Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Ртуть имеет очень низкие температуру плавления и электрическую проводимость. Наблюдается также очень резкое падение химической активности металлов при движении по подгруппе сверху вниз: цинк и кадмий в ряду стандартных электродных потенциалов стоят до водорода, а ртуть — после. Цинк . химически активный металл (степень окисления у.п во всех соединениях +2) легко растворяется в кислотах и щелочах: кп 4 2Н' +4Нго = Н„+ (кн(Н,О),) ге уп + 20Н + 2Нго = Нг + (хп(ОН) г) ~ вытесняя из них водород и образуя соответственно положительно заряженные аквакомплексы или отрицательно заряженные гидроксокомплексы. Координационное число комплексообразователя Хп + равно четырем.
Скорость взаимодействия цинка с растворами кисло~ и щелочей зависит от относительной кислот- ности (щелочности) раствора. Зависимость скорости выделения водорода от рН среды представлена на рис. ХП.2. Кадмий в щелочах практически не растворяется, а в кислотах — менее энергично, чем цинк, Ртуть же растворяется только в кислотах — окислителях: НК+ 4НМО, = Ня(МОг), + 2МОг+ 2Н,О Рис. ХН.2. Зависимость скорости коррозии пинка от рН раствора 337 Плотность, гусит Температура плавлении,"О . Температура кипении, (.
Относитсльпнн тлектричсскагг прово- димость (Нк =- 1) . Радиус атома, нм Радиус иона Э ', нм Энергии иониаапии Э- Э+, тн. Отандартнмй тлентрггтгнмй поп напал э'гуэ н При действии на избыток ртути разбавленной Н)к)Оа образуется соль Ндг()т)Оз) г, в которой ртуть формально одновалентна: 6НК + 8НМОг = 3НКг (Мог) г + 2ь(О + 2Нго Однако и в этом нитрате, как и в Нд()т(Оз)г, ртуть находится в степени окисления +2, образуя радикал Нййе с ковалентной неполярной связью между двумя атомами ртути: — Нд — Нп —.
Аналогично существуют два хлорида ь $ к () г 4 а д ур уг увря ртути: НцС1т, известный под названием «сулема», и НдтС(т— «каломель». Соединения Нй~+ в зависимости от условий могут быть восстановителями и окислителями. Например: НязС!з + С(г = 2Н8СЬ (Н81~ — 2е = 2Нвзт) НязС)з + зпС!з = 2Н8 + 5пС(, (Нй)т + 2е = 2Н8~ ) При нагревании соединения Нйт+ легко разлагаются по уравнению реакции Ндт ть = Ндо -1- Нйт+(Ндо — жидкость). Цинк и кадмий по отношению к Н)ХОз и концентрированной НтЬОз ведут себя очень активно. Так, Хп восстанавливает (чв+ (разбавленная Н)ХОз) и зк+ (концентрированная Нт$04) соотсоответственно до (х)з и Вт; 42п+ (ОНХОз = 42п(ХОз)с+ХНзХОз+ЗН 0 42п + 5Нз50з = 42п504 + Нзз + 4НтО При нагревании цинк, кадмий н ртуть энергично взаимодействуют со многими неметалламив.
Так, прн взаимодействии цинка и его аналогов с От образуются окснды ХпО, Сс)О и НцО, окрашенные в белый, коричневый и красный цвета соответственно. Известен также черный оксид НцтО. В воде оксиды цинка, кадмия и ртути нерастворимы. В ряду ЕпΠ— Ст)Π— НдО наблюдается заметное уменьшение устойчивости соединений: Окснд............ 2пО СдО 561зз, кйж/моль........
— 3(8 — 226 Н80 — 58,5 Еще более заметно падает термодинамическая устойчивость гидроксидов Э(ОН)т. Так, гидроксид Нд(ОН)т получить не удается. При действии щелочей на соли ртути (П) реакция протекает по уравнению Нй (ХОз) з+ 2ХаОН = Н80+ НзО+ 2ХаХОз Нв'т + 2ОН = Н80 + НзО * НН ваанмодействует с галогенамк н серой уже на холоду. Это объясняется жидким агрегатным состояннем ртути, снльно облегчаюпзкм протеканне взаимодейсгвнй. Оксид и гидроксид цинка имеют амфотерный характер и могут растворяться как в кислотах, так и в щелочах. Аналогичные соединения кадмия и ртути амфотерных свойств не проявляют и растворяются только в кислотах.
Соединения Хит+, Сс)т+ и Ндт+ склонны к комплексообразованию. Так, например, образованием комплексных аммиакатов можно объяснить способность гидроксидов цинка и кадмия растворяться в аммиаке: хп(ОН)з + 4ХНз = (хп(ХНз) з)ьт + 2ОН Сд(ОН) з + 6ХНз = (Сз((ХНз) з) з+ + 2ОН Весьма устойчивы галогенные комплексы ртути: (НКСГ' (К.„,= 85. !О "); (НКВг!' (К„„,= 2 !О "]; !Нк(41'-(К„„,= (,8.!О- ! Применение цинка и его аналогов разнообразно. Большая часть цинка используется для оцинкования железа в целях предохранения последнего от коррозии (анодное покрытие), а также для получения различных сплавов (например, латуней, нейзильберов и др.).
Цинк применяют в некоторых гальванических элементах. Кадмий применяют в процессах кадмирования аналогично тому„ как цинк — в процессах цинкования. Поскольку электродный потенциал кадмия положительнее электродного потенциала цинка, кадмированные поверхности железных (стальных) деталей более стойки по отношению к агрессивным средам. Такие детали используются в автомобилях, самолетах и др. В металлургических процессах кадмий идет для получения легкоплавких сплавов. Важной в технике является кадмиевая бронза (-1 ~э Сд), нз которой делают телеграфные, телефонные, троллейбусные провода, поскольку кадмиевая бронза характеризуется ббльшей прочностью и износостойкостью, чем медь. Кадмнй используется в шелочных аккумуляторах.
Чрезвычайно интересна способность Сд поглощать медленные нейтроны, вследствие чего он применяется в ядерных реакторах для регулирования скорости распада ядерного топлива. Соединения кадмия очень ядовиты! Металлическая ртуть используется для изготовления измерительных приборов (манометров, термометров и пр.) и других аппаратов (ртутных кварцевых ламп и пр.). С железом ртуть не образует амальгам, поэтому ртутьможно хранить в стальных емкостях. Пары ртути очень ядовиты! Соединения цинка и металлов его подгруппы широко применяются в различных областях промышленности. Сульфид и оксид цинка, легированные некоторыми примесями, входят в группу веществ, обладаюших способностью люминесцировать — испускать холодное свечение в результате действия на них лучистой энергии или электронов.
Люминесценция имеет большое значение для науки и техники: она лежит в основе люминесцентного анализа, работы телевизионных экранов, действия ламп дневного света. Люминесцируюшие вещества называют люминофорами. Раствор ХпС1, в НС! применяют для травления металлов, при пайке для удаления с поверхности металлов оксидов и гидроксндов. Нд,С!2 — каломель используется для изготовления электродов. $ХН.4.
ХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ К полупроводниковым материалам относят большую группу веществ, удельное сопротивление которых составляет от 10 з до 10" Ом ° см. Полупроводниковые свойства проявляют вещества с полностью заполненной электронами валентной зоной и шириной запрещенной зоны не более 3 эВ ( 290 кДж/моль). Полупроводники проводят электрический ток тогда, когда часть электронов из валентной зоны приобретает достаточную энергию, чтобы преодолеть запрещенную зону и перейти в зону проводимости. Электрический ток при этом переносится как электронами в зоне проводимости, так и положительными зарядами — «дырками» вЂ” в валентной зоне. У полупроводников при комнатной температуре концентрация носителей тока на несколько порядков ниже, чем у металлов. Полупроводники, в которых электрический ток переносится эквивалентным количеством электронов и дырок, называют «собственными» полупроводниками. С ростом температуры электрическая проводимость полупроводников в отличие от металлов резко возрастает за счет увеличения концентрации носителей тока.
При повышении температуры возрастание числа электронов, перешедших в зону проводимости, подчиняется экспоненциальному закону, аналогичному уравнению Аррениуса для скорости химической реакции: — ыв/мм (ХП.1) где А — предэкспоненциальный множитель; ЛŠ— ширина запрещенной зоны; й — постоянная Больцмана; Т -- абсолютная температура. . Изменить концентрацию носителей тока в полупроводнике можно и дозированным введением в его структуру примесей.
Г1ри этом, если число валентных электронов у примесных атомов не совпадает с валентностью атомов в кристаллической решетке основного вещества, то в подобном «примесном» полупроводнике резко возрастает концентрация носителей тока одного вида— электронов или дырок. Например, введение одного атома мышьяка на 100 млн. атомов германия равнозначно появлению в 1 смз такого вещеста дополнительных 4,5 ° 10'4 подвижных электронов. Это в 15 —.20 раз больше концентрации собственных носителей тока в германии, поэтому перенос тока в таком примесном полупроводнике будет осуществляться главным образом электронами, причем его электрическая проводимость возрастает в 5 — 6 раз.
Варьируя химическую природу и концентрацию вводимых примесей, можно изготовить полупроводник с заданной электрической проводимостью и заданным характером носителей тока: электронов (п-полупроводннк) или дырок (р-полупроводник) Существует правило, согласно которому для получения примесного полупроводника с заданным характером проводимости необходимо, чтобы концентрация в нем собственных носителей тока 340 была как минимум на два порядка ниже концентрации примесных носителей. С ростом температуры концентрация собственных носителей возрастает, что приводит к необходимости указывать температурный предел использования примесных полупроводников. Чем больше ширина запрещенной зоны, тем выше температура, до которой применение данного примесного полупроводника является целесообразным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
