Коммерциялық емес акционерлік қоғамы
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА және БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ
Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы
РАДИОМАТЕРИАЛДАР ХИМИЯСЫ
5B0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар,
5B0704 – Есептеуіш техника және бағдарламамен қамтамасыз ету,
5B0703 – Информациялық жүйелер, 5B0702 – Автоматтандыру және басқару
мамандықтары бойынша барлық оқу түрінің студенттері
үшін семестрлік жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар
Алматы 2010
ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: А. А. Туманова, Қ. С. Идрисова. Радиоматериалдар химиясы. 5B0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар, 5B0704 – Есептеуіш техника және бағдарламамен қамтамасыз ету, 5B0703 – Информациялық жүйелер, 5B0702 – Автоматтан-дыру және басқару мамандықтары бойынша барлық оқу түрінің студенттері үшін семестрлік жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. – Алматы: АЭжБИ, 2010. – 28б.
Радиоматериалдар химиясы пәнінен семестрлік жұмыстың тапсырмалары 5B0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар, 5B0704 – Есептеуіш техника және бағдарламамен қамтамасыз ету, 5B0703 – Информациялық жүйелер, 5B0702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтарының бакалаврларына арналған. Мұнда бағдарлама бойынша өзіндік жұмыстың тапсырмалары бар.
Кіріспе
Бұл тапсырмалар радиоматериалдар химиясын 1 кредит көлемінде 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар, 5В0704 – Есептеуіш техника және бағдарламамен қамтамасыз ету, 5В0703 – Информациялық жүйелер, 5В0702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтары бойынша оқитын бакалавриат студенттеріне арналған. Студент қойылған мерзімдерде жеке 1 есептік-сызба жұмысты орындап тапсырады.
Тапсырмалардың мазмұны оқу бағдарламасына сәйкес келетін негізгі бөлімдерінің 5 блогынан тұрады.
Бұл тапсырмалар негізгі түсініктерді, заңдарды игеріп, оларды есеп шығаруда қолдана білу, оқу материалын жүйеге келтіре алатын деңгейге сәйкес келеді.
Ұсынылып отырған тапсырмаларды орындау радиоматериалдар химиясы пәнінен емтиханға дайындалуға көмектеседі.
Семестрлік жұмыстар АЭжБИ ҚР ФС 10352-1910-У-е-001-2002 фирмалық стандартының талаптарына сәйкес келтірілуі керек.
Электрондық аспаптарды жасауда көптеген материалдар мен бірегей және таңдамалы технологиялық процестерді қолдану қажет. Қазіргі радиотехника, әсіресе жоғары жиілікті техника (радиобайланыс) радиоэлектрониканың аспаптары мен аппараттарын қолданудың шарттарына сәйкес келетін қасиеттері бар көптеген арнайы радиотехникалық және конструкциялық материалдарды талап етеді.
Радиотехникалық материалдар деп электрлік, магниттік және электрмагниттік өрістерге ерекше қасиеттері бар материалдарды айтады. Олар 4 топқа бөлінеді:
1) өткізгіштер;
2) диэлектриктер;
3) жартылай өткізгіштер;
4) магниттік материалдар.
Радиоматериалдарға келесі талаптар қойылады:
1) жоғары электрлік (магниттік) сипаттамаларының болуы;
2) жоғары, кейде төменгі температураларда қалыпты жұмыс істеуі;
3) шайқалу, вибрация, соққыларға тұрақты, сонымен әртүрлі жүктемелерде жеткілікті механикалық тұрақты болуы;
4) жеткілікті ылғалға тұрақты, химиялық тұрақты, сәулеленуге тұрақты болуы;
5) тез уақытта тозбауы;
6) өңделуі оңай болуы;
7) бағасы арзан және дефицитті болмауы.
Іс жүзінде пайдалануына мүмкіндік беретін радиоматериалдардың әртүрлі кластарының негізгі сапалық және сандық сипаттамаларын білу үшін, оларды алу әдістері мен құрылымы және құрылысына байланысты ерекше қасиеттерді көрсетуін зерттеу қажет. Айтылғанға байланысты, жалпы химияның 5 бөлімінен тұратын семестрлік жұмысты орындау студенттерге радиоматериалдар туралы түсінікті қалыптастыруға мүмкіндік береді.
Әр студент студенттік билетінің нөміріндегі ең соңғы екі санымен белгіленген тапсырмалардың нұсқасын орындайды. Мысалы, студенттік билеттің нөмірі 08(1)016, соңғы екі сан – 16. Студент 1-ші, 2-ші, 3-ші, 4-ші, 5-ші тақырыптардағы нөмірі 16 есепті шығарады.
1 тақырып. Атом құрылысы
Д.И.Менделеевтің периодтық
жүйесінің бірінші және екінші периодтарында, сонымен қатар
бірінші және екінші топтарында аса өткізгіштер жоқ. Аса
өткізгіш қасиеттер келесі шарттарға сәйкес келетін
элементтерде ғана болады: 1) электрондық деңгейлердің
саны аса өткізгіш қасиеттердің түзілуіне себеп болады;
2) аса өткізгіштердің көбісі d-элементтерге жатады; 3) p-элементтердің
арасында олар 7 ғана, f – тек 2, s – мүлдем жоқ; 4) аса
өткізгіштік валенттік электрондар саны 2 < 
< 6 және ферромагниттік
қасиеттері жоқ элементтерде болады.
Жартылайөткізгіш қасиеттері бар жай заттардың құрамына кіретін химиялық элементтер периодтық жүйеде шағын топ болып орналасады. Бұлардың барлығы атомдарында р-орбитальдары электрондармен біртіндеп толтырылатын р-элементтерге жатады.
Тапсырма
Кестедегі нұсқаңыздың нөміріне сәйкес:
1) Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесінен реттік нөмірі бойынша элемент атомының қысқаша электрондық конфигурациясын жазыңыз;
2) берілген элемент үшін қалыптастыратын электронның кванттық сандарын анықтаңыз;
3) қалыптастыратын электрон бойынша элементтің электрондық құрылымының аналогтарын атаңыз;
4) бұл элемент өткізгіш, жартылайөткізгіш, диэлектрикке жатады ма, аса өткізгіш қасиеттері бар ма?;
5) сутекке (Н) қатысты бұл элемент атомдарының тотығу-тотықсыздану қабілеттілігі қандай? (жауап беру үшін элементтердің салыстырмалы электртерістілігінің кестесін (әд..1, 1.4-кесте) және периодтық жүйесін қолдану қажет.
Кесте 1 Бастапқы берілгендері
|
Нұсқа нөмірі |
Тапсырма |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 |
2 54 77 12 23 18 14 83 38 56 89 53 86 5 3 85 46 33 31 20 50 17 21 36 27 48 4 10 88 82 56 89 53 86 5 3 85 46 33 31 20 50 14 73 22 30 37 47 79 48 56 13 32 40 50 72 82 23 33 41 51 83 16 24 34 42 52 74 84 17 9 25 35 43 53 75 85 26 27 28 44 45 46 76 77 78 2 10 18 36 54 86 8 9 7 15 13 3 11 19 |
Pt Fe Xe Ge Cu Ti He Fr Mn Au Re Zr Ba Re Gd Li Ca Ne Mo Po Na Nb Ge Ra Rb At Rh Be Te Cs Ti He Fr Mn Te Re Zr Ba Se Cd Li Ca Zn Mo Po Re Te B O F P Mo Os Mg Al Cu C In S Sn Na P Pd Tl Nb K C Cd Ca W Ir Ag Si V B Sc Be Ge I Sb In Cr Fe S Zn K Pt Po Hg Au Ga Br At Pb Sb Rb Ni Ru Bi Zn |
5s2 4f7 2p4 3d5 6p5 4s2 5d4 2p2 5f14 4d3 6s2 2p3 3d2 6s1 6p5 3d8 2p5 1s2 5f7 4d9 2p6 3s1 3d2 5d4 6p3 4d1 3s2 4f14 2p2 5d6 4s2 5d7 2p2 5f14 4d3 6s2 2p3 3d2 6s1 6p5 3d5 2p5 1s2 5f7 4d9 5s2 4f7 2p4 3d5 6p5 4s2 5d4 2p2 5f14 4d3 6s2 2p3 3d2 6s1 6p5 3d8 2p5 1s2 5f7 4d9 2p6 2p2 5d6 4s2 5d7 2p2 5f14 4d3 6s2 2p3 3d2 6s1 6p5 3d5 2p5 1s2 5f7 4d9 5s2 4f7 2p4 3d5 6p5 4f14 2p2 5d6 4s2 5d7 2p2 5f14 4d3 6s2 2p3 3d2 6s1 |
F Ba La Te Be S Se Mn Mg Cl C Sr Te Cr N I Y Hf Rb Tl W B K O Lu Ca Br Al As Si Se Mn Mg Cl C Sr Te Cr N I Y Hf Rb Tl W Rb At Rh Be Te Cs Ti He Fr Mn Te Re Zr Ba Se Cd Li Ca Fe S Zn K Pt Po Hg Au Ga Br At Pb Sb Rb Ni Po Te B O F P Mo Os Mg Al Cu N I Y Hf Rb Tl W Cd Li Ca Cu |
1 тақырып бойынша тапсырмаларды орындау мысалдары [6 (4 тарау); 7 (1 тарау); 8 (II тарау)] әдебиетінде келтірілген.
2 тақырып. Химиялық байланыс
Заттардың өткізгіш, жартылайөткізгіш, диэлектрлік қасиеттері берілген заттың атомдары мен молекулаларының арасындағы химиялық байланыстың түрі және қасиеттерімен анықталады.
Диэлектрлік қасиеттерге атомның кіші радиустарында коваленттік торы бар (мысалы алмаз С) немесе кристал торының аз ғана дефектілерінде иондылық үлесі көбірек иондық торы бар заттар ие болады.
Жартылайөткізгіштер қасиеттері кристалдық торға қарағанда (ұзақ рет), химиялық байланыстың ерекшеліктерімен көбірек анықталады (жақын рет). Бұл қасиеттерді сұйық және шыны тәрізді жартылайөткізгіштердің ашылуы дәлелдейді. Академик А.Ф. Иоффе жартылайөткізгіштің барлық қасиеттері: тыйым салынған өңір (аумақ), энергетикалық деңгейлердің түрі мен орналасуы, ток тасығыштардың қозғалмалылығы, жылуөткізгіштігі, фотоөткізгіштігі ж.т.б. – кристалдық немесе аморфтық қатты дененің негізгі ұяшығын түзетін химиялық байланыстарымен анықталатынын көрсетті. Жартылайөткізгіштер химиясында әртүрлі байланыстарында екіцентрлі жұпэлектрондық коваленттік байланыс ең маңызды болып табылады. Бұл байланыс жартылайөткізгіштің өзінің және қоспалық өткізгіштігін түсіндіреді. Жартылайөткізгіштерде тек металдық байланыс болмайды, сондықтан оларға бейметалл денелерді жатқызады. Жартылайөткізгіштер мен диэлектриктердің (изоляторлардың) арасында сапалы емес, сандық айырмашылық бар. Жартылайөткізгіштермен салыстырғанда диэлектриктердің тыйым салынған өңірінің мәндері жоғарырақ болады. Қатаң шарттарда, мысалы жоғары температураларда олар жартылайөткізгіштерге айналады (мысалы, Al2O3).
Атомдар арасындағы химиялық байланыстың түрі мен заттың жартылайөткізгіш қасиеттері арасында белгілі корреляция бар. Жартылайөткізгіш қосылыстарда коваленттік дәрежесі өскен сайын ток тасығыштардың қозғалмалылығы артады. Сонымен қатар иондық байланыс үлесінің артуы тыйым салынған өңірінің кеңдігінің артуына және ток тасығыштар қозғалмалылығының азаюына әкеледі. Олай болса, химиялық байланыстың түрін өзгерту арқылы қажетті қасиеттері бар жартылайөткізгіш қосылыстарды синтездеуге болады.
Қатты өткізгіштерге металдар, металдық құймалар және көміртегінің кейбір модификациялары (графит) жатады. Соңғы кезде органикалық полимерлер де жасалды.
Металдық өткізгіштердегі байланыс – металдық.
Метал өткізгіштеріндегі токтың өту механизмі бос электрондардың қозғалысына байланысты. Сондықтан металдарды 1-ші ретті өткізгіштерге жатқызады.
Электролиттерге немесе 2-ші ретті өткізгіштерге тұздар, қышқылдар және сілтілер ерітінділері жатады. Бу мен газдар, оның ішінде металдар буы төменгі кернеулерде өткізгіштерге жатпайды. Жоғары кернеулерде газдың иондануы жүруі мүмкін. Бірлік көлемінде оң зарядталған иондар саны электрондар санына теңескенде иондалған газ плазма деп аталатын ерекше тепе-теңдік өткізгіш ортаны түзеді.
Коваленттік байланыс мықты болғандықтан коваленттік кристалдардың балқу температурасы жоғары (3500°С – алмаз, 1400°С – Si), беріктігі жоғары болады, бірақта иілімділігі болмайтындықтан заттар сынғыш болады. Атомдар арасында белгілі электрлік тығыздылық болады, өйткені атомдар арасындағы электрондар жалпыланады да бұл өткізгіштіктің түзілуіне әкеледі. Электрондық жұп атомдар арасында локализденуіне байланысты бұл электрондар өткізгіштікке қатыса алмайды. Айтылған электрондар ток тасығыштар болу үшін оларды делокализдеу, яғни химиялық байланыстарын үзу қажет. Сондықтан төменгі температураларда бұл кристалдар диэлектриктерге жатады. Қыздыру кезінде делокализденуі мүмкін, бұл кезде мұндай кристалдар өткізгіштік қасиетіне ие болады, яғни жартылайөткізгіштерге айналады.
Электрлік қасиеттері бойынша иондық кристалдар диэлектрлік қасиеттерге ие боу керек. Таза иондық байланыс өте сирек кездеседі. Таза иондық байланыстан шегіну ток тасығыштардың түзілуіне және жартылайөткізгіш қасиеттердің пайда болуына әкеледі. Балқытылған (ерітілген) иондық кристалдар электролиттерге, яғни электр тоғының 2-ші ретті өткізгіштерге жатады, мұнда токтың тасығыштары болып иондар келеді.
1 есеп:
• Берілген молекулалардың әрбір атомының валенттік электрондарының орбитальдар бойынша орналасуын көрсетіңіз;
• Байланыстың түзілу механизмі мен түрін анықтаңыз;
• Байланыстың полярлығын анықтаңыз;
• Мұнда гибридтену болады ма және типін анықтаңыз;
• Молекулалардың геометриялық құрылымын анықтаңыз;
• Молекулалардың полярлығын анықтаңыз.
2 есеп:
• Берілген молекуланы түзетін атомдардың электрондық фоормулаларын жазыңыз;
• Кестеден молекулалық орбитальдердің (МО) түзілуіне қатысатын атомдық орбитальдердің энергияларын жазыңыз;
• Берілген молекулалардың АО және МО энергетикалық сұлбасын салыңыз;
• Байланыс ретін анықтаңыз. Берілген молекуланың болуы мүмкін бе?
• Берілген молекула диамагнитті ме, парамагнитті ме;
• Берілген молекула қандай қасиеттерге ие (өткізгіш, жартылайөткізгіш немесе диэлектрлік) ?
• Электрондық тығыздылық ядролардың біреуіне жылжиды ма? Молекула полярлы ма?
Кесте 2 Бастапқы берілгендері
|
Нұсқа № |
1 есеп |
2 есеп |
Нұсқа № |
1 есеп |
2 есеп |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 |
H2S AlBr3 GeH4 GaІ3 BeBr2 SeF6 SClF5 SiCl2 PbCl4 SiCl4 SnCl4 ССl4 РСl3 AsBr3 SО2 CО2 BeBr2 SeF6 SClF5 SiCl2 PbCl4 SiCl4 SnCl4 ССl4 РСl3 AsBr3 SO2 Br2 PF5 MgF2 GaІ3 SF6 РСl3 TeF6 Н2Те AsH3 HCl SbBr3 FeF2 LiH GaBr3 PbCl2 FeCl2 NiCl2 Н2О SeF4 SBr6 CoCl2 GeІ4 SbBr3 |
|
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 |
Br2 PF5 MgF2 H2Te BI3 HBr HF GeCl2 SbCl5 BBr3 SbI3 PH3 NH3 OF2 PCl3 GaBr3 SiCl2 PbCl4 AsBr3 SnH4 FeF2 BeH2 SF6 CF4 SiF4 AsF5 AlF3 SnH2 PbCl2 GaI3 CH4 BCl3 NCl3 PCl3 BeH2 SnH4 SeF4 NBr3 NiCl2 SBr6 HCl CoCl2 FeCl2 GaI3 GaBr3 PbCl2 Н2О GeH4 SiCl2 ССl4 |
|
Кесте 3 Атомдардың атомдық орбитальдарының энергиясы (эВ)
|
Атом |
-Е2s |
-Е2Р |
Атом |
-E3s |
-E3p |
|
Li |
5,4 |
— |
Na |
5,0 |
— |
|
Be |
9,3 |
6,5 |
Al |
10,8 |
5,8 |
|
В |
14,0 |
8,3 |
Si |
14,8 |
8,2 |
|
С |
19,4 |
11,3 |
Р |
18,8 |
10,5 |
|
N |
25,9 |
14,5 |
S |
22,4 |
10,3 |
|
О |
32,5 |
13,6 |
Cl |
28,4 |
13,0 |
|
F |
40,0 |
17,4 |
H |
13,6 (Is) |
— |
2 тақырып бойынша тапсырмаларды орындау мысалдары [6 (4 тарау); 7 (2 тарау)] әдебиетінде келтірілген.
3 тақырып. Жартылайөткізгіш материалдары
Жартылайөткізгіштердің басқа қатты денелерге қарағанда ерекше қасиеттері бар. Олардың негізгілері:
1) электрөткізгіштігінің оң температуралық коэффициенті, яғни температура жоғарлаған сайын жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігі артады;
2) Жартылайөткізгіштердің меншікті өткізгіштігі металдардікінен төмен, диэлектриктердікінен жоғары;
3) металдарға қарағанда термоэлектр қозғаушы күшінің мәндері жоғарырақ;
4) иондайтын сәулеленуге жоғары сезімділік қасиеттері;
5) өте аз мөлшердегі қоспалардың әсерінен физикалық қасиеттерінің күрт өзгеруіне қабілеттілігі;
6) токтың түзелу эффекті немесе контактілерде омдық емес тәртібі.
Жай заттардан жартылайөткізгіштерге бор, кремний, германий, сұр қалайы, фосфор, мышьяк және сурьманың кейбір модификациялары, сонымен қатар селен, теллур және иод. Жақында көміртектің фуллерит деп аталатын жаңа модификациясы ашылған. Ол алмаз бен графитке қарағанда жартылайөткізгіштерге жатады. Мұнымен қатар жартылайөткізгіштерге келесі қосылыстар жатады: оксидтер, сульфидтер, селенидтер, теллуридтер, арсенидтер, антимонидтер, интерметалдық жартылайөткізгіштер, үш есе және одан күрделірек жартылайөткізгіш қосылыстар.
Жартылайөткізгіштердің меншікті электрөткізгіштігі 10-8 – 106 См/м аралығын құрайды және металдар мен изоляторлардың арасында орналасқан.
Зоналық теориясы бойынша жартылайөткізгіш қасиеттерді валенттік зонасы электрондармен толық толтырылған және тыйым салынған өңірінің кеңдігі ≤3 эВ (≈ 290кДж/моль) заттар көрсетеді.
Бейорганикалық жартылайөткізгіш заттарға координациялық құрылым тән келеді, яғни олардың кеңістік торларында молекулалар болмайды. Басқа сөзбен айтқанда, оларда молекулалық құрылым болмайды. Сондықтан жартылайөткізгіштің макроскопиялық денесі көптеген бірдей атомдардан (жай зат), немесе көптеген (≈ Авогадро санына) әртүрлі атомдардан (қосылыс) тұрады.
Жартылайөткізгіштердің беттік қасиеттері үлкен рөл атқарады. Кейде беттік энергетикалық деңгейлер мен оларға тәуелді қасиеттер жартылайөткізгіштердің көлемдік қасиеттерінен артық болады. Сондықтан жартылайөткізгіш аспап жасауда жартылайөткізгіш аспаптардың электр физикалық қасиеттерін жақсарту үшін беттің улануына, адсорбцияланған газдардың әсеріне, бөгде қалқынқы бөлшектердің бар болуына және т.б. көп назар аударады. Жартылайөткізгіштер химиясының негізгі міндеті – жаңа жартылайөткізгіш материадарды жасау. Қазіргі кезде жай заттарға жататын жартылайөткізгіштер кеңінен қолдануда. Олар – германий және кремний, сонымен қатар Периодтық жүйедегі V топ элементтерінің III топ элементтерімен қосылыстары, мысалы: GaAs, GaP, InAs және басқа бинарлы жартылай өткізгіштер. Олардың барлығында алмаз торына ұқсас кристал торы бар, алмазтәрізді жартылайөткізгіштер деп аталады.
Германий және кремний жартылайөткізгіш материалдарында елеулі кемшіліктер бар. Тыйым салынған өңірінің кеңдігі аз болғанына байланысты германийден жасалған аспаптардың жұмыстық температурасы 60 – 80°C-ден аспайды. Германий сирек және өте шашыраңқы химиялық элементтерге жатады. Кремнийде бұл кемшіліктер жоқ, бұл элемент таралуы бойынша оттегіден кейін екінші орын алады. Мұнымен қатар, тыйым салынған өңірі германийге қарағанда кеңірек, сондықтан кремнийден жасалған аспаптар жоғарырақ температураларда жұмыс істей алады (200 – 220°C). Кремнийдегі ток тасығыштардың қозғалмалылығы германийдікінен төменірек болғандықтан кремнийді жартылайөткізгіш аспаптардың жиілік шегі германийден төмен. Германийге қарағанда кремнийді таза күйінде алу қиынырақ. Сондықтан жай зат түріндегі ең кеңінен таралған элементтің қажетті тазалығын алу сирек және шашыраңқы германийден қымбат болып шығады. Бұл элементтердің жартылайөткізгіштік тазалығы қоспаларының қосынды мөлшері 10-7 – 10-8 ат.% құрайды. Кремнийдің 109 атомына қоспа ретінде бордың бір атомын енгізу, оның өткізгіштігін арттырады. Жартылайөткізгіштер химиясында монокристалдардың түзілуіне әкелетін заттың терең тазартылуында қазіргі әдістердің өңделуі мен дамуы үлкен рөл атқарады (мысалы, бағытталған кристалдану, зоналық балқыту).
Жартылайөткізгіш материалдарды қолданудың маңызды саласы – микроэлектроника. Бұл материалдар қазіргі кезде қолданылатын кремнийден жасалатын үлкен және аса үлкен интегралдық сұлбалардың негізін құрайды. Жылдамдығын жоғарлату және пайдаланатын куатын төмендетумен жүретін ары қарай өркендеуі GaAs, InP және олардың басқа қосылыстармен қатты ерітінділері негізінде интегралдық сұлбаларды жасаумен байланысты. Жартылайөткізгіш материалдарды үлкен көлемдерде «күш беретін» электрондық аспаптарды (вентильдар, тиристорлар, қуатты транзисторлар) жасауда қолданады. Мұнда да негізгі материалы ретінде Si қолданылады, ал жоғарырақ температуралар аймағына өту GaAs, SiC және басқа кең зоналық өткізгіш материалдарды қолдануға байланысты. Жыл сайын өткізгіш материалдарды күн сәулелену энергетикасында, жартылайөткізгіш лазерлер мен светодиодтарды жасауда қолданылуы кеңеюде. Жартылайөткізгіш лазерлер және фотоқабылдағыштар байланыстың талшықты-оптикалық желілерінің элементтік базасының негізгі құрамдастары болып келеді. Жартылайөткізгіш материалдарды қолданудың маңызды аймағы: ядролы сәулелену детекторлары (аса таза Ge, Si, GaAs, CdTe ж.т.б. қолданылады), термомұздатқыштарды, тензодатчиктерді, жоғары сезімде термометрлерді, магниттік өрістердің датчиктерінде ж.т.б. аспаптарды жасауда.
Тапсырма
1. Зоналық теория бойынша қандай заттар және неліктен жартылайөткізгіш қасиеттерін көрсетеді?
2. Германий мен кремнийдің зоналық қайта кристалдануының айырмашылығы неде?
3. Қай жағдайда тазарту процесінде бағытталған кристалдануды, ал қайсысында – зоналық балқытуды қолдану лайық болады?
4. Монокристалдарды Чохральский әдісімен өсіру қандай әдістің қатысында жүреді? 5. Галлий мен алюминийдің диффузиялану коэффициенттері жоғарырақ болғанымен кремний аспаптарында р-типті аймақтарды құрастырғанда араласатын қоспа ретінде бор қолданылады. Неліктен? 6. Жартылайөткізгіштердің электрлік өткізгіштігіне әсер ететін факторлар.7. Кейбір кеңінен қолданылатын жартылайөткізгіш материалдардың негізгі сипаттамаларын келтіріңіз.8. Жартылайөткізгіштертерге қатысты «октет ережесін» түсіндіріңіз. Мысалдарды келтіріңіз.9. Кристалдық емес жартылай өткізгіш материалдар. Мысалдарды келтіріңіз.10. Органикалық жартылайөткізгіштер. Мысалдарды келтіріңіз. 11. Жартылайөткізгіштерді алу жолдары.12. Материалдарды тазартудың химиялық әдістері.13. Периодтық жүйенің 3-ші тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Қайсыларында жартылайөткізгіш қасиеттері бар?14. Периодтық жүйенің 4-ші тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Қайсыларында жартылайөткізгіш қасиеттері бар?15. Периодтық жүйенің 5-ші тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Қайсылары қоспалары бар жартылайөткізгіштерді алуда қолданылады?
16. Периодтық жүйенің 6-шы тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Қайсыларында жартылайөткізгіш қасиеттері бар?17. Периодтық жүйенің 7-ші тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Қайсылары жартылайөткізгіштерді алуда қолданылады?
18. Периодтық жүйенің 8-ші тобының негізгі топшасында орналасқан элементтердің сипаттамасын беріңіз. Бұл элементтердің қолдану аймақтарын атаңыз19. Бағытталған кристалданудың горизонталь немесе вертикаль нұсқасын таңдау неге байланысты?
20. Неліктен жартылайөткізгіш аспаптардың көбісін жасауда монокристалдарды қолдану қажет? Неліктен поликристалдық үлгілерді қолдануға болмайды?
21. Транзисторлар мен интегралды сұлбаларды жасауда кеңінен қолданылуын кремнийдің қандай артықшылықтары қамтамасыз етеді?
22. Легірлеу сипаттамасына тәуелсіз АIIВVI жартылайөткізгіш қосылыстарында электр өткізгіштіктің бір ғана түрі болады. Оны қалай түсіндіруге болады?
23. Үшінші компонентпен легірлеуді қолданусыз электрондық немесе тесіктік өткізгіштігі бар кадмий теллуриді кристалдарын қандай әдіспен өсіруге болады?24. Легірлейтін компоненттерді қолданусыз электрондық өткізгіштігі бар кадмий селениді таза кристалдарының меншікті кедергісін жоғарлату немесе төмендету әдісін ұсыныңыз. 25. Үшінші компонентпен легірлеуді қолданусыз р-типті кадмий теллуриді үлгісінен электрондық өткізгіштігі бар кристалды қалай алуға болады?
26. Литий ниобаты (LiNbO3) кристалдарының негізгі қасиеттері және оны қолдану аймақтары.
27. Аморфты гидрогенизирленген кремнийдің негізгі қасиеттері мен қолдану аймақтары.
28. Бықсыған разряд әдісімен аморфты кремний қабыршағын алу.
29. Шашырату әдісімен аморфты кремний қабыршағын алу.
30. Газ фазасынан химиялық тұндыру әдісімен аморфты кремний қабыршағын алу.
31. Кеуекті кремнийден микроқұрылымдардың негізгі қасиеттері.
32. Кеуекті кремнийдің қолдану аймақтары.
33. Силицидтердің негізгі физика-химиялық қасиеттері және оларды қолдану аймақтары.
34. Силицидтерді алу әдістері.
35. Элементарлы жартылайөткізгіштерде нүктелік дефектілердің қандай түрлері болуы мүмкін?
36. Жартылайөткізгіштердің қатты ерітінділерінің кристалдануы негізіндегі негізгі қағидалары.
37. Қоспаның таралу коэффициенті деп нені айтады?
38. Тура зоналық және тура емес зоналық жартылайөткізгіштердің сипаттамасын беріңіз. Мысалдар келтіріңіз.
39. Халькогенидтік және оксидтік шыны тәрізді жартылайөткізгіш материалдар: алу жолдары, қасиеттері және қолдану аймақтары.
40. Маңызды жартылайөткізгіш материалдардың негізгі электр физикалық қасиеттері (тыйым салынған өңірінің кеңдігі, ток тасымалдағыштардың қозғалғыштығы, балқу температурасы ж.т.б.).
41. Фотоқабылдағыштарды жасауда қолданылатын жартылайөткізгіш материалдарға қойылатын талаптар.
42. Жартылайөткізгіш материалдардың монокристалдарын өсіруде қолданылатын балқыманы бағытталған және зоналық кристалдау әдістері.
43. Эпитаксиалды қабыршақтарды эпитаксиалды өсіру әдісімен алу.
44. Эпитаксиалды өсіру әдістерін микроэлектроникада және интегралдық оптикада қолдану.
45. Жартылайөткізгіш материалдардың эпитаксиалды құрылымдарын алуда қолданылатын сұйықтық, газфазалық және молекулалық-шоқтық әдістер.
46. Электрондық және тесіктік типті жартылайөткізгіш материалдарды легірлеу.
47. Жартылайөткізгіш материалдарда ауыр және асыл металдар (Fe, Ni, Cr, W, Cu, Ag, Аи ж.т.б.) қоспаларын қолдану.
48. Ең маңызды жартылайөткізгіш материалдардың құрамындағы жиі кездесетін қоспалардың негізгі сипаттамалары.
49. Жартылайөткізгіш материалдарды легірлеудің негізгі әдістері мен міндеттері.
50. Жартылайөткізгіш материалдардың монокристалдары мен эпитаксиалды қабаттарындағы негізгі құрылымдық дефектілер.
51. Ge мен Si атомдарындағы өзіндік түктелік дефектілердің сипаттамасын беріңіз.
52. Құрамы мен қасиеттеріне байланысты жартылайөткізгіш материалдарды қолдану аймақтары.
53. Жартылайөткізгіштер – анықтамасы, негізгі қасиеттері.
54. Жартылайөткізгіш материалдардың өткізгіштер мен изоляторлардан айырмашылығы.
55. Жартылайөткізгіштердегі электрондық және тесіктік өткізгіштіктері.
56. Жартылайөткізгіш материалдардың магниттік қасиеттері.
57. Реттелмеген жартылайөткізгіш материалдардың құрылымы мен қасиеттерінің өзара байланысы туралы түсініктер.
58. Микроэлектроника, оптика, голография және информатика салаларында алдын ала белгіленген қасиеттері бар монолиттік және жұқа қабатты жаңа материалдарды алу.
59. Мышьяк, германий, күкірт, селен, теллур, таллий, висмут, қалайы, галлий және ауыспалы элементтер қатарының негізінде шыны тәрізді және шыны кристалдық жартылай өткізгіштерді физика-химиялық зерттеу және синтездеу әдістерін өңдеу.
60. Синтезделген материалдардың физика-химиялық қасиеттеріне біртектілік ұзындығы, жақын және орташа реттілігі әсерінің теориялық және эксперименталдық зерттеулері.
61. Шыны тәрізді жартылайөткізгіштердің жарық сәулеленумен әрекеттесуін зерттеу.
62. Жартылайөткізгіш материалдардың оптикалық және сызықсыз оптикалық қасиеттері.
63. Валенттік зонаның ені мен ондағы энергетикалық деңгейлердің саны неге тәуелді?
64. Неліктен қалыпты жағдайларда d-элементтер оксидтері – типтік жартылайөткізгіштерге, ал негізгі топшалардың метал оксидтері – диэлектриктерге жатады?
65. Мырыш және селен атомдарымен легірлегенде алюминий антимонидінің (AlSb) өткізгіштігінің түрі қалай өзгереді (орын басу құрылымдары)?
66. Стандартты жағдайларда германий йодидінің қай түрінің ұшқыш қасиеттері жоғарырақ болады? GeІ4(тв) = GeІ4(г); GeІ2(тв) = GeІ2(г).
67. Элементарлы жартылайөткізгіштердің технологиясы.
68. Германийдің химиялық және физикалық қасиеттері.
69. Германийді алудың химиялық әдістері.
70. Германийдегі қоспалардың тәртібі.
71. Жоғары дәрежедегі таза германий кристалдарын алу.
72. Алдын ала белгіленген қасиеттері бар германий кристалдарын алу.
73. Кремний технологиясы.
74. Кремнийдің химиялық және физикалық қасиеттері.
75. Кремнийді алудың химиялық әдістері.
76. Жоғары дәрежедегі таза кремний кристалдарын алу.
77. Алдын ала белгіленген қасиеттері бар кремний кристалдарын алу.
78. Жартылайөткізгіш қосылыстарының технологиясы.
79. Жартылайөткізгіш қосылыстарының табиғаты.
80. Жартылайөткізгіш қосылыстарының негізгі физика-химиялық қасиеттері.
81. Жартылайөткізгіш қосылыстарын алу әдістері.
82. Ыдырамайтын жартылайөткізгіш қосылыстарын алуда қолданылатын технология мен аппараттар.
83. Индий мен галлийдің антимонидтері.
84. Жартылайөткізгіш термоэлектрлік материалдар.
85. Ыдырамайтын жартылайөткізгіш қосылыстарының қатты ерітінділері.
86. Ыдырайтын жартылайөткізгіш қосылыстарын алуда қолданылатын технологиясы мен аппаратурасы.
87. Мыс, мырыш, кадмий және басқа металдар оксидтері.
88. Кремний карбиді. Қасиеттері мен қолданылуы.
89. Индий және галлий арсенидтері.
90. Индий және галлий фосфоридтері.
91. AIIBVI жартылайөткізгіш қосылыстары.
92. Ыдырайтын жартылайөткізгіш қосылыстарының қатты ерітінділері.
93. Жартылайөткізгіш материалдардың құрылымы мен қасиеттерін бақылау, өңдеу түрлері.
94. Өңдеу түрлері. Кесу. Қырнау. Жылтырлату.
95. Кристалдар құрылымын бақылау.
96. Электрлік параметрлерді бақылау.
97. Жартылайөткізгіштердегі p-n-өту.
98. Жартылайөткізгіштердің жіктелуі.
99. Элементтердің периодтық жүйесі мен Цинтль шекарасы.
100. Органикалық жартылайөткізгіштердің түрлері.
3 тақырып бойынша тапсырмаларды орындау мысалдары [8 (14 тарау)] әдебиетінде келтірілген.
4 тақырып. Металдар және олардың коррозиясы
Металдық өткізгіштерді былай бөлуге болады:
а) микросұлбалардың өткізгіш жалғауларын, кәбілдерді, сымдарды, трасформатор орағыштарын, толқындарды жүргізгіш, қуатты генератор шамдарының анодтарын және т.б. жасауда қолданатын жоғары өткізгіштігі бар материалдар.
б) Резисторлар, реостаттар, электр қыздыру аспаптарында, қыздыру шамдарында қолданылатын жоғары кедергілі металдар мен құймалар.
Сұйық өткізгіштерге металдар балқымалары мен әртүрлі электролиттер жатады. Металдардың (сынап (-39°C), галлий (29,8°C) және цезийден (26°C) басқаларының) балқу температурасы әдетте жоғары болады. Қазіргі кезде 0.3 – 9.22 К аралығында аса өткізгіштік қасиеттері бар 23 металл белгілі.
Өте аз массасы мен мөлшерлеріне байланысты электрондардың металдағы қозғалғыштығы жоғары болады. Егер металдарға потенциалдардың айырымын қосса, электрондар теріс полюстан оң полюсқа қарай жылжи бастайды да нәтижесінде электр тоғын түзеді. Меншікті электр өткізгіштігі көптеген металдарда бірдей болатын электрон заряды мен тасымалдағыш концентрациясына тәуелді.
Металдардың коррозиясы – қоршаған ортаның әсерінен металдардың өздігінен бүліну процесі. Механизміне байланысты коррозиялық бүлінуді былай ажыратады:
1) химиялық коррозия, тотығу-тотықсыздану әрекеттесуінің немесе гетерогенді химиялық реакцияның электр тоғының түзілуінсіз өтуі. Бұл коррозия бейэлектролит сұйықтықтарында немесе жоғары температурада газдарда өтеді.
2) электрохимиялық коррозия, микро- және макрогальваникалық жұптардың пайда болуы нәтижесінде атмосфералық жағдайлар мен электролит сұйықтықтарында электр тоғының түзілуімен жүруі. Микрогальваникалық жұптар металдарда қоспалардың болуынан, ал макрогальваникалық жұптар – металдардың бір-бірімен байланысуының нәтижесінде пайда болады. Металдың бетінде әрқашан электролит қабыршағы бар болғандықтан, гальваноэлектртоғы пайда болады.
Коррозиядан қорғаудың келесі әдістері бар:
1) коррозияға ұшырамайтын таза металдарды қолдану;
2) катодтық қорғау: металды тұрақты ток көзіне қосу;
3) протекторлы қорғау: негізгі металдың корпусына белсендірек металды (протекторды) қосу. Бұл белсендірек металдың бұзылуына әкеледі де протектор толығымен бұзылғанға дейін негізгі металл (корпус) коррозияға ұшырамайды.
4) Анодтық және катодтыққа бөлінетін металдық жабындарды қолдану, яғни бір металды басқамен жабу. Қапталуының тұтастығы бұзылған жағдайда (жарықтары болса, қаптау тығыз болмаса) анодтық қаптаулар ең тиімді саналады.
Өзіңіздің нұсқаңыз бойынша есеп шығарыңыз
Металдар жұбы үшін:
1) Ауамен байланысында рН = ... берілген жұптағы металдың коррозиялану мүмкіндігін анықтаңыз;
2) Анодтық және катодтық процестердің теңдеулерін жазыңыз;
3) Берілген жұп үшін анодтық және катодтық қаптауларды ұсыныңыз. Қапталуының тұтастығы бұзылған жағдайда коррозиялық процестері өзгереді ме және қалай? Реакция теңдеулерін жазыңыз.
|
Нұсқа № |
Металдар жұбы |
pH |
Нұсқа № |
Металдар жұбы |
pH |
|
1 |
Pb — Sn |
12 |
16 |
Zn — Cd |
7 |
|
2 |
Sn — Сu |
6 |
17 |
Fe — Sn |
5 |
|
3 |
Fe — Co |
10 |
18 |
Fe — Cd |
4 |
|
4 |
Сu — Со |
4 |
19 |
Zn — Cu |
2 |
|
5 |
Fe — Ni |
5 |
20 |
Fe — Cu |
2 |
|
6 |
Sn — Cd |
4 |
21 |
Fe — Co |
4 |
|
7 |
Cd — Сu |
12 |
22 |
Fe — Ni |
8 |
|
8 |
Zn — Ag |
10 |
23 |
Sn — Ag |
10 |
|
9 |
Cd — Pb |
6 |
24 |
Cd — Cu |
7 |
|
10 |
Fe — Сu |
5 |
25 |
Pb — Cu |
12 |
|
11 |
Fe — Pb |
3 |
26 |
Cd — Ni |
4 |
|
12 |
Sn — Ag |
4 |
27 |
Zn — Ag |
11 |
|
13 |
Zn — Ni |
5 |
28 |
Pb — Sn |
4 |
|
14 |
Mg — Ni |
10 |
29 |
Cu — Zn |
2 |
|
15 |
Zn — Sn |
8 |
30 |
Sn — Cu |
9 |
|
61 |
Pb — Sn |
12 |
81 |
Fe — Co |
4,5 |
|
62 |
Sn — Cu |
6 |
82 |
Fe — Ni |
8 |
|
63 |
Fe — Co |
10 |
83 |
Sn — Ag |
10 |
|
64 |
Cu — Co |
4 |
84 |
Cd — Cu |
7 |
|
65 |
Fe — Ni |
11 |
85 |
Pb — Cu |
12 |
|
66 |
Sn — Cd |
4 |
86 |
Cd — Ni |
4 |
|
67 |
Cd — Cu |
12 |
87 |
Zn — Ag |
11 |
|
68 |
Zn — Ag |
10 |
88 |
Pb — Sn |
4 |
|
69 |
Cd — Pb |
6 |
89 |
Cu — Zn |
2 |
|
70 |
Fe — Cu |
5 |
90 |
Sn — Cu |
9 |
|
71 |
Fe — Pb |
3 |
91 |
Fe — Mg |
3,5 |
|
72 |
Sn — Ag |
4,5 |
92 |
Ni — Mg |
5 |
|
73 |
Zn — Ni |
5 |
93 |
Fe — Ni |
4 |
|
74 |
Mg — Ni |
10 |
94 |
Cd — Pb |
12 |
|
75 |
Zn — Sn |
8 |
95 |
Zn — Sn |
2 |
|
76 |
Zn — Cd |
7 |
96 |
Zn — Ag |
3,5 |
|
77 |
Fe — Sn |
5 |
97 |
Fe — Pb |
10 |
|
78 |
Fe — Cd |
4 |
98 |
Cd — Cu |
4 |
|
79 |
Zn — Cu |
2,5 |
99 |
Zn — Cd |
5 |
|
80 |
Fe — Cu |
2 |
100 |
Pb — Mg |
5,5 |
4 тақырып бойынша тапсырмаларды орындау мысалдары [6 (9 тарау), 7 (8 тарау), 7 (IX тарау)] әдебиетінде келтірілген.
5 Тақырып. Органикалық қосылыстар мен полимерлер
Органикалық қосылыстардың барлығы дерлік диэлектриктер болып табылады (ілесетін байланыстары бар қосылыстар бұған кірмейді). Органикалық қосылыстардың диэлектрлік қасиеттері бірдей емес, бұл қасиет қосылыстардың құрамы мен құрылымына байланысты.
Мысалы, жоғары қысымдағы полиэтиленнің кристалдану дәрежесі <60%, балқу температурасы = 115°С. Полиэтилен агрессивті орталардың әсеріне өте тұрақты. Оның бағалы қасиеттеріне диэлектрлігі жатады. Жоғары жиілікті кәбілдерді жасауда кеңінен қолдануда. Бұл материал таза күйінде де, сонымен қатар басқа полимерлермен біріктіріліп, суға және химиялық жағынан жоғары тұрақтылығы бар қабыршақтар, лактар, компаундтер түрінде қолданылады.
Мұндай қасиеттер полистиролға да тән келеді. Ол тізбекті және полярсыз, термоиілгіш, ылғал тартқыш емес және суға, қышқылдарға және сілтілерге тұрақты, бірақ ацетон, эфирде және кейбір басқа еріткіштерде ериді. Полистирол өте жақсы диэлектрик болғандықтан жоғары жиілік изоляциялауда, теледидарда және байланыс құралдарында кеңінен қолданылады. Полистиролдан конденсаторларды, антенналарды, жоғары жиілік кәбілдерді жасайды, сонымен қатар маңызды материал ретінде аспап жасауда (әсіресе деформацияның жоғары кермектілігі қажет болғанда) қолданылады. Полистирол негізінде компаундтар, лактар, қабыршақтар, поропласттар жасалады. Кемшілігі – төменгі жылутөзімділігі, сынғыштығы, жұмсару температурасы 80 – 85°С.
Өзіңіздің нұсқаңыз бойынша есеп шығарыңыз
1. Винилацетаттың құрылымдық формуласын жазыңыз. Бұл қосылыстың полимерленуінің сұлбасын келтіріңіз.
2. Акрилонитрил (СН3СН2СN) және винилацетаттың қосарлана полимерлену сұлбасын келтіріңіз.
3. Терефталь қышқылы С6Н4(СООН)2 және этиленгликольдің поликонденсациялану сұлбасын келтіріңіз.
4. Жүйесіз және жүйелі құрылымдарындағы полимерлердің құрылысы мен қасиеттерінің айырмашылығы.
5. Аморфты және кристалдық полимерлер қасиеттерінің айырмашылығы.
6. Келтірілген полимерлердің қайсысының тозуға қарсы тұрақтылығы жоғарырақ: фторопласттың ба, әлде полиэтиленнің бе?
7. Келтірілген екі полимерлердің қайсысының электр өткізгіштігі жоғарырақ: полипропиленнің бе, әлде поливинилхлоридтің бе?
8. Жер асты құбырларын, кәбілдердің сыртын және әртүрлі қабыршақтарды жасауда қандай полимерлі материалдар қолданылады?
9. Электр техникасында диэлектриктер ретінде қандай полимерлі материалдар қолданылады?
10. Антифрикциялық материалдардың құрамына қандай полимерлер кіреді?
11. Автомобильдерді жасауда полимерлердің қандай түрлері қолданылады?
12. Қарапайым шексіз бірнегізді карбон қышқылының құрылымдық формуласын және осы қышқылдың метил спиртімен әрекеттесу реакциясының теңдеуін жазыңыз. Нәтижесінде түзілген өнімнің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
13. Кучеров реакциясын қолданып кальций карбиді мен судан винилацетатты алыңыз. Реакция теңдеулерін жазыңыз. Винилацетатың полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
14. Аминдер – деп қандай қосылыстарды айтады? Адипин қышқылы мен гексаметилендиаминнің поликонденсациялану сұлбасын құрастырыңыз. Реакция нәтижесінде түзілетін полимерді қалай атайды?
15. Кальций карбиді, натрий хлориді, күкірт қышқылы мен судан винилхлоридті қалай алуға болады? Сәйкес реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Винилхлоридтің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
16. Табиғи каучук қандай шексіз көміртектің полимері болып табылады? Бұл көміртектің құрылымдық формуласын жазыңыз. Каучуктың резеңкеге айналу процессі қалай аталады? Каучук пен резеңкенің құрылымы мен қасиеттері арасындағы айырмашылық неде?
17. Ацетиленді алу және ацетиленнің ароматикалық көміртекке айналу реакцияларын жазыңыз. Ацетиленмен қандай заттың әрекеттесуінен акрилонитрил түзіледі? Акрилонитрилдің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
18. Метакрил қышқылының құрылымдық формуласын жазыңыз. Оның метил спиртімен әрекеттесуінен қандай қосылыс түзіледі? Реакция теңдеуін жазыңыз. Түзілетін өнімнің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
19. Диендік деп қандай көміртектерді айтады? Мысал келтіріңіз. Диен көміртектерінің жалпы формуласы. Диен көміртектерінің біреуінің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
20. Олефиндер деп қандай қосылыстарды айтады? Мысал келтіріңіз. Олефиндер құрамын өрнектейтін жалпы формуланы жазыңыз. Олефиндердің біреуінің полимерлену мысалын құрастырыңыз.
21. Этилен көміртектерінің құрамын өрнектейтін формула. Оларды қандай химиялық реакциялар сипаттайды? Полимерлену, поликонденсациялану деген не? Бұл реакциялардың айырмашылығы неде?
22. Шекті және шексіз көміртектердің қасиеттеріндегі айырмашылықтары неде? Дивинил мен стиролдан каучуктың түзілу сұлбасын құрастырыңыз. Вулкандау деген не?
23. Амин қышқылдары деп қандай қосылыстарды айтады? Жай амин қышқылының формуласын жазыңыз. Аминокапрон қышқылының поликонденсациялану сұлбасын құрастырыңыз. Реакция нәтижесінде түзілетін полимер қалай аталады?
24. Альдегидтер деп қандай қосылыстарды айтады? Альдегидтердің негізгі қасиеттерін атаңыз. Формалин деген не? Мочевинаформальдегидтік шайырды алу сұлбасын құрастырыңыз.
25. Изопрен сияқты көміртектер қалай аталады? Изопрен мен изобутиленнің қосарлана полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
26. Қандай қосылыстар элементорганикалық, кремнийорганикалық деп аталады? Кремнийорганикалық полимерлердің ең маңызды қасиеттері. Кремний атомдарымен байланысқан органикалық радикалдардың санын көбейту кремнийорганикалық полимерлердің қасиеттеріне қалай әсер етеді.
27. Диолефиндер деп қандай қосылыстарды айтады? Диолефиндердің біреуінің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз. Тізбекті полимерлердің үш күйін көрсетіңіз. Бір күйден екіншіге өту немен сипатталады?
28. Пропил спиртінің дегидратациялану реакциясының теңдеуін жазыңыз. Түзілген көміртектің полимерлену сұлбасын құрастырыңыз.
29. Стереорегулярлы деп қандай полимерлерді айтады? Стереожүйелі полимерлердің жүйелі еместермен салыстырғанда балқу температурасы мен механикалық тұрақтылығының жоғарырақ болуын қалай түсіндіруге болады?
30. Өнеркәсіпте стиролды қалай алады? Оның полимерлену сұлбасын келтіріңіз. Сұлбалар арқылы полимерлердің тізбекті, үш өлшемді құрылымын көрсетіңіз.
31. Термоиілімді, термореактивті деп қандай полимерлерді айтады?
32. Фенолдан термоиілімді, термореактивті шайырларды қалай алуға болады? Сәйкес реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Реакция өнімдерінің қандай қасиеттері оларды электр техникада қолдануға мүмкіндік береді?
33. Аминокапрон қышқылынан НN3(СН2)5СООН – капронды, адипин қышқылы СООН(СН2)4СООН мен гексаметилендиаминнен NН2(СН2)6NH2 – нейлонды алу реакцияларының теңдеулерін жазыңыз.
34. Инициатор ретінде бензоил пероксиді (С6Н5СО)2O2 қатысында стиролдың полимерлену реакциясының теңдеуін жазыңыз.
35. Стирол С6Н5СН = СН2 мен бутадиеннің СН2 = СН — СН = СН2 қосарлана полимерлену реакциясының теңдеуін жазыңыз. Қосарлана полимерлену өнімінің қасиеттері және оны қайда қолдануға болады?
36. Пропилен СН = СН — СН3 мен изобутиленнің Н2С = С — СН3
│
CH3 полимерлену реакцияларының теңдеулерін құрастырыңыз. Полипропиленнің молекулалық массасы М = 160 000. Полимерлену дәрежесін есептеңіз.
37. Келесі заттардың қайсыларында изомерлер болуы мүмкін: С3Н6С12, СН3С1, С2Н4С12, С3Н5СНС12? Бұл қосылыстарды рационалды номенклатура бойынша атаңыз. Жауабыңызды құрылымдық формулалармен дәлелдеңіз.
38. Метанды броммен бірізді тотықтырудың реакция теңдеулерін жазыңыз және бромтуындыларының барлығын атаңыз.
39. Метан, металдық натрий және хлордан пропан мен бутанды қалай алуға болады? Реакцияларды өткізу шарттарын келтіріңіз.
40. Электр- және радиотехникада фенолформальдегидті шайырларды қолдану.
41. Төменде келтірілген органикалық қышқылдардың тұздарын:
а) СН3 — СН — CH2 — COONa; б) СН3 — СН — CH2 — COONa
│ │
СН3 СН3 — СН2
қатты натрий гидроксидімен қыздырғанда қандай көміртектер түзіледі?
42. Келесі айналуларды қандай реакциялардың көмегімен өткізуге болады:
а) СН4 → СН3Сl → С2Н6 → С2Н5Сl → С3Н8
б) С → СН4 → СН3Сl → С3Н8 → С3Н7Вг
43. Массалық үлесі 85,7 % көміртегі және массалық үлесі 14,3 % сутегі бар заттың молекулалық формуласын шығарыңыз. Сутек бойынша буларының тығыздығы 21 тең.
44. Массалық үлесі 81,8 % көміртегі және массалық үлесі 18,2 % сутегі бар заттың формуласын шығарыңыз.
45. Заттың молекулалық массасы М = 86. Массалық үлесі 85,7 % көміртегі және массалық үлесі 14,3 % сутегі бар заттың молекулалық формуласын шығарыңыз. Массалық үлесі 83,72 % көміртегі және массалық үлесі 16,28 % сутегі бар заттың молекулалық формуласын табыңыз.
46. Этанның ауа бойынша және сутек бойынша тығыздығын есептеңіз.
47.Тармақтанған құрылымды полимерлі қосылыстардың мысалдарын келтіріңіз.
48. Сызықтық құрылымды полимерлі қосылыстардың мысалдарын келтіріңіз.
49. Жоғары және төменгі жиілікті диэлектриктердің мысалдарын келтіріңіз.
50. Фторопласттың формуласын жазыңыз. Бұл полимердің қандай қасиеттері бар?
51. Органикалық заттардың диэлектрлік қасиеттерін қалай түсіндіруге болады?
52. Торлы құрылымдағы полимерлі қосылыстардың мысалдарын келтіріңіз.
53. Кеңістік құрылымдағы полимерлі қосылыстардың мысалдарын келтіріңіз.
54. Қалыпты жағдайда пентанның 1 л массасын табыңыз.
55. Қалыпты жағдайда газдың 1 литрінің массасы 2,58 г. Бұл газдың салыстырмалы молекулалық массасы мен ауа бойынша тығыздығын табыңыз.
56. Жану кезінде көміртегі диоксидінің 5 есе көп мөлшері түзілетін метан гомологының формуласын жазыңыз.
57. Метилхлорид түзілу үшін қалыпты жағдайда хлордың 1 литрімен әрекеттесуге метанның қандай көлемі қажет?
58. 5,6 л массасы қалыпты жағдайда 11 г құрайтыны белгілі болғандағы метан гомологының формуласын жазыңыз.
59. Метанның 10 л хлорлағанда қалыпты жағдайда метилхлоридтің қанша грамы түзіледі?
60. Метан (92 %), этан (4 %) және жанбайтын қоспалары бар табиғи газдың 1 м3-де көміртегінің мөлшерін анықтаңыз.
61. Құрамындағы көміртектін массалық үлесі 82,76 %, сутектікі - 17,24%, ауа бойынша тығыздығы 2 тең газ тәрізді заттың молекулалық формуласын анықтаңыз.
62. Ауа бойынша тығыздығы 1,04 газ тәрізді көміртек жанғанда массасы 3,3 г көміртегі (1V) диоксиді мен массасы 2,02 г су түзілді. Көміртектің құрылымдық формуласын жазыңыз.
63. Қалыпты жағдайда натрий ацетатының 3 молінен қанша метан алуға болады: ν (моль), m (г), V (л)?
64. Метанның ауамен қауіпті жарылғыш қоспасында метанның массалық үлесі 5 – 15 % құрайды. Минималды және максималды жарылу шектерінде қоспаның 1 м3-де метанның массасын есептеңіз.
65. а) 2-метилбутадиен-1,3; б) 2-метилгексадиен-1,5; в) 2,4-диметилпентадиен-2,4; г) 2-метилпентадиен-1,3 қосылыстарының құрылымдық формулаларын жазыңыз.
66. а) изобутан; б) диметилэтилметан; в) 2-метилпентан; г) пропанды дегидрирлеу арқылы қандай олефиндерді алуға болады? Қысқартылған құрылымдық формулаларын жазыңыз.
67. а) этил спиртінің СН3 — СН2 — ОН; б) пропил спиртінің СН3 — СН2 — СН2 — ОН 10 кг дегидратациялағанда қандай көмірсутектер және олар қандай мөлшерде түзіледі?
68. Иілімді деп қандай жасанды материалдарды айтады? Мысалдарын келтіріңіз.
69. а) массасы 2,8 г. бутен-2; б) массасы 3,5 г α, β-метилэтилэтилен; в) массасы 4,2 г симметриялы емес-метилпропилэтилен бромның қанша грамын қосып ала алады?
70. Құрамында этилен (массалық үлесі 22,58 %), пропен (32,26%) және бутен-2 (45,16%) массасы 12,4 г газ қоспасын гидрирлеу үшін көміртектің қандай көлемі қажет? Сәйкес реакция теңдеулерін жазыңыз.
71. Массасы 2,5 л. этан мен этиленнің қоспасы бромның судағы ерітіндісінен жіберілді. Нәтижесінде массасы 4,7 г 1,2-дибромэтан түзілді. Газдардың қоспадағы көлемдік үлесін табыңыз.
72. Көміртектердің галогентуындылары және олардың қолданылуы.
73. Келесі айналуларды қандай реакциялардың көмегімен өткізуге болады:
С → СН4 → СН3Сl → С2Н6 → С2Н4 → С2Н5ОН?
74. Құрамында азот бар органикалық қосылыстар. Н.Н. Зинин реакциясы.
75. Кремнийорганикалық қосылыстар және олардың диэлектриктер ретінде қолданылуы.
76. а) этанол; б) метанол; в) пропион альдегидін тотықтырғанда қандай шекті бірнегізді қышқыл түзіледі?
77. Өнеркәсіпте сірке қышқылын қалай алады? 3 негізгі әдісті атаңыз.
78. Карбоксил тобының сапалық анықталуының реакциялары.
79. Калий ацетатының сулы ерітіндісін электролиздегенде қандай қосылыстар түзіледі?
80. Метан қышқылы ыдырағанда су тартушы заттың әсерінен қандай жанбайтын газ түзіледі?
81. Келесі карбон қышқылдарын рационалды және халықаралық номенклатуралары бойынша атаңыз:
а) СН3 — СООН
б) СН3 — СН2 — СООН
в) СН3 — СН2 — СН2 — СООН
Бұлардың қандай тривиалды атаулары белгілі?
82. Валериан қышқылы изомерлерінің құрылымдық формулаларын жазып, оларды рационалды және халықаралық номенклатуралар бойынша атаңыз.
83. а) 2-метилбутан; б) 2,2-диметилпропан; в) 2,4,4-триметилгексан; г) 2,2,4,4-тетраметил-3,5-диэтилгептан карбон қышқылдарының құрылымдық формулаларын жазыңыз.
84. Келесі айналуларды қандай реакциялардың көмегімен өткізуге болады:
а) СН4 → С2Н6 → С2Н4 → СН3СОН → С2Н5ОН → СН3СООН
б) СаС2 → С2Н2 → СН3СОН → СН3СООН → СН3СООС2Н5
85. а) натрий сульфатына сірке қышқылын; б) натрий карбонатына этан қышқылын; в) магний ацетатына азот қышқылын қосса реакция жүреді ме? Сәйкес реакция теңдеулерін жазыңыз.
86. Құрамы келесі: С (массалық үлесі 62,0 %), О (27,6 %), Н (10,4 %) карбон қышқылының формуласын шығарыңыз. Заттың сутегі бойынша тығыздығы 58 тең. Бұл шекті бірнегізді қышқылдың изомерлерінің құрылымдық формулаларын жазып, халықаралық номенклатура бойынша атаңыз.
87. НСООН-тың массалық үлесі 80% көлемі 100 мл (тығыздығы 1,3) метан қышқылын алу үшін массалық үлесі 40% HCHO формальдегид ерітіндісінің (тығыздығы 1,1) қандай көлемін тотықтыру қажет?
88. Массасы 30 кг сірке қышқылын алу үшін С2Н5ОН массалық үлесі 96% тығыздығы 0,8 этил спирті ерітіндісінің қандай мөлшері қажет?
89. Массасы 3,7 г бірнегізді шекті қышқылды бейтараптауға концентрациясы 0,5 моль/л калий гидроксидінің 100 мл шығындалды. Бұл қышқылдың құрылымдық формуласын жазыңыз.
90. Массасы 30 г сірке қышқылы мен фенол ерітіндісінің қоспасын бейтараптауға концентрациясы 2 моль/л натрий гидроксидінің 100 мл шығындалды. Бұл қоспаға бром суы әсер еткенде массасы 33,1 г тұнба түзілді. Қышқыл мен фенолдың ерітіндідегі массалық үлесін табыңыз (%).
91. Концентрациясы 0,02 моль/л көлемі 5 л ерітінді дайындау үшін массалық үлесі 60% СН3СООН сірке қышқылының (тығыздығы 1,064) қанша мл алу қажет?
92. Су, ауа, көміртек, әктас көмегімен сірке қышқылын қалай алуға болады? Реакция теңдеулерін жазыңыз.
93. Сірке қышқылын алу үшін бастапқы зат ретінде қоспаларының массалық үлесі 4% техникалық кальций карбиді қолданылды. Түзілген сірке қышқылын бейтараптауға концентрациясы 5,5 моль/л калий гидроксиді ерітіндісінің (тығыздығы 1,2) 240 г шығындалды. Кальций карбидінің массасын табыңыз.
94. Концентрациясы 3 моль/л сірке қышқылының 3 литрінен көлемі 44,8л аммиак жіберілді. Аммиакты өткізгеннен кейін қышқыл ерітіндісімен реакцияласатын кальций карбонатының массасын табыңыз (г).
95. Массасы 37 г құмырсқа-этил эфирін алу үшін қышқыл мен спирттің қанша грамын алу қажет?
96. Массасы 10 г альдегид алу үшін карбон қышқылымен реакцияласуға сутектің қанша литрі қатысады?
97. Массасы 10,2 г сірке ангидридін алуға қажетті қоспалардың массалық үлесі 10% техникалық сірке қышқылының массасын есептеңіз.
98. Полимерлену дәрежесі 200 тең полихлорвинилдің молекулалық массасын есептеңіз. Хлорвинилдің полимерлену реакциясының теңдеуін жазыңыз.
99. Қышқылдық ортада фенолдың формальдегидпен әрекеттесу реакциясының теңдеуін жазыңыз. Бұл реакцияның себебі мен механизмі қандай? Түзілген өнімнің қасиеттері.
100. Полимерлену және поликонденсациялану реакцияларының ұқсастығы мен айырмашылығы.
5 тақырып бойынша тапсырмаларды орындау мысалдары [2 (5 бөлім, тарау 17, 9 (8, 9, 10 тарау)] әдебиетінде келтірілген.
Әдебиет тізімі
1. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа. – 2005.
2. Бірімжанов Б.А. Жалпы химия. – А.: Мектеп. – 2001.
3. Пірәлиев С.Ж., Бутин Б.М., Байназарова Г.М., Жайлау С.Ж.. Жалпы химия, I том. – Алматы, 2003.
4. Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.: АСТ-Астрель. – 2004.
5. Задачи и упражнения по общей химии. Под. ред. Коровина Н.В. – М.: Высшая школа. – 2004.
6. Байназарова Г.М., Бутин Б.М., Жайлау С.Ж., Куатбеков К.М. Общая химия. Решебник. – Алматы, 2006.
7. Ерохин Ю.М., Фролов В.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.: ACADEMA. – 2003.
8. Яманов С.А. Химия и радиоматериалы. – М.: Высшая школа. – 1970.
9. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. /Учебное пособие под редакцией В.С. Чередниченко. – М: Омега – Л, 2006.
10. Угай Я.А. Введение в химию полупроводников. 2-е изд. – М.: Высшая школа. – 1975.
11. Угай Я.А. Общая химия. 2-е изд. – М.: Высшая школа. – 1984.
12. Гончаров Е.Г., Семенова Г.В., Угай Я.А. Химия полупроводников. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1995.
13. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. – М.: Высшая школа. – 1982.
14.Материалы микроэлектронной техники. /Учебное пособие для вузов под ред. В. М. Андреева. – М.: Радио и связь. – 1989.
Мазмұны
Кіріспе 3
1 Атом құрылысы 4
2 Химиялық байланыс 8
3 Жартылайөткізгіш материалдар 11
4 Металдар және металдар коррозиясы 17
5 Органикалық қосылыстар және полимерлер 20
Әдебиет тізімі 27