4. Rodzaje kryształów Kryształy walencyjne (złożone z tych samych atomów) – twarde o wysokiej temperaturze topnienia – opis daje mechanika kwantowa, zhybrydyzowane chmury elektronów (diament, krzem, cyna szara) wykład 15 Kryształy molekularne atomy nieaktywne chemicznie związane są słabymi siłami Van der Waalsa – miękkie: siła wiązania maleje z 7 potęgą odległości – organiczne o niskiej temperaturze topnienia Wiązanie wodorowe –lód – twarde, ciepło właściwe wody 1,009 cal/g.kelwin, lodu 0,49 cal/g.kelwin, Gęstość lodu mniejsza o 9% niż wody, mała gęstość upakowania, każda molekuła ma tylko 4 sąsiadów

5. Sieci krystaliczne

6. Rodzaje sieci krystalicznej

7. Rodzaje sieci krystalicznej cd

8. Rodzaje sieci krystalicznej cd.

9. Upakowanie atomów w sieci krystalicznej ścisłe upakowanie naprzemienne Mg, Zn Zwarte rozmieszczenie kul ścisłe upakowanie sześcienne (Cu, Ag,Au, CH 4 , HCl Dziury w warstwach

10. Struktury węgla- diament i grafit

11. Struktury węgla –fullereny

13. Kwantowa teoria ciała stałego Zasada ekwipartycji energii mówi, że na jeden stopień swobody przypada energia = ½ kT – swobodne molekuły:E=3/2 NkT=3/2RT=c V T stąd c V =3/2R=3 cal/mol.kelwin W ciele stałym oprócz energii kinetycznej jest jeszcze energia potencjalna –prawo Dulonga-Petita c V =2R=6 cal/mol.kelwin Wzór Einsteina Teoria kwantowa Debye’a pozwala np. na wyliczenie ciepła właściwego ciał stałych c v =  T+  T 3 wykład 15

14. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego Promieniowanie rentgenowskie: fala elektromagnetyczna o długości  =10 -11 -5.10 -8 m Prawo Bragga-Wulfa – kierunki maksimów po dyfrakcji (po przejściu przez kryształ i rozproszeniu na elektronach) 2dsin  = n  (  to kąt ugięcia) Metoda Lauego używa widma ciągłego promieni X – badania struktury monokryształów, defektów i deformacji Metoda Debye’a –Scherrera używa widma monochromatycznego - badania zmian struktury, przemian fazowych i rekrystalizacji  wykład 15

15. Neutronografia Neutrony- nukleony - cząstki elementarne o ładunku elektrycznym = 0, termiczne o energii E>2 MeV Zależność natężenia strumienia neutronów od kąta rozproszenia – budowa cząsteczek monokryształów i polikryształów (lekkie pierwiastki, oddziaływania momentów magnetycznych z atomami) wykład 15

16. Teoria pasmowa ciał stałych Stany energetyczne elektronów w krysztale- ilość atomów rzędu 10 23 /cm 2 –ilość elektronów zależy od temperatury dla izolatorów i niemetali Struktura pasmowa - pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa-dziury w paśmie walencyjnym Przerwa energetyczna E g >2 eV (izolatory) <2 eV(półprzewodniki) Pasmo walencyjne Pasmo przewodnictwa Pasmo przewodnictwa k E g =0 wykład 15

17. Półprzewodniki Przewodnictwo rośnie wraz z temperaturą, w niskich temperaturach półprzewodniki są izolatorami - emisja termiczna przenosi elektrony do pasma przewodnictwa, zaś w paśmie walencyjnym powstają dziury, przewodność :10 -8 <  <10 6 S/m Półprzewodniki samoistne (bez domieszek): german i krzem, (4-wartościowe 4 elektrony ) Półprzewodniki domieszkowe : (arsen i antymon) nadmiar donorów- półprzewodnik n, (gal i ind) nadmiar akceptorów (dziur)- półprzewodnik p Koncentracja nośników prądu : n=p=AT 3/2 exp(-E g /2kT) Przykłady: GeSi, GaAs, GaP itp. W gazie elektronowym nie ma zależności energii kinetycznej elektronów od temperatury wykład 15

19. Nadprzewodnictwo Teoria kwantowa BCS (Bardeen, Cooper, Schreiffer- elektrony tworzą pary Coopera poruszające się bez oporu) Drgania sieci krystalicznej – kwant energii drgań nazywa się fononem E= h  Dwa typy drgań: akustyczne i optyczne (dla kryształów o różnych atomach np. NaCl, dipole elektryczne, emisja promieniowania) wykład 15

20. Dyfuzja w ciele stałym Przemieszczanie się atomów równanie dyfuzji Dyslokacja - defekt liniowy (krawędziowy, śrubowy w kryształach powstają naprężenia) wykład 15

21. Ciekłe kryształy Ciecz anizotropowa - dalekosiężne uporządkowanie orientacyjne Termotropowe (odkryto ich ok.. 8000 - wydłużone sztywne cząsteczki) Liotropowe (roztwory)-micelle wydłużone, lamele płaskie-DNA, wirusy, makromolekuły Ciekłe kryształy polimerowe – (mają łańcuchy boczne i tworzą się w roztworach): Nematyki(uporządkowanie równoległe), nematyki chiralne (skręcenie śrubowe) Smektyki warstwowe. Anizotropia optyczna, magnetyczna, przewodnictwa, selektywne odbicie światła, termografia Tekstura ciekłych kryształów wykład 15