Aine aatomistruktuur (1)

Aine aatomistruktuur.
Aatomite kooslus . Molekulide kritsallid.
1.Hõre gaas
Gaasis on aatomid vabad, see tähendab, mida hõredam on gaas, seda suuremad on aatomite vahelised kaugused ja aatmid võivad pidevalt ja korrapäratult liikuda vabalt. Molekulaarjõud on väga väiksed ning aatomitevahelised põrked on elastsed, mis tähendab, et põrkel energiakadu ei toimi.
2. Kooslused moodustuvad aatomites ; molekulis, mis koosneb 2-st ja enamast aatomist;vedelikes, kus osakesed moodustavad suuremaid kooslusi; ja kristallides , kus moodustub kristallivõre osakestest ,mis asuvad seal väga korrapäraselt.
Järelikult koosluses on osakeste vahelised kaugused väga väikesed ning kooslusesse kuuluvad aatmomid mõjutavad teineteist.
A. Kovalentne side.
Joonis.
1)Moodustub kooslus nt. 2-st aatomist, mille 2 või enam väliskihi elektroni hakkavad tiirlema mõlema tuuma ümber.
*Energeetiline selgitus .
Joonis.
Valemid.
1. 2πrn =nλ ,kui n on peakvantarv ehk elektroni orbiidi nr ehk energianivoo nr, siis näeme, et elektroni lainepikkus on võrdeline orbiidu raadiusega .
Võrreldes aatomit ja molekuli näeme, et elektroni raadius molekulis on suurem, kui aatomis. Järelikult elektroni lainepikkus on molekulis suurem, kui aatomis.
rm►ra
2. λ=h/mv näitab, et mida suurem on elektroni lainepikkus molekulis, seda väiksem on elektroni liikumishulk molekulis.
3. Ek=mv²/2 Kolmandas valemis me näeme, et liikumishulga võredline sõltuvus energiaga tuleneb, et liikumishulga kahanemisel väheneb ka molekulis liikumishulga energia.
(On lause õige:p?)
Def. Energiat, mis on vajalik molekuli lõhkumiseks aatomiteks või energiat, mis vabaneb aatomites molekuli moodustamisel nim. molekuli seose energiaks.
B. Ioonne side
Näiteks ioonne side moodustub molekulis olevate ioonide vahel. Naatriumkloriidi molekulis, millies Na on pos. ioon , kloor neg. Põhjus: klooris väliskihi elektronide orbiit ei ole päris ringikujuline,mistõttu elektroni kiht on mõnes kohas õhem mõnes paksem .
Õhemas osas on tuuma tõmbejõud tugevam ja selletõttu kloori aatom tõmbab naatrium elektroni endale. Nii tekib naatrium pos. ioon jakloor neg. ioon.
C. Metalliline side tekib tahkistes ,kuna neid iseloomustavad kritsall e ruumvõred, mille sõlmpunktides asuvad pos. ioonid (aatomis, millest on lahkunud elekronid) ning kuna neg. elektronide ja pos. ioonide vahel valitseb tõmbejõud, mistõttu elektronid iseenesest metallis lahkuda ei saa, küll aga moodustavad elektronpilve, kus võivad vabalt liikuda kristalli ulatuses.
Elektri väljas toimub aukude tekkimine, elektronide vabaks muutumine korrapäraselt. Elektronid liiguvad suunatult elektrivälja + pooluse poole, see on elektrijuhtivus augud, aga nihkuvad nagu nad oleks pos. Laengud elektrivälja – pooluse poole. Me räägime siis aukjuhtivusest.
Ge joonis.
Ge-4v, As- 5v, In- 3v. p-tüüpi juhtivus - Ia, n-tüüpi juhtivus- In. 4-valentsele, 5v Arseeni lisamisega tekib Germaaniumi Arseeni kovalentses sidemes 4 täiskorvalentset sidet. 1As elektron jääb aga vabaks suurendades sellega vabade elektronide arvu.
Vaadeldes 4-valentset Germaaniumi moodustub 4 täiskovalentset sidet , iga aatomi ümber kui see moodustab koosluse 2 germaaniumi aatomiga, kusjuures kummagi aatomi valetselektronid tiirlevad ümber mõlema tuuma
Kuna jõud, mis hoiab elektroni, kovalentses sidemes ei ole nii tugev, siis el. võib lahkuda jättes endast järgi augu , mida võib täita ning teine elektron mille lahkumisel sidemest jäi omakorda auk.
Elektriväljas pos. Aukude suunatud liikumine tekitab voolutugevuse- Ia auk, elektroni suunatud liikumine tekitab voolutugevuse In, seega kogu I( voolutugevus ) on arvuliselt võrdne nii aukude suunatud liikumisest voolutugevusega ja elektronide suunatud liikumisest voolutugevuste summadega. I=Ia+In
Pooljuhtide suur kasutus on tingitud sellest, et nende elektrijuhtivust on suhteliselt lihtne suurendada, neid nt. soojendades termotakisteid valgustades.
Pooljuhtide lisandjuhtivus
a) doonorlisandid- on lisandid, mis suurendavad elektronide arvu pooljuhis
Ge lisan arseen 5v
joonis.
Energeetiliselt lisandi antud juhul Arseeni energianivoo läheb Ge-i aatomi juhtivustsooni alla keelutsooni, mis tõttu el. paigutuvad juhtivustsooni, suurendades sellega elektronide arvu.
b) Aktseptorlisandid- on lisandid, mis suurenevad pooljuhis aukude arvu, nt. Ge-le lisame Indiumi
joonis. Moodustub Ge-ni ümber 3 täiskovalentset sidet, üks side jääb poolikuks, sest seal tiirleb ümber Indiumi ja Ge aatomituumade ainult 1 elektron ,teise kohal on auk.
Energeetiliselt on indium germaaniumi valetstsooni kohal ning tõmbab ära valentstsoonist elektronid, suurendades aukude arvu valentstsoonis.
c) Diood- see on üks näide, kus kasutatakse pooljuhte.
Pooljuhte kasut. Päikesepatareides, elektriseadmetes vahelduvvoolu muutmisel alalisvooluks, selleks kasut. Pooljuht dioodi ja transistorites, mille abil võimendatakse voolu.
Pooljuht dioodi ehitus ja töö
1.joonis.
Tihedasse kontakti viiakse erineva juhtivusega pooljuhid, p-tüüpi pooljuhis on palju auke , n-tüüpi pooljuhis palju elektrone. Nende pooljuhtide vahele tekib kontakt a,a` mille el. juhtivus sõltub pooljuhtidele rakendatud elektrivälja suunast .
a) ühendame vooluringi selle pooljuhi, nii et elektrivälja suund on +lt miinusele.
joonis.
I=q/t, I=U/R, k=1/R
Sellise ühenduse korral hakkavad vabad laengud, mida on palju, liikuma üle kontaktkihis, augud – laengu poole, elektronid + laengu poole. Laeng suur mis ajaühikus läbib kontaktkihi, voolutugevus on suur, kontaktkihi takistus on väike ……
Kui takistus on väike on kontaktkihti elektrijuhtivus väike.
joonis.
Elektrivälja suuna muutumisega läbi kontaktkihi, sest antud ühenduses on n-tüüpi pooljuht ühendatud +ga ja suurem osa elektrone liigub sinna peale. P-tüüpi pooljuht on ühendatud – klemmiga ning enamik auke nihkub sinna poole.
Seega, üle kontaktkihi toimub väheste laengute suunatud liikumine, mille tõttu voolutugevus on minimaalne, kontaktkihi takistus suur ja elektrijuhtivus väike.
Antud juhul kasutatakse dioodi vahelduvvoolu muutmiseks alalisvooluks. Et kui voolul on selline suund, et ta tekitab elektrivälja nagu juhul @ siis selle poolperioodi voolu laseb diood läbi . Kui teisel pool dioodil on selline suund nagu voolul (b), on diood „lukus“, seega 1 dioodi kasutamise korral saame me vaheldusvoolust pulseeriva alalisvoolu.
Pideva alalisvoolu saamiseks kasut. Vähemalt 2 dioodi, mis töötavad vastupidistes töörežiimides.
joonis.