) je veľmi dobrým vodičom a na to netreba pri práci zabúdať. s elektrickým zariadením v podmienkach vysokej vlhkosti - inak môžete dostať veľmi znateľný zásah elektrickým prúdom.

Izolátory

V mnohých iných látkach (najmä sklo, porcelán, plasty) sú elektróny pevne viazané na atómy alebo molekuly a

nie sú schopné voľného pohybu pod vplyvom externe aplikovaného elektrického napätia. Takéto materiály sa nazývajú izolátory.

Najčastejšie v modernej technológii sa ako elektrické izolátory používajú rôzne plasty. V skutočnosti sa každý plast skladá z molekúl polyméru – teda veľmi dlhých reťazcov organických (vodíkovo-uhlíkových) zlúčenín – ktoré tiež tvoria zložité a veľmi silné prepletenia. Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť štruktúru polyméru, je vo forme plátu dlhých tenkých rezancov, ktoré sú zamotané a zlepené dohromady. V takýchto materiáloch sú elektróny pevne viazané na ich ultra dlhé molekuly a nie sú schopné ich opustiť vplyvom vonkajšieho napätia. Dobré izolačné vlastnosti majú aj amorfné látky ako sklo, porcelán alebo guma, ktoré nemajú tuhú kryštalickú štruktúru. Často sa používajú aj ako elektrické izolátory.

Vodiče aj izolanty zohrávajú dôležitú úlohu v našej technologickej civilizácii, ktorá využíva elektrinu ako hlavný prostriedok prenosu energie na vzdialenosti. Elektrina sa vedie cez vodiče z elektrární do našich domovov a do rôznych priemyselných podnikov a izolátory nám zaisťujú bezpečnosť tým, že nás chránia pred škodlivými následkami priameho kontaktu ľudského tela s vysokým elektrickým napätím.

Polovodiče

Nakoniec je tu malá kategória chemických prvkov, ktoré zaujímajú strednú polohu medzi kovmi a izolantmi (najznámejšie z nich sú kremík a germánium). V kryštálových mriežkach týchto látok sú všetky valenčné elektróny na prvý pohľad spojené chemickými väzbami a zdalo by sa, že na zabezpečenie elektrickej vodivosti by nemali zostať žiadne voľné elektróny. V skutočnosti však situácia vyzerá trochu inak, keďže niektoré elektróny sú vyrazené zo svojich vonkajších obežných dráh v dôsledku tepelného pohybu v dôsledku nedostatočnej energie ich väzby s atómami. Výsledkom je, že pri teplotách nad absolútnou nulou majú stále určitú elektrickú vodivosť pod vplyvom vonkajšieho napätia. Ich koeficient vodivosti je dosť nízky (kremík vedie elektrický prúd miliónkrát horšie ako meď), ale stále vedú nejaký prúd, aj keď nevýznamný. Takéto látky sa nazývajú polovodiče.

Ako sa ukázalo ako výsledok výskumu, elektrická vodivosť v polovodičoch však nie je spôsobená len pohybom voľných elektrónov (tzv. n-vodivosť spôsobená smerovým pohybom záporne nabitých častíc). Existuje aj druhý mechanizmus elektrickej vodivosti – a veľmi nezvyčajný. Keď sa tepelným pohybom uvoľní elektrón z kryštálovej mriežky polovodiča, vytvorí sa na jeho mieste takzvaná diera - kladne nabitá bunka kryštálovej štruktúry, ktorú môže kedykoľvek obsadiť záporne nabitý elektrón, ktorý skočil do nej z vonkajšej obežnej dráhy susedného atómu, kde sa zase vytvorí nová kladne nabitá diera. Takýto proces môže pokračovať tak dlho, ako si želáte, a zvonku (v makroskopickom meradle) bude všetko vyzerať tak, že elektrický prúd pod vonkajším napätím nie je spôsobený pohybom elektrónov (ktoré len preskočia z vonkajšej dráhy jedného atómu). na vonkajšiu obežnú dráhu susedného atómu), ale riadenou migráciou kladne nabitého otvoru (nedostatok elektrónov) smerom k zápornému pólu aplikovaného rozdielu potenciálov. V dôsledku toho sa v polovodičoch pozoruje druhý typ vodivosti (tzv. dierová alebo p-vodivosť), ktorá je, samozrejme, spôsobená aj pohybom negatívne nabitých elektrónov, ale z hľadiska makroskopického vlastnosti látky, zdá sa, že ide o smerovaný prúd kladne nabitých otvorov smerom k zápornému pólu.

Fenomén dierového vedenia je najjednoduchšie ilustrovať na príklade dopravnej zápchy. Keď sa v ňom zaseknuté auto pohybuje dopredu, vytvorí sa na jeho mieste voľné miesto, ktoré ihneď obsadí ďalšie auto, ktorého miesto hneď zaberie tretie auto atď. Tento proces si možno predstaviť dvoma spôsobmi: môžete opísať zriedkavý pohyb jednotlivých áut spomedzi tých, ktoré stoja v dlhej zápche; Jednoduchšie je však charakterizovať situáciu z pohľadu epizodického pohybu v protismere niekoľkých medzier medzi autami uviaznutými v zápche. Riadi sa takou analógiou, že fyzici hovoria o vodivosti dier, pričom podmienečne považujú za samozrejmé, že elektrický prúd nie je vedený v dôsledku pohybu mnohých, ale zriedkavo sa pohybujúcich negatívne nabitých elektrónov, ale v dôsledku pohybu v opačnom smere kladne nabitých elektrónov. prázdne miesta na vonkajších dráhach polovodičových atómov, ktoré sa dohodli nazývať diery. Dualizmus elektrón-dierovej vodivosti je teda čisto podmienený, keďže z fyzikálneho hľadiska je prúd v polovodičoch v každom prípade určený výlučne smerovým pohybom elektrónov.

Polovodiče našli široké praktické uplatnenie v modernej rádiovej elektronike a výpočtovej technike práve vďaka tomu, že ich vodivé vlastnosti sú ľahko a presne kontrolované meniacimi sa vonkajšími podmienkami.

teória elektronickej vodivosti

Elektrická vodivosť pevných látok je spôsobená kolektívnym riadeným pohybom voľných elektrónov

I.V.TRIGUBCHAK

Lektor chémie

LEKCIA 6
10. ročník(prvý rok štúdia)

Pokračovanie. Pre začiatok pozri č. 22/2005; 1, 2, 3, 5/2006

Chemická väzba. Štruktúra hmoty

Plán

1. Chemická väzba:
kovalentné (nepolárne, polárne; jednoduché, dvojité, trojité);
iónové; kov; vodík; sily medzimolekulovej interakcie.

2. Kryštálové mriežky (molekulárne, iónové, atómové, kovové).

Rôzne látky majú rôznu štruktúru. Zo všetkých doteraz známych látok existujú iba inertné plyny vo forme voľných (izolovaných) atómov, čo je spôsobené vysokou stabilitou ich elektronických štruktúr. Všetky ostatné látky (a v súčasnosti je ich známych viac ako 10 miliónov) pozostávajú z viazaných atómov.

Chemická väzba je sila interakcie medzi atómami alebo skupinami atómov, čo vedie k tvorbe molekúl, iónov, voľných radikálov, ako aj iónových, atómových a kovových kryštálových mriežok.. Chemická väzba je svojou povahou elektrostatická sila. Hlavnú úlohu pri tvorbe chemických väzieb medzi atómami zohrávajú práve oni valenčné elektróny, teda elektróny vonkajšej úrovne, najmenej pevne viazané na jadro. Pri prechode z atómového stavu do molekulárneho sa uvoľňuje energia spojená s napĺňaním voľných orbitálov vonkajšej elektrónovej hladiny elektrónmi do určitého stabilného stavu.

Existujú rôzne typy chemických väzieb.

Kovalentná väzba je chemická väzba, ktorá vzniká zdieľaním elektrónových párov. Teóriu kovalentných väzieb navrhol v roku 1916 americký vedec Gilbert Lewis. Väčšina molekúl, molekulárnych iónov, voľných radikálov a atómových kryštálových mriežok sa tvorí prostredníctvom kovalentných väzieb. Kovalentná väzba je charakterizovaná dĺžkou (vzdialenosť medzi atómami), smerom (určitá priestorová orientácia elektrónových oblakov pri tvorbe chemickej väzby), nasýtenosťou (schopnosť atómov vytvoriť určitý počet kovalentných väzieb), energiou ( množstvo energie, ktoré sa musí vynaložiť na prerušenie chemickej väzby).

Kovalentná väzba môže byť nepolárne A polárny. Nepolárna kovalentná väzba sa vyskytuje medzi atómami s rovnakou elektronegativitou (EO) (H 2, O 2, N 2 atď.). V tomto prípade je stred celkovej hustoty elektrónov v rovnakej vzdialenosti od jadier oboch atómov. Na základe počtu spoločných elektrónových párov (t.j. multiplicita) sa rozlišujú jednoduché, dvojité a trojité kovalentné väzby. Ak sa medzi dvoma atómami vytvorí iba jeden zdieľaný elektrónový pár, potom sa takáto kovalentná väzba nazýva jednoduchá väzba. Ak sa medzi dvoma atómami objavia dva alebo tri spoločné elektrónové páry, vzniknú viacnásobné väzby – dvojité a trojité. Dvojitá väzba pozostáva z jednej väzby a jednej väzby. Trojitá väzba pozostáva z jednej väzby a dvoch väzieb.

Kovalentné väzby, pri ktorých tvorbe sa oblasť prekrývajúcich sa elektrónových oblakov nachádza na čiare spájajúcej jadrá atómov, sa nazývajú - spojenia. Kovalentné väzby, pri ktorých tvorbe sa oblasť prekrývajúcich sa elektrónových oblakov nachádza na oboch stranách čiary spájajúcej jadrá atómov, sa nazývajú - spojenia.

Môže sa podieľať na vytváraní spojení s- A s- elektróny (H2), s- A p- elektróny (HCl), R- A
R-elektróny (Cl 2). Okrem toho sa môžu vytvárať -väzby v dôsledku prekrývania „čistých“ a hybridných orbitálov. Iba R- A d-elektróny.

Riadky nižšie znázorňujú chemické väzby v molekulách vodíka, kyslíka a dusíka:

kde páry bodiek (:) sú párové elektróny; „kríže“ (x) – nepárové elektróny.

Ak sa vytvorí kovalentná väzba medzi atómami s rôznym EO, potom sa stred celkovej hustoty elektrónov posunie smerom k atómu s vyšším EO. V tomto prípade existuje kovalentná polárna väzba. Dvojatómová molekula spojená kovalentnou polárnou väzbou je dipól - elektricky neutrálny systém, v ktorom sú centrá kladných a záporných nábojov umiestnené v určitej vzdialenosti od seba.

Grafický pohľad na chemické väzby v molekulách chlorovodíka a vody je nasledujúci:

kde šípky označujú posun v celkovej hustote elektrónov.

Polárne a nepolárne kovalentné väzby vznikajú výmenným mechanizmom. Okrem toho existujú donor-akceptor kovalentných väzieb. Mechanizmus ich vzniku je odlišný. V tomto prípade jeden atóm (donor) poskytuje osamelý pár elektrónov, ktorý sa stáva zdieľaným elektrónovým párom medzi ním a iným atómom (akceptorom). Pri vytváraní takejto väzby akceptor poskytuje voľný elektrónový orbitál.

Donor-akceptorový mechanizmus tvorby kovalentnej väzby je ilustrovaný na príklade tvorby amónneho iónu:

V amónnom ióne sú teda všetky štyri väzby kovalentné. Tri z nich sú tvorené mechanizmom výmeny, jeden mechanizmom donor-akceptor. Všetky štyri pripojenia sú ekvivalentné, čo je spôsobené sp 3 -hybridizácia orbitálov atómu dusíka. Valencia dusíka v amónnom ióne je IV, pretože tvorí štyri väzby. V dôsledku toho, ak prvok vytvára väzby prostredníctvom mechanizmu výmeny aj donor-akceptor, potom je jeho valencia väčšia ako počet nespárovaných elektrónov a je určená celkovým počtom orbitálov vo vonkajšej elektronickej vrstve. Najmä pre dusík je najvyššia valencia štyri.

Iónová väzba – chemická väzba medzi iónmi vďaka silám elektrostatickej príťažlivosti. Iónová väzba sa vytvorí medzi atómami s veľkým rozdielom EO (> 1,7); inými slovami, je to väzba medzi typickými kovmi a typickými nekovmi. Teóriu iónovej väzby navrhol v roku 1916 nemecký vedec Walter Kossel. Tým, že sa atómy kovov vzdajú svojich elektrónov, premenia sa na kladne nabité ióny - katiónov; nekovové atómy, ktoré prijímajú elektróny, sa menia na záporne nabité ióny - anióny. Medzi výslednými iónmi dochádza k elektrostatickej príťažlivosti, ktorá sa nazýva iónová väzba. Iónová väzba je charakterizovaná nesmerovosťou a nenasýtenosťou; Pre iónové zlúčeniny pojem „molekula“ nedáva zmysel. V kryštálovej mriežke iónových zlúčenín je okolo každého iónu určitý počet iónov s opačným nábojom. Zlúčeniny NaCl a FeS sa vyznačujú kubickou kryštálovou mriežkou.

Tvorba iónovej väzby je ilustrovaná nižšie s použitím chloridu sodného ako príkladu:

Iónová väzba je extrémnym prípadom polárnej kovalentnej väzby. Neexistuje medzi nimi ostrá hranica, typ väzby medzi atómami je určený rozdielom v elektronegativite prvkov.

Keď vznikajú jednoduché látky – kovy, atómy sa celkom ľahko vzdávajú elektrónov z vonkajšej elektronickej úrovne. V kovových kryštáloch sú teda niektoré ich atómy v ionizovanom stave. V uzloch kryštálovej mriežky sú kladne nabité kovové ióny a atómy a medzi nimi sú elektróny, ktoré sa môžu voľne pohybovať po celej kryštálovej mriežke. Tieto elektróny sa stávajú spoločnými pre všetky atómy a ióny kovu a nazývajú sa „elektrónový plyn“. Väzba medzi všetkými kladne nabitými kovovými iónmi a voľnými elektrónmi v kovovej kryštálovej mriežke sa nazýva kovová väzba.

Prítomnosť kovovej väzby určuje fyzikálne vlastnosti kovov a zliatin: tvrdosť, elektrickú vodivosť, tepelnú vodivosť, kujnosť, ťažnosť, kovový lesk. Voľné elektróny môžu prenášať teplo a elektrinu, preto sú dôvodom hlavných fyzikálnych vlastností, ktoré odlišujú kovy od nekovov – vysoká elektrická a tepelná vodivosť.

Vodíková väzba sa vyskytuje medzi molekulami, ktoré obsahujú vodík a atómami s vysokým EO (kyslík, fluór, dusík). Kovalentné väzby H–O, H–F, H–N sú vysoko polárne, vďaka čomu sa na atóme vodíka hromadí prebytok kladného náboja a na opačných póloch záporný náboj. Medzi opačne nabitými pólmi vznikajú sily elektrostatickej príťažlivosti – vodíkové väzby. Vodíkové väzby môžu byť buď intermolekulárne alebo intramolekulárne. Energia vodíkovej väzby je približne desaťkrát menšia ako energia konvenčnej kovalentnej väzby, no napriek tomu zohrávajú vodíkové väzby dôležitú úlohu v mnohých fyzikálno-chemických a biologických procesoch. Najmä molekuly DNA sú dvojité špirály, v ktorých sú dva reťazce nukleotidov spojené vodíkovými väzbami.

Tabuľka

Vlastnosť kryštálovej mriežky	Typ mriežky
Vlastnosť kryštálovej mriežky	Molekulárna	Iónový	Jadrový	Kovové
Častice v mriežkových uzloch	Molekuly	Katióny a anióny	Atómy	Katióny a atómy kovov
Povaha spojenia medzi časticami	Intermolekulárne interakčné sily (vrátane vodíkových väzieb)	Iónové väzby	Kovalentné väzby	Kovové spojenie
Pevnosť väzby	slabý	Odolný	Veľmi odolný	Rôzne silné stránky
Charakteristické fyzikálne vlastnosti látok	Nízkotaviteľné alebo sublimujúce, nízka tvrdosť, mnohé rozpustné vo vode	Žiaruvzdorné, tvrdé, mnohé rozpustné vo vode. Roztoky a taveniny vedú elektrický prúd	Veľmi žiaruvzdorný, veľmi tvrdý, prakticky nerozpustný vo vode	Vysoká elektrická a tepelná vodivosť, kovový lesk
Príklady látok	Jód, voda, suchý ľad	Chlorid sodný, hydroxid draselný, dusičnan bárnatý	Diamant, kremík, bór, germánium	Meď, draslík, zinok, železo

Medzimolekulové vodíkové väzby medzi molekulami vody a fluorovodíka možno znázorniť (bodkami) takto:

Látky s vodíkovými väzbami majú molekulárne kryštálové mriežky. Prítomnosť vodíkovej väzby vedie k tvorbe molekulárnych asociácií a v dôsledku toho k zvýšeniu teploty topenia a varu.

Okrem uvedených hlavných typov chemických väzieb existujú aj univerzálne sily interakcie medzi akýmikoľvek molekulami, ktoré nevedú k rozbitiu alebo vzniku nových chemických väzieb. Tieto interakcie sa nazývajú van der Waalsove sily. Určujú príťažlivosť molekúl danej látky (alebo rôznych látok) k sebe v kvapalnom a pevnom stave agregácie.

Rôzne typy chemických väzieb určujú existenciu rôznych typov kryštálových mriežok (tabuľka).

Látky pozostávajúce z molekúl majú molekulárna štruktúra. Tieto látky zahŕňajú všetky plyny, kvapaliny, ako aj pevné látky s molekulárnou kryštálovou mriežkou, ako je jód. Pevné látky s atómovou, iónovou alebo kovovou mriežkou majú nemolekulárna štruktúra, nemajú žiadne molekuly.

Test na tému „Chemické lepenie. Štruktúra hmoty"

1. Koľko elektrónov sa podieľa na tvorbe chemických väzieb v molekule amoniaku?

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

2. Pevné látky s iónovou kryštálovou mriežkou sa vyznačujú nízkou:

a) teplota topenia; b) väzbová energia;

c) rozpustnosť vo vode; d) volatilita.

3. Usporiadajte nižšie uvedené látky v poradí zvyšujúcej sa polarity kovalentných väzieb. Vo svojej odpovedi uveďte poradie písmen.

a) S8; b) S02; c) H2S; d) SF 6.

4. Aké častice tvoria kryštál dusičnanu sodného?

a) atómy Na, N, O; b) ióny Na+, N5+, O2–;

c) molekuly NaN03; d) Na +, NO 3 – ióny.

5. Uveďte látky, ktoré majú atómové kryštálové mriežky v pevnom stave:

a) diamant; b) chlór;

c) oxid kremičitý; d) oxid vápenatý.

6. Označte molekulu s najvyššou väzbovou energiou:

a) fluorovodík; b) chlorovodík;

c) bromovodík; d) jodovodík.

7. Vyberte dvojice látok, v ktorých sú všetky väzby kovalentné:

a) NaCl, HCl; b) C02, NO;

c) CH3CI, CH3K; d) SO2, NO2.

8. V ktorom rade sú molekuly usporiadané podľa rastúcej polarity väzby?

a) HBr, HCl, HF; b) NH3, PH3, AsH3;

c) H2Se, H2S, H20; d) CO2, CS2, CSe2.

9. Látka, ktorej molekuly obsahujú viacnásobné väzby, je:

a) oxid uhličitý; b) chlór;

c) voda; d) etanol.

10. Ktorá fyzikálna vlastnosť nie je ovplyvnená tvorbou medzimolekulových vodíkových väzieb?

a) elektrická vodivosť;

b) hustota;

c) bod varu;

d) bod topenia.

Kľúč k testu

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

Problémy s plynmi a zmesami plynov

Úroveň A

1. Plynný oxid sírový pri teplote 60 °C a tlaku 90 kPa má hustotu 2,08 g/l. Určite vzorec oxidu.

Odpoveď. SO2.

2. Nájdite objemové podiely vodíka a hélia v zmesi, ktorej relatívna hustota vo vzduchu je 0,1.

Odpoveď. 55 % a 45 %.

3. Spálili sme 50 litrov zmesi sírovodíka a kyslíka s relatívnou hustotou vodíka 16,2. Výsledná látka sa nechala prejsť cez 25 ml 25 % roztoku hydroxidu sodného (hustota roztoku je 1280 kg/m3). Určte hmotnosť výslednej kyslej soli.

Odpoveď. 20,8 g.

4. Zmes dusičnanu sodného a uhličitanu vápenatého bola tepelne rozložená. Výsledné plyny (objem 11,2 l) v zmesi mali relatívnu hustotu vodíka 16,5. Určte hmotnosť počiatočnej zmesi.

Odpoveď. '82

5. Pri akom molárnom pomere argónu a dusíka možno získať zmes plynov s hustotou rovnou hustote vzduchu?

Počiatočná zmes obsahuje Ar a N2.

Podľa podmienok problému (zmes) = (vzduch).

M(vzduch) = M(zmesi) = 29 g/mol.

Použite obvyklý pomer:

dostaneme nasledujúci výraz:

Nechajte (zmes) = 1 mol. Potom (Ar) = X mol, (N 2) = (1 – X) Krtko.

Odpoveď. (Ar): (N2) = 1:11.

6. Hustota plynnej zmesi pozostávajúcej z dusíka a kyslíka je 1,35 g/l. Nájdite objemové podiely plynov v zmesi v %.

Odpoveď. 44 % a 56 %.

7. Objem zmesi obsahujúcej vodík a chlór je 50 ml. Po vytvorení chlorovodíka zostáva 10 ml chlóru. Nájdite zloženie počiatočnej zmesi v % objemových.

Odpoveď. 40 % a 60 %.

Odpoveď. 3%.

9. Pri pridávaní ktorého plynu do zmesi rovnakých objemov metánu a oxidu uhličitého sa jeho hustota vodíka: a) zvýši; b) zníži sa? V každom prípade uveďte dva príklady.

Odpoveď.
M(zmesi CH4 a C02) = 30 g/mol; a) Cl2 a 02; b) N2 a H2.

10. Existuje zmes amoniaku a kyslíka. Pri pridávaní plynu do tejto zmesi je jeho hustota:
a) sa zvýši; b) zníži sa? V každom prípade uveďte dva príklady.

Odpoveď.
17 < Pán(zmesi NH 3 + O 2)< 32; а) Cl 2 и C 4 H 10 ; б) H 2 и Нe.

11. Akú hmotnosť má 1 liter zmesi oxidu uhličitého a oxidu uhličitého, ak obsah prvého plynu je 35 % objemu?

Odpoveď. 1,7 g.

12. 1 liter zmesi oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého pri č. má hmotnosť 1,43 g Určte zloženie zmesi v % obj.

Odpoveď. 74,8 % a 25,2 %.

Úroveň B

1. Určte relatívnu hustotu vzduchu dusíkom, ak sa všetok kyslík obsiahnutý vo vzduchu premení na ozón (predpokladajme, že vzduch obsahuje iba dusík a kyslík).

Odpoveď. 1,03.

2. Keď sa veľmi bežný plyn A zavedie do sklenenej nádoby obsahujúcej plyn B, ktorý má rovnakú hustotu ako plyn A, v nádobe zostane iba vlhký piesok. Identifikujte plyny. Napíšte rovnice pre laboratórne metódy na ich získanie.

Odpoveď. A – O 2, B – SiH 4.
2NaN03 2NaN02 + O2,
Mg2Si + 4H20 = 2Mg(OH)2 + SiH4.

3. V plynnej zmesi pozostávajúcej z oxidu siričitého a kyslíka s relatívnou hustotou vodíka 24 zreagovala časť oxidu siričitého a vytvorila sa zmes plynov s relatívnou hustotou vodíka o 25 % väčšou ako je relatívna hustota pôvodnej zmesi. . Vypočítajte zloženie rovnovážnej zmesi v objemových percentách.

Odpoveď. 50 % S03, 12,5 % S02, 37,5 % O2.

4. Hustota ozonizovaného kyslíka podľa ozónu je 0,75. Koľko litrov ozonizovaného kyslíka bude potrebných na spálenie 20 litrov metánu (n.o.)?

Odpoveď. 35,5 l.

5. Existujú dve nádoby naplnené zmesami plynov: a) vodík a chlór; b) vodík a kyslík. Zmení sa tlak v nádobách, keď cez tieto zmesi prejde elektrická iskra?

Odpoveď. a) nezmení sa; b) sa zníži.

(CaS03) = 1 mol,

Potom r= (Ca(HC03)2) = 5 mol.

Výsledná zmes plynov obsahuje SO2 a CO2.

Odpoveď. D vzduch (zmesi) = 1,58.

7. Objem zmesi oxidu uhoľnatého a kyslíka je 200 ml (n.s.). Potom, čo bol všetok oxid uhoľnatý spálený a uvedený do normálnych podmienok. objem zmesi sa znížil na 150 ml. Koľkokrát sa zmenší objem plynnej zmesi po jej prechode cez 50 g 2 % roztoku hydroxidu draselného?

Odpoveď. 3 krát.

Keď sa kryštálové mriežky pevných látok tvoria z atómov rôznych látok, valenčné elektróny umiestnené na vonkajších dráhach atómov navzájom interagujú rôznymi spôsobmi a v dôsledku toho sa správajú odlišne ( cm. Pásová teória vodivosti pevných látok a Teória molekulových orbitálov). Voľnosť pohybu valenčných elektrónov v látke je teda určená jej molekulárno-kryštalickou štruktúrou. Vo všeobecnosti možno všetky látky podľa ich elektricky vodivých vlastností (s určitou mierou konvencie) rozdeliť do troch kategórií, z ktorých každá má výrazné charakteristiky správania sa valenčných elektrónov pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa.

Dirigenti

V niektorých látkach sa valenčné elektróny voľne pohybujú medzi atómami. V prvom rade táto kategória zahŕňa kovy, v ktorých sú elektróny vonkajších obalov doslova „spoločnou vlastnosťou“ atómov kryštálovej mriežky ( cm. Chemické väzby a elektronická teória vodivosti). Ak na takúto látku privediete elektrické napätie (napríklad spojíte póly batérie s jej dvoma koncami), elektróny začnú nerušene, usporiadaný pohyb v smere k južnému pólu. potenciálny rozdiel, čím vzniká elektrický prúd. Vodivé látky tohto druhu sa zvyčajne nazývajú vodičov. Najbežnejšími vodičmi v technike sú samozrejme kovy, predovšetkým meď a hliník, ktoré majú minimálny elektrický odpor a sú v pozemskej prírode dosť rozšírené. Práve z nich sa vyrábajú najmä vysokonapäťové elektrické káble a elektrické rozvody v domácnosti. Existujú aj iné typy materiálov, ktoré majú dobrú elektrickú vodivosť, ako napríklad soľ, alkalické a kyslé roztoky, ako aj plazma a niektoré typy dlhých organických molekúl.

V tejto súvislosti je dôležité si uvedomiť, že elektrická vodivosť môže byť spôsobená prítomnosťou v látke nielen voľných elektrónov, ale aj voľných kladne a záporne nabitých iónov chemických zlúčenín. Najmä aj v bežnej vode z vodovodu je rozpustených toľko rôznych solí, že keď sa rozpustia, rozložia sa na negatívne nabité katiónov a kladne nabitý aniónyže voda (aj sladká) je veľmi dobrý vodič a na to by sa nemalo zabúdať pri práci s elektrickým zariadením v podmienkach vysokej vlhkosti - inak môžete dostať veľmi citeľný zásah elektrickým prúdom.

Izolátory

V mnohých iných látkach (najmä v skle, porceláne, plastoch) sú elektróny pevne viazané na atómy alebo molekuly a nie sú schopné voľného pohybu pod vplyvom externe aplikovaného elektrického napätia. Takéto materiály sú tzv izolantov.

Najčastejšie v modernej technológii sa ako elektrické izolátory používajú rôzne plasty. V skutočnosti sa každý plast skladá z polymérne molekuly- teda veľmi dlhé reťazce organických (vodíkovo-uhlíkových) zlúčenín - ktoré navyše tvoria zložité a veľmi pevné vzájomné prepletenia. Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť štruktúru polyméru, je vo forme plátu dlhých tenkých rezancov zapletených a zlepených dohromady. V takýchto materiáloch sú elektróny pevne viazané na ich ultra dlhé molekuly a nie sú schopné ich opustiť vplyvom vonkajšieho napätia. Majú tiež dobré izolačné vlastnosti. amorfný látky ako sklo, porcelán alebo guma, ktoré nemajú tuhú kryštalickú štruktúru. Často sa používajú aj ako elektrické izolátory.

Vodiče aj izolanty zohrávajú dôležitú úlohu v našej technologickej civilizácii, ktorá využíva elektrinu ako hlavný prostriedok prenosu energie na diaľku. Elektrina sa vedie cez vodiče z elektrární do našich domovov a do rôznych priemyselných podnikov a izolátory nám zaisťujú bezpečnosť tým, že nás chránia pred škodlivými následkami priameho kontaktu ľudského tela s vysokým elektrickým napätím.

Polovodiče

Ako sa ukázalo ako výsledok výskumu, elektrická vodivosť v polovodičoch je spôsobená nielen pohybom voľných elektrónov (tzv. n-vodivosť v dôsledku usmerneného pohybu záporne nabitých častíc). Existuje aj druhý mechanizmus elektrickej vodivosti – a veľmi nezvyčajný. Pri uvoľnení elektrónu z kryštálovej mriežky polovodiča vplyvom tepelného pohybu vzniká tzv. diera- kladne nabitá bunka kryštálovej štruktúry, ktorú môže kedykoľvek obsadiť záporne nabitý elektrón, ktorý do nej preskočil z vonkajšej dráhy susedného atómu, kde naopak vznikne nová kladne nabitá diera. Takýto proces môže pokračovať ľubovoľne dlho - a zvonku (v makroskopickom meradle) bude všetko vyzerať tak, že elektrický prúd pod vonkajším napätím nie je spôsobený pohybom elektrónov (ktoré len preskočia z vonkajšej dráhy jedného atómu). na vonkajšiu obežnú dráhu susedného atómu), ale riadenou migráciou kladne nabitého otvoru (nedostatok elektrónov) smerom k zápornému pólu aplikovaného rozdielu potenciálov. V dôsledku toho sa v polovodičoch pozoruje druhý typ vodivosti (tzv diera alebo p-vodivosť), spôsobená, samozrejme, aj pohybom záporne nabitých elektrónov, ale z hľadiska makroskopických vlastností hmoty sa javí ako usmernený prúd kladne nabitých dier k zápornému pólu.

Fenomén dierového vedenia je najjednoduchšie ilustrovať na príklade dopravnej zápchy. Keď sa v ňom uviaznuté auto pohybuje dopredu, vytvorí sa na jeho mieste voľný priestor, ktorý ihneď zaberie ďalšie auto, ktorého miesto hneď zaberie tretie auto atď. Tento proces si možno predstaviť dvoma spôsobmi: možno opísať vzácny postup jednotlivých áut z množstva ľudí uviaznutých v dlhej zápche; Jednoduchšie je však charakterizovať situáciu z pohľadu epizodického postupu opačným smerom ako niekoľko málo prázdnoty medzi autami uviaznutými v dopravnej zápche. Riadi sa takou analógiou, že fyzici hovoria o vodivosti dier, pričom podmienečne považujú za samozrejmé, že elektrický prúd nie je vedený v dôsledku pohybu mnohých, ale zriedkavo sa pohybujúcich negatívne nabitých elektrónov, ale v dôsledku pohybu v opačnom smere kladne nabitých elektrónov. dutiny vo vonkajších dráhach polovodičových atómov, ktoré sa dohodli nazývať „diery“. Dualizmus vodivosti elektrónových dier je teda čisto podmienený, pretože z fyzikálneho hľadiska je prúd v polovodičoch v každom prípade určený výlučne smerovým pohybom elektrónov.

Všetky látky podľa ich schopnosti viesť elektrický prúd sa bežne delia na vodiče a dielektrika. Polovodiče medzi nimi zaberajú medziľahlú polohu Vodiče sú kovy, roztoky alebo roztavené soli, kyseliny a zásady. Kovy sú vďaka svojim jedinečným vlastnostiam elektrickej vodivosti široko používané v elektrotechnike Na prenos elektriny sa používajú najmä medené a hliníkové drôty, od roku 2001 aj striebro. Elektrické vedenie by sa malo vykonávať iba pomocou medených drôtov, pretože ich cena je nízka, ako aj v prípadoch, keď je ich použitie úplne opodstatnené a nepredstavuje nebezpečenstvo vopred známy zaručený výkon, napríklad čerpadlá, klimatizácie, ventilátory, domáce zásuvky so záťažou do 1 kW, ako aj pre vonkajšie elektrické rozvody (nadzemné vedenia, podzemné káble atď.). drôty sú v domácnostiach povolené. Kovy v tuhom stave majú kryštalickú štruktúru Častice v kryštáloch sú usporiadané v určitom poradí, tvoria priestorovú (kryštalickú) mriežku V uzloch kryštálovej mriežky sa nachádzajú kladné ióny a v priestore medzi nimi sa pohybujú voľné elektróny. ktoré nie sú spojené s jadrami ich atómov Tok voľných elektrónov sa nazýva elektrónový plyn za normálnych podmienok je kov elektricky neutrálny, pretože. celkový záporný náboj všetkých voľných elektrónov sa v absolútnej hodnote rovná kladnému náboju všetkých mriežkových iónov Nositeľmi voľných nábojov sú elektróny Tieto elektróny sa podieľajú na náhodnom tepelnom pohybe elektrické pole, voľné elektróny začnú usporiadaný pohyb pozdĺž vodiča skutočnosť, že elektróny v kovoch slúžia ako nosiče elektrického prúdu, dokázal jednoduchý experiment nemecký fyzik Karl Ricke už v roku 1899. Zobral tri valce rovnakého polomeru: meď. , hliník a meď, umiestnil ich jeden po druhom, stlačil ich koncami a zaradil ich do električkovej trate a potom cez ne viac ako rok prechádzal elektrickým prúdom. Potom skúmal kontaktné body kovových valcov a nenašli atómy hliníka v medi, ale žiadne atómy medi v hliníku, t.j. nedošlo k difúzii Z toho usúdil, že pri prechode elektrického prúdu vodičom zostávajú ióny nehybné a pohybujú sa iba voľné elektróny, ktoré sú pre všetky látky rovnaké a nie sú spojené s rozdielmi v ich fyzikálno-chemických vlastnostiach. Elektrický prúd v kovových vodičoch je teda usporiadaný pohyb voľných elektrónov pod vplyvom elektrického poľa, rýchlosť tohto pohybu je malá - niekoľko milimetrov za sekundu a niekedy aj menej, ale hneď ako sa objaví elektrické pole vodiča, sa pohybuje obrovskou rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla vo vákuu (300 000 fps), šíri sa po celej dĺžke vodiča Súčasne so šírením elektrického poľa sa všetky elektróny začnú pohybovať jedným smerom po celej dĺžke vodiča Takže, napríklad, keď je obvod elektrickej lampy uzavretý, začnú sa pohybovať usporiadaným spôsobom a elektróny prítomné v cievke lampy. Keď hovoria o rýchlosti šírenia elektrického prúdu vo vodiči, myslia sa tým rýchlosť šírenia elektrického poľa pozdĺž vodiča Elektrický signál vyslaný napríklad po drôtoch z Moskvy do Vladivostoku (vzdialenosť približne 8000 km ), dorazí tam približne za 0,03 s. Dielektriká alebo izolanty sú látky, v ktorých nie sú žiadne voľné nosiče náboja, a preto nevedú elektrický prúd. Takéto látky sa zaraďujú medzi ideálne dielektriká. Dobrými izolantmi v studenom stave sú napríklad sklo, porcelán, kamenina a mramor z týchto materiálov majú iónovú štruktúru, t.j. pozostávajú z kladne a záporne nabitých iónov, ich elektrické náboje sú viazané v kryštálovej mriežke a nie sú voľné, čo robí tieto materiály dielektrikami. V reálnych podmienkach dielektrika vedú elektrický prúd, nie veľmi slabo, aby sa zabezpečila ich vodivosť, musí sa použiť veľmi vysoké napätie, ako je vodivosť vodičov v dielektrikách sa viažu do stabilných molekúl a nestavia sa, ako vo vodičoch, ľahko sa odtrhnú a uvoľnia. Elektrický prúd prechádzajúci dielektrikom je úmerný sile elektrického poľa pri určitej kritickej hodnote elektrického poľa pevnosť, dochádza k elektrickému prierazu hodnota sa nazýva dielektrická pevnosť dielektrika a meria sa vo V/cm Mnohé dielektrika sa kvôli Ich vysokej elektrickej pevnosti používajú najmä ako elektrické izolačné materiály. Polovodiče pri nízkych napätiach nevedú elektrický prúd, ale pri zvyšovaní napätia sa stávajú elektricky vodivými na rozdiel od vodičov (kovov) s rastúcou teplotou je to badateľné najmä u tranzistorových rádií, ktoré nefungujú dobre v horúcom počasí. Polovodiče sa vyznačujú silnou závislosťou elektrickej vodivosti od vonkajších vplyvov Polovodiče sú široko používané v rôznych elektrických zariadeniach, pretože ich elektrickú vodivosť je možné kontrolovať.

Elektrické vlastnosti hmoty. Na základe ich elektrických vodivých vlastností možno všetky látky rozdeliť na vodiče

I.V.TRIGUBCHAK

Lektor chémie

Dirigenti

Izolátory

Polovodiče