Физическая химия материалов и процессов электронной техники
Чикин Е.В.
Томск-2005

Кристаллохимические свойства веществ.

№ 3
Важнейшие элементы симметрии:
• Оси, плоскости и центр симметрии.

№ 4
Кристаллографические сингонии:
• Триклинная, моноклинная, ромбическая, тригональная, тетрагональная, гексагональная, кубическая, ромбоэдрическая.

№ 9,10
Количество частиц на каждую из приведенных на рисунке элементарных ячеек:

• а) 1; б) 2; в) 4; г) 2.
Координационное число:
• а) 6; б) 8; в) 12; г) 4.

№ 11
Координационное число:
• Количество ближайших соседних частиц в кристаллической решетке.

№ 12
Принцип Гиббса-Кюри:
• Термодинамически устойчивой является такая внешняя форма твердого или жидкого тела, при которой ее свободная поверхностная энергия будет наименьшей.

№ 13
1. Размеры атомов и ионов зависят от порядкового номера элемента. В каждом периоде с ростом порядкового номера элемента радиусы уменьшаются.
2. Внутри каждой группы Периодической системы элементов радиусы атомов увеличиваются.
3. Для одного и того же элемента радиус иона по мере роста отрицательного заряда увеличивается.
4. Для одного и того же элемента радиус иона по мере роста положительного заряда уменьшается.

№ 14
Виды химической связи в кристаллах веществ и соединений:
• C - ковалентная, К - металлическая, Ge - ковалентная, КСl - ионная, Cl₂ - молекулярная, Li - металлическая.

№ 15
Электроотрицательность атома:
• Это величина, характеризующая способность атома в молекуле приобретать отрицательный заряд.

№ 16
Электропроводящие свойства кристаллов:
• ионные - диэл.;
ковалентные - диэл.;
металлические - провод.;
молекулярные - диэл.

№ 17
Особенности полупроводниковых кристаллов:
• Химическая связь между атомами оказывается частично ионной, частично ковалентной.

№ 18
Для определения постоянной решетки NaCl(а₀) по известной плотности этого вещества (ρ) следует использовать выражение:
• a₀=n³√((μ*4)/(ρ*N_A)) (μ - молекулярный вес, N_А – число Авогадро).

Элементы энергетической кристаллохимии.

№ 19
Определение металлам на основе зонной теории:
• Металлом называется вещество, в котором либо не все квантовые состояния валентной зоны заняты электронами, либо валентная зона перекрывается с зоной проводимости.

№ 20
Определение полупроводникам на основе зонной теории:
• Это вещество, в котором все квантовые состояния валентной зоны заняты электронами, и валентная зона отделена от зоны проводимости запрещенной зоной с шириной 0,08<ΔЕ<3,2эВ.

№ 21
Примесные полупроводники:
• Это полупроводники, содержащие в кристаллической решетке примесные атомы, отличающиеся валентностью от основного полупроводника.

№ 22
Энергия решетки кристалла:
• Это энергия, необходимая для того, чтобы разложить кристалл на составные части и удалить их в бесконечность.

№ 23
Уравнение Борна для определения энергии решетки ионных кристаллов:
• U = (N_Ae²Z₁Z₂A / r₀) * ((n-1) / n).

№ 24
Из соединений KF, KCl, KBr, КJ, обладает наибольшей энергией решетки:
• KF.

№ 25
Энергия решетки ковалентных кристаллов:
• U_реш=Ω=Q_субл (Ω - энергия атомизации, Q - энергия сублимации);
• U_реш=2E_C-C.

№ 26
Свойства кристалла при увеличении энергии решетки:
Твердость повышается;
Устойчивость повышается;
Реакционная способность понижается;
Сжимаемость понижается;
Тепловое расширение понижается.

Термодинамические принципы описания систем и процессов.

№ 27
Условие термодинамического равновесия:
• ΔG_р.Т.=0;
• ΔН=TΔS.

№ 28
Самопроизвольное протекание реакции, если ΔS>0 и |ΔН| > |ТΔS|:
• а) при эндотермической реакции - невозможно;
б) при экзотермической прямой реакции - возможно.

№ 29
Для реакций, протекающих в стандартных условиях.
• Эндотермические реакции могут протекать при достаточно высоких температурах, если изменение энтропии реакции положительно.

№ 30
Реакция возможна при любых температурах:
• ΔН<0, ΔS>0.

№ 31
Свободная энергия Гиббса:
• Н – ТS.

№ 32
Возможно самопроизвольное протекание эндотермической реакции:
• ΔS>0.

№ 33
Уравнение изотермы Вант-Гоффа для реакции аА + bВ = сС + dD:
• ΔG = ΔG⁰ + RT ln(C^c_CC^d_D / C^a_AC^b_B).

№ 34
Условие самопроизвольности процесса:
• ΔG<0.

№ 35
Процессы:
• Таяние льда - ΔS>0; Кипение воды - ΔS>0; Синтез аммиака NН₃ - ΔS<0; Образование хлористого аммония NН₃(г)+НСl(г)=NH₄Cl(к) - ΔS<0.

Основы теории растворов.

№ 36
Основные структурные типы твердых растворов:
• замещения, внедрения, вычитания.

№ 37
Термодинамическое условие растворения твердых тел в жидкостях:
• ΔG<0.

№ 38
Насыщенный раствор - :
• для которого справедливо условие равновесия ΔG = 0.
• в котором имеется избыток растворенных веществ в виде осадка.

№ 39
Сущность понятий:
• Mолярность – количество молей растворенного вещества в 1 литре раствора;
нормальность – число грамм-эквивалентов вещества в 1 литре раствора;
моляльность – число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя.

№ 40,41
Растворимость твердых веществ и газов в жидкостях при повышении температуры.
• твердых тел - повышается.
• газов - не меняется.
При повышении давления:
• твердых тел - не меняется.
• газов - повышается.

№ 42
Закон Генри:
• Масса газа, растворимого в данном объеме жидкости, прямо пропорциональна давлению газа.

№ 43
Осмотическое давление:
• Это давление столба жидкости, препятствующее проникновению молекул воды в раствор через полупроницаемую перегородку.

№ 44
Температура кипения и замерзания раствора при повышении концентрации раствора:
• кипения - повысится.
• замерзания - понизится.

№ 45
Закон Рауля:
• (p⁰-p) / p⁰ = n / (n+n₀).
• При постоянной температуре понижение давления пара над раствором пропорционально количеству растворенного в растворителе вещества.

№ 46
Большим осмотическим давлением обладает раствор:
• Содержащий в 1 литре раствора 3 г формальдегида СН₂О.

№ 47
При более низкой температуре будет замерзать:
• 5% раствор глицерина С₃Н₅(ОН)₃.

№ 48
Степень диссоциации электролитов:
• Отношение числа молекул, диссоциированных на ионы, к общему числу молекул растворенного электролита.

№ 49
Закон разведения Оствальда:
• K = α²C / (1-α).

Химические равновесия.

№ 50
Химическое равновесие:
• Это такое состояние системы, когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми.

№ 51
Принцип Ле Шателье:
• Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что уменьшит оказанное воздействие.

№ 52
Система С(графит)+СО₂(г) ↔ 2СО(г), ΔН = 172,5 кДж находится в состоянии равновесия. Как изменится содержание СО в равновесной смеси:
• При повышении Т (p = соnst) - повысится.
• При повышении р (Т = соnst) - понизится.
• При уменьшении углекислого газа СО₂ (Т, p = соnst) - понизится.

№ 53,54
Равновесие реакции: 2Н₂(г)+О₂(г) ↔ 2Н₂О(г), ΔН⁰ = - 483,6 кДж при повышении:
• давления - сместится вправо.
• температуры - сместится влево.
СаСО₃(к) ↔ СаО(к)+СО₂(г), ΔН₀ = 179 кДж при повышении:
• давления - сместится влево.
• температуры - сместится вправо.

№ 55
Если объем каждой газовой смеси уменьшить в три раза, то равновесие сместится в системах:
• а. СО+Сl₂ ↔ СОСl₂ - вправо;
б. 2SО₂+O₂ ↔ 2SO₃ - вправо;
в. N₂+3Н₂ ↔ 2NН₃ - вправо;
г. H₂+Cl₂ ↔ 2HCl - не изменится.

№ 56
Равновесие в системе СаСО₃(к) ↔ СаО(к)+СО₂(г) при введении в систему дополнительного количества:
• СаСО₃ - не изменится.
• СаО - не изменится.
• СО₂ - сместится влево.

№ 57,58
При 25° С константа равновесия обратимой реакции, для которой значение ΔG^o₂₉₈ равно 5,714 кДж/моль:
• 0,1.
–5,714 кДж/моль:
• 10.

№ 59
В состоянии равновесия системы СО₂(г)+Н₂(г) ↔ СО(г)+Н₂О(г) реакционная смесь имела объемный состав: 22% СО₂, 41% Н₂, 17% СО, 20% Н₂О. Константы равновесия для этой реакции при Т = 1900 К и давлении 98501 Па:
• К_р=0.37; К_с=0.37.

Фазовые равновесия.

№ 60
Cмесь газов - гомогенная.
Cмесь песка и угольной пыли - гетерогенная.
Mорская вода - гомогенная.
Hасыщенный раствор после охлаждения и выпадения кристаллов - гетерогенная.

№ 61
Максимальное число фаз системы, состоящей из водного раствора СаСl₂, СrСl₂, ВаСl₂, паров воды и вариантность этой системы:
• Ф_max = 5; C = 0.

№ 62
Метод термического анализа для построения диаграмм состояния:
• В установлении зависимости между изучаемым свойством и составом системы.

№ 63
Из представленных кривых охлаждения

• а) чистое вещество; б) механическая смесь; в) твердый раствор.

№ 64
В системе свинец-серебро, если у расплава Рb – Аg одновременно выделяются кристаллы свинца и серебра:
• Число степеней свободы = 0. Число фаз = 3.

№ 65
Система в состоянии, соответствующем точкам на диаграмме плавкости

содержит степеней свободы:
• а - 2; б - 1; в - 0; г - 1; д - 0.

№ 66,67,68
Состав фаз в точках, обозначенных на диаграмме плавкости.

• а) L(А + В); б) L(А+В)+S(А+В); в) S(А + В).
состав твердой фазы:
• При Т = 1200° С - 60 %; при Т = 1300° С - 80%.
состав жидкой фазы:
• 20 % и 40%.

№ 69
При 144° С жидкий расплав, состоящий из 40% кадмия и 60% висмута находится в равновесии с твердыми кристаллами кадмия и висмута.
• Число степеней свободы = 0. Число фаз = 3.

№ 70
По диаграмме плавкости

состав интерметаллида и эвтектик:
• Первая эвтектика - 42%. Вторая эвтектика - 96%. Интерметаллид - 65%.

№ 71,72
По диаграмме плавкости для сплавов, содержащих 60% Ni и 40% Cu

• температура начала кристаллизации = 1360, конца кристаллизации = 1200.
для сплавов - 40% Ni и 60% Cu.
• начала = 1300, конца = 1140.

№ 73
Состав фаз в точках а, б, в, г, д, показанных на диаграмме.

• а) L(Si+Mg₂Si); б) S(Si)+L(Si+Mg₂Si); в) S(Si)+S(Mg₂Si); г) S(Mg₂Si)+L(Mg₂Si+Mg); д) S(Mg)+L(Mg₂Si+Mg).

№ 74
Из представленных диаграмм плавкости

• относятся к следующим с:
1) твердые растворы с неограниченной растворимостью - г;
2) двухкомпонентные механические смеси с простой эвтектикой - а;
3) двухкомпонентные системы с образованием химического соединения - б;
4) твердые растворы с ограниченной растворимостью - в.

№ 75
Особенности диаграмм состояния полупроводниковых систем:
• Часть интересующих нас областей представлена в крупном масштабе, а остальная часть диаграммы вырезается.

Поверхностные явления.

№ 84
Один грамм селикагеля имеет активную площадь 465 м². Если 10 г селикагеля могут адсорбировать 5*10^-3 г брома, 1 м² поверхности адсорбента поглотит:
• ∼ 2*10^-6 г брома.

№ 85
Адгезию между поверхностями двух твердых тел усиливают факторы:
• Наличие слоев адгезива, гладкость и чистота поверхностей.

Дефекты в реальных кристаллах.

№ 90
Закон действующих масс с использованием квазихимического метода описания дефектов:
• K_D(T) = [D⁺]ⁿ / [D], K_A(T) = [A^-]^p / [D].

№ 91
Закон действующих масс для собственного полупроводника при использовании квазихимического метода:
• K_i(T)=n*p.

№ 96
Амфотерная примесь в полупроводнике:
• Одна и та же примесь, которая может занимать различные места в решетке бинарного полупроводника и находится в разных ионизационных состояниях, выполняя функцию или донора, или акцептора.

Диффузионные процессы в кристаллах.

№ 107
Плоскость Мотано:
• Это воображаемая плоскость, через которую диффузионные потоки в противоположных направлениях равны.