0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Металл с наименьшим металлическим блеском

Металл с наименьшим металлическим блеском

Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 12. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

§ 12.2. Физические свойства металлов

Механическое воздействие на кристалл с ковалентной связью влечет смещение отдельных слоев атомов, вследствие чего связи разрываются и кристалл разрушается (рис. 12.1, а). Такое же действие на кристалл с металлической связью также вызывает смещение слоев атомов, однако благодаря перемещению электронов по всему кристаллу разрыва связей не происходит (рис. 12.1, б). Для металлов характерна высокая пластичность. Она уменьшается в ряда Au , Ag , С u , Sn , Pb , Zn , Fe . Золото, например, можно прокатывать в листы толщиной не более 0,003 мм, которые используют для позолоты различных предметов.

Для всех металлов характерен металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность, что связано с наличием свободных электронов.

Тот факт, что металлы имеют хорошую электрическую проводимость, объясняется наличием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов приобретают направленного движения от отрицательного полюса к положительному.

С повышением температуры усиливается колебания атомов (ионов), что затрудняет направленный движение электронов и тем самым приводит и к уменьшению электрической проводимости. При низких колебания температур, наоборот, сильно уменьшается и электрическая проводимость резко возрастает. Наибольшую электрическую проводимость имеют серебро и медь. За ними идут золото, алюминий, железо. Наряду с медными изготавливают и алюминиевые электрические провода.

Кстати, отметим, что у неметаллов, которым свойственна проводимость с повышением температуры электрическая проводимость растет, что обусловлено увеличением числа свободных электронов за счет разрыва ковалентных связей. При низких же температурах неметаллы ток не проводят вследствие отсутствия свободных электронов. В этом главное различие между физическими свойствами металлов и неметаллов.

В основном при обычных условиях теплопроводность металлов изменяется в такой же последовательности, как и их электрическая проводимость. Теплопроводность обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры в массе металла. Наибольшая теплопроводность — у серебра и меди, наименьшая — в бісмуту и ртути.

Разная плотность металлов. Она тем меньше, чем меньше атомная масса элемента-металла и чем больше радиус его атома. Самый легкий из металлов — литий (плотность 0,53 г/см 3 ), самый тяжелый — осмий (плотность 22,6 г/см 3 ). Как уже отмечалось, металлы с плотностью менее 5 г/см называются легкими, остальные — тяжелыми.

Рис. 12.1. Смещение слоев в кристаллах с решеткой:

а — атомной; б — металлической

Различные температуры плавления и кипения металлов. Самый легкоплавкий металл — ртуть, ее температура плавления

— 38,9°С, цезий и галлий плавятся соответственно при 29,0 и 29,8°С. Вольфрам — наиболее тугоплавкий металл, температура его плавления 390°С. Он применяется для изготовления нитей электроламп. Металлы, которые плавятся при температуре свыше 1 000°С, называют тугоплавкими, при более низкой — легкоплавкими. Значительное различие в температурах плавления и кипения следует объяснять различием в прочности химической связи между атомами в металлах. Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь характерна только для щелочных и щелочноземельных металлов. Однако в других металлов, особенно переходных, часть валентных электронов локализована, то есть осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная связь прочнее, чем металлический, то в переходных металлов температуры плавления и кипения, как это видно из рис. 12.2, намного выше, чем у щелочных и щелочноземельных.

Металлы отличаются по твердости. Самый твердый металл — хром (режет стекло), самые мягкие — калий, рубидий и цезий. Они легко режутся ножом.

Металлы имеют кристаллическое строение. Большинство из них кристаллизуются в кубической решетке (см. рис. 3.18).

Общая характеристика металлов

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп, выделены синим цветом), а справа вверху – элементы-неметаллы (выделены желтым цветом). Элементы, расположенные вблизи диагонали – полуметаллы или металлоиды (B, Si, Ge, Sb и др.), обладают двойственным характером (выделены розовым цветом).

Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (начиная со второго), далее слева направо металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, т.к увеличивается радиус атомов (за счет увеличения числа энергетических уровней). Это приводит к уменьшению электроотрицательности (способности притягивать электроны) элементов и усилению восстановительных свойств (способность отдавать электроны другим атомам в химических реакциях).

Типичными металлами являются s-элементы (элементы IА-группы от Li до Fr. элементы ПА-группы от Мg до Rа). Общая электронная формула их атомов ns 1-2 . Для них характерны степени окисления + I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1-2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами — это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К + Вг — , Сa 2+ О 2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами — гидроксидов и солей, например Мg 2+ (OН — )2, (Li + )2СO3 2-.

Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а также примыкающие к ним металлы (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2 np 0-4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры — соединения Тl III , Рb IV , Вi v ). Подобное химическое поведение характерно и для большинства (d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры — амфотерные элементы Сr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga2, в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути (II) АlСl3 и НgСl2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе АlСl3 диссоциирует почти полностью, а НgСl2 — в очень малой степени (да и то на ионы НgСl + и Сl — ).

Общие физические свойства металлов

Благодаря наличию свободных электронов («электронного газа») в кристаллической решетке все металлы проявляют следующие характерные общие свойства:

1) Пластичность — способность легко менять форму, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы.

2) Металлический блеск и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл светом.

3) Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение «электронного газа».

4) Теплопроводность. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность — у висмута и ртути.

5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.

6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и больше радиус атома. Самый легкий — литий (ρ=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (ρ=22,6 г/см3). Металлы, имеющие плотность менее 5 г/см3 считаются «легкими металлами».

7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C). Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов

Сильные восстановители: Me 0 – nē → Me n +

Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.

I. Реакции металлов с неметаллами

1) С кислородом:
2Mg + O2 → 2MgO

2) С серой:
Hg + S → HgS

3) С галогенами:
Ni + Cl2 – t° → NiCl2

6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):
2Li + H2 → 2LiH

II. Реакции металлов с кислотами

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

2) С кислотами-окислителями:

При взаимодействии азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной с металлами водород никогда не выделяется!

III. Взаимодействие металлов с водой

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание (щелочь) и водород:

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) — не реагируют.

IV. Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси — сплавы, в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком (латунь) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем — дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) — это широко известные чугун и сталь.

Металлы в свободном виде являются восстановителями. Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из-за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой, в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.

Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание. Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается. Рыхлая оксидная пленка (ржавчина), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.

Под действием концентрированных кислот на металлах образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией. Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Ве, Вi, Со, Fе, Мg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте — металлы А1, Ве, Вi, Со, Сг, Fе, Nb, Ni, РЬ, Тh и U.

При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Nа + , Са 2+ ,А1 3+ ,Fе 2+ и Fе 3+ )

Восстановительная активность металлов в кислом растворе передается рядом напряжений. Большинство металлов переводится в раствор соляной и разбавленной серной кислотами, но Сu, Аg и Нg — только серной (концентрированной) и азотной кислотами, а Рt и Аи — «царской водкой».

Коррозия металлов

Нежелательным химическим свойством металлов является их коррозия, т. е. активное разрушение (окисление) при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде, в результате чего образуется ржавчина, и изделия рассыпаются в порошок.

Коррозия металлов протекает в воде также из-за присутствия растворенных газов СО2 и SО2; создается кислотная среда, и катионы Н + вытесняются активными металлами в виде водорода Н2 (водородная коррозия).

Особенно коррозионно-опасным может быть место контакта двух разнородных металлов (контактная коррозия). Между одним металлом, например Fе, и другим металлом, например Sn или Сu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Ре), к менее активному металлу (Sn, Сu), и более активный металл разрушается (корродирует).

Читать еще:  Выбор и порядок крепления кабель-канала к стене

Именно из-за этого ржавеет луженая поверхность консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).

Сопротивление коррозии для данного металла усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так, покрытие железа хромом или изготовление сплава железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и сталь, содержащая хром (нержавеющая сталь), имеют высокую коррозионную стойкость.

Общие способы получения металлов в промышленности:

электрометаллургия, т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов солей;

пирометаллургия, т. е. восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, получение железа в доменном процессе);

гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора СuSO4 действием цинка, железа или алюминия).

В природе иногда встречаются самородные металлы (характерные примеры — Аg, Аu, Рt, Нg), но чаще металлы находятся в виде соединений (металлические руды). По распространенности в земной коре металлы различны: от наиболее распространенных — Аl, Nа, Са, Fе, Мg, К, Тi) до самых редких — Вi, In, Аg, Аu, Рt, Rе.

Физические свойства металлов

Металлы – простые вещества, обладающие рядом ценных для человека специфических свойств (так называемых металлических свойств).

Для металлов в конденсированном состоянии характерна кристаллическая решётка с металлической связью. Для описания металлической связи часто используют модель «свободного электрона» (см. раздел 3.9). Согласно этой модели, в узлах кристаллической решётки металла находятся положительные ионы металла, «погружённые» в электронный газ из нелокализованных валентных электронов атомов, участвующих в образовании кристалла. Устойчивость кристалла обеспечивается силами притяжения между положительными ионами и электронным газом. Именно металлической связью объясняются физические свойства металлов.

Для всех металлов (кроме ртути) характерно твердое агрегатное состояние. Твердость их различна и обусловливается прочностью пространственной кристаллической решетки. Наиболее твердые – простые вещества d-элементов VI группы, наименее твердые – простые вещества щелочных металлов. Твердость металлов определяет возможность использования их в качестве конструкционных и инструментальных материалов.

Для металлических тел с гладкой поверхностью характерен металлический блеск – результат отражения световых лучей. Металлический блеск обусловлен отражением световых лучей от электронного газа, который несколько выходит за границу положительно заряженных ионов. Интенсивность блеска зависит от доли поглощаемого веществом света; чем меньше света поглощает металл, тем ярче его блеск. Серебро и палладий, отличающиеся наиболее интенсивным блеском, используют для изготовления зеркал. В мелкодисперсном состоянии многие металлы (железо, платина и др.) теряют блеск, приобретают черную или серую окраску.

Наличие электронов, которые могут свободно перемещаться по объему кристалла, обеспечивает высокую электрическую проводимость и теплопроводность. Лучшими проводниками электричества являются серебро, медь, золото и алюминий, худшими – свинец и ртуть. Металлы обладают высокой теплопроводностью. Наибольшая теплопроводность — у металлов с наилучшей электрической проводимостью.

Ионы металлов в кристалле могут скользить относительно друг друга. Этим объясняется ковкость (способность к расплющиванию – можно ковать листы) и пластичность (способность вытягиваться в проволоку и ленту). Наиболее пластичны золото, серебро и медь; из 1 г золота удается получить проволоку длиной в 3км, изготовить «золотую фольгу» толщиной 0,0001 мм.

В технике металлы подразделяют на чёрные, цветные, редкоземельные и драгоценные. К черным относят железо и его сплавы, к драгоценным – золото, серебро, платину и иридий, к редкоземельным – скандий, иттрий, рений, осмий, лантаноиды совместно с лантаном. Остальные металлы, включая магний, алюминий, медь и их сплавы, относят к цветным. Кроме того, различают металлы щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий, радий).

Впромышленности металлы подразделяют на лёгкие ( 3 ) и тяжёлые ( > 5 г/см 3 ). Осмий – самый тяжёлый металл ( = 22,5 г/см 3 ). По температуре плавления различают лёгкоплавкие ( о С) и тугоплавкие (> 1500 о С); самые тугоплавкий металл – вольфрам (tпл=3400 о С).

Свойства металлов

Электрофизическое свойство металлов

Все чистые (с химической точки зрения) металлы — это простые вещества, состоящие из атомов одного химического элемента. В таблице Менделеева металлические свойства элементов возрастают справа налево. Все чистые металлы (как элементы) — являютя простыми веществами.

Свойства металлов

Различают физические и химические свойства металлов. В общем случае, свойства металлов достаточно разнообразны. Различают металлы щелочные, щелочноземельные, чёрные, цветные, лантаноиды (или редкоземельные — близкие по химическим свойствам к щелочноземельным), актиноиды (большинство из них — радиоактивные элементы), благородные и платиновые металлы. Кроме того, отдельные металлы проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Такие металлы — амфотерные (или как говорят — переходные).

Практически все металлы имеют некоторые общие свойства: металлический блеск, строение кристаллической решётки, способность в химических реакциях проявлять свойства восстановителя, при этом окисляясь. В химических реакциях ионы растворённых металлов при взаимодействии с кислотами образуют соли, при взаимодействии с водой (в зависимости от активности металла) образуют щёлочь или основание.

Почему блестят металлы

Свойства металлов

В узлах кристаллической решётки металлов содержатся атомы. Электроны, движущиеся вокруг атомов, образуют «электронный газ» который свободно может перемещаться в разных направлениях. Это свойство объясняет высокую электропроводность и теплопроводность металлов.

Электронный газ отражает почти все световые лучи. Именно поэтому металлы так сильно блестят и чаще всего имеют серый или белый цвет. Связи между отдельными слоями металла невелики, что позволяет перемещать эти слои под нагрузкой в разных направлениях (по-другому — деформировать металл). Уникальным металлом является чистое золото. С помощью ковки из чистого золота можно сделать фольгу толщиной 0,002 мм! такой тончайший листочек металла полупрозрачен и имеет зелёный оттенок если смотрень через него на солнечный свет.

Электрофизическое свойство металлов

Электрофизическое свойство металлов выражено в его электропроводности. Принято считать, что все металлы имеют высокую электропроводность, то есть хорошо проводят ток! Но это не так, да и к тому же, всё зависит от температуры, при которой замеряют ток. Представим себе кристаллическую решётку металла, в которой ток передаётся с помощью движения электронов. Электроны движутся от одного узла кристаллическрой решётки к другому. Один электрон «выталкивает» из узла решётки другой электрон, который продолжает двигаться к другому узлу решётки и т.д. То есть электропроводность также зависит от того, насколько легко электроны могут перемещаться между узлов решётки. Можно сказать, что электропроводность металла зависит от кристаллического строения решётки и плотности расположения в ней частиц. Частицы в узлах решётки имеют колебания, и эти колебания тем больше, чем выше температура металла. Такие кролебания значительно препятствуют перемещению электронов в кристаллической решётке. Таким образом, чем ниже температура металла, тем выше его способность проводить ток!

Отсюда вытекает понятие сверхпроводимости, которое наступает в металле при температуре близкой к абсолютному нулю! При абсолютном нуле (-273 0 C) колебания частиц в кристаллической решётке металла полностью затухают!

Электрофизическое свойство металлов, связанное с прохождением тока, называют температурным коэффициентом электросопротивления!

Электрофизическое свойство металлов

Электрофизическое свойство металлов

Установлен интересный факт, что, например у свинца (Pb) и ртути (Hg) при температуре, которая выше абсолютного нуля всего на несколько градусов, почти полностью исчезает электросопротивление, то есть наступает условие сверхпроводимости.

Самую высокую электропроводность имеет серебро (Ag), затем медь (Cu), далее идёт золото (Au) и алюминий (Al). С высокой электропроводностью этих металлов связано их использование в электротехнике. Иногда, для обеспечения химической стойкости и антикоррозионных свойств используют именно золото (позолоченные контакты).

Надо отметить, что электропроводность металлов значительно выше, чем электропроводность неметаллов. Вот например, углерод (С — графит) или кремний (Si) имеют электропроводность в 1000 раз меньше, чем, например, у ртути. Кроме того, неметаллы, в своём большинстве не являются проводниками электричества. Но среди неметаллов встречаются полупроводники: германий (Ge), кремний кристаллический, а также некоторые оксиды, фосфиты (химические соединения металла с фосфором) и сульфиды (химические соединения металла и серы).

Вам, наверное, знакомо явление фотоэффекта — это свойство металлов под действием температуры или света отдавать электроны.

Что касается теплопроводности металлов, то её можно оценить из таблицы Менделеева, — она распределяется точно также, как электроотрицательность металлов. (Металлы, находящиеся слева вверху имеют наибольшую электроотрицательность, например, электроотрицательность натрия Na равна -2,76 В). В вою очередь, теплопроводность металлов объясняется наличием свободных электронов, которые переносят тепловую энергию.

Все виды металлообработки в Москве https://everest-zavod.ru

Помощь в лечении от наркомании тут наркологическим центром Снайпер

Металл с наименьшим металлическим блеском

КАК УЗНАТЬ, КАКОЙ ЭТО МИНЕРАЛ

Минералы отличаются определенным химическим составом и внешними физическими признаками. К ним относятся: блеск, твердость, цвет, харак­тер излома и др. Определить минерал по внешним признакам — дело нетрудное, но оно требует внимания и аккуратности. Определение химического состава минерала — более сложная задача.

Прочитав эту главу, вы ознакомитесь с приемами определения наиболее распространенных и имеющих большое значение в народном хозяйстве минералов.

Цветные таблицы минералов также помогут вам узнать название минерала, который попал вам в руки.

При определении минералов по внешнему виду нужно сперва обратить внимание на общие для всех минералов признаки, а затем уже рассматривать осо­бенности, отличающие их друг от друга.

В первую очередь обратите внимание на блеск минерала.

Большинство минералов благодаря отражению своими поверхностями лучей света блестит, и лишь некоторые из них — матовые — лишены блеска. По­следние напоминают землистые массы. Пример: боксит.

По блеску минералы легко делятся на две основные группы: минералы с металлическим блеском и минералы с неметаллическим блеском.

I. Блеск металлический

Металлический блеск напоминает блеск поверх­ности свежего излома металлов. Металлический блеск лучше виден на свежей (неокисленной) поверхности минерала. Минералы с металлическим блеском непро­зрачны и более тяжелы по сравнению с минералами, имеющими неметаллический блеск. Иногда вследствие процессов окисления минералы с металлическим блеском покрываются матовой коркой.

Металлический блеск характерен для минералов, являющихся рудами различных металлов. Примерами минералов, имеющих металлический блеск, могут служить золото, медный колчедан, свинцовый блеск.

II. Блеск неметаллический

1. Стеклянный блеск напоминает блеск поверх­ности стекла. Им обладают: каменная соль, горный хрусталь.

2. Алмазный блеск — искрящийся, напоминает стеклянный, но более сильный. Примеры: алмаз, цин­ковая обманка.

3. Перламутровый блеск подобен блеску перламутра (поверхность минерала отливает радужными цветами). Часто наблюдается, например, у кальцита, слюды.

Блеск

Глянец (блеск) — характеристика свойства поверхности, отражающей свет, показывающая соотношение между интенсивностями света, зеркально отражённого от поверхности, и диффузного с

Содержание

Природа явления

Блеск обусловлен зеркальным отражением света от поверхности, большей частью происходящим одновременно с рассеянным (диффузным) отражением. Глаз человека воспринимает зеркальное отражение на фоне диффузного, и количественная оценка блеска определяется соотношением между интенсивностями зеркально и диффузно отражённого света. Нередко блеск характеризуется качественными признаками (блеск минералов).

Субъективно блеск зависит не только от гладкости поверхности, но и от коэффициента отражения.

  • Гладкость поверхности. Если размер неровностей поверхности меньше длины волны, то доля зеркально отражённого света по отношению к диффузному велика. Если размер неровностей поверхности намного больше длины волны (шероховатая поверхность), то велика доля диффузно отражённого света.
  • Коэффициент отражения. Коэффициент отражения — это доля падающего света, которая отражается от поверхности. Чем больше отражается света, тем больше света отражается зеркально.

Классификация

Стеклянный блеск

Стеклянный блеск характерен для веществ, плохо проводящих электрический ток. Например, кварц, кальцит, полевой шпат, флюорит и т. д. Похож на блеск стекла.

Металлический блеск

Металлический блеск обычно наблюдается у металлов, но некоторые вещества с относительно невысокой электропроводностью, например пирит, сфалерит, халькопирит также имеют металлический блеск. Похож на блеск металла, что обусловлено наличием в кристаллической решётке кристаллов относительно свободных электронов.

Читать еще:  Изготовление металлических перил своими руками

Полуметаллический блеск

Как что-то тусклое металлическое. Пример — графит.

Алмазный блеск

Выглядит как яркий стеклянный блеск. Пример — алмаз, сфалерит.

Жирный блеск

Не яркий, не очень заметный. Похож на блеск жира, сала. Пример — сера.

Особые виды блеска
  • Перламутровый. Разнообразен. Яркий пример — слюда.
  • Шёлковистый. Блеск нитевидных волокон. Примеры — селенит, асбест.
  • Матовый — почти нет блеска.

  • Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.

Ссылки

  • Блеск минерала (рус.)

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Колумбийский аратинга
  • Сравнение мессенджеров

Смотреть что такое «Блеск» в других словарях:

Блеск — получить на Академике действующий промокод Шопинглайф или выгодно блеск купить со скидкой на распродаже в Шопинглайф

блеск — блеск, а и у … Русский орфографический словарь

блеск — блеск/ … Морфемно-орфографический словарь

блеск — сущ., м., употр. часто Морфология: (нет) чего? блеска и блеску, чему? блеску, (вижу) что? блеск, чем? блеском, о чём? о блеске 1. Блеском обладают яркие предметы, например те, которые отражают солнечный свет. Блеск бриллиантов. | Солнечный,… … Толковый словарь Дмитриева

БЛЕСК — БЛЕСК, блеска, мн. нет, муж. 1. Яркий, сияющий свет. Блеск солнца. Блеск молнии. Блеск штыков. 2. перен. Пышность, великолепие. Блеск наряда. Блеск славы. || перен. Яркие внешние достоинства (об уме, речи и т.п.). Блеск остроумия. Блеск… … Толковый словарь Ушакова

блеск — См … Словарь синонимов

блеск — а ( у); м. 1. Яркий, искрящийся, сияющий свет, отсвет. Б. молнии. Б. росы. Б. пуговиц. Солнечный, янтарный б. До блеска начистить чайник. Наводить б. на что л. (чистить так, чтобы блестело, сверкало). * Он сохранил и блеск лазурных глаз, И… … Энциклопедический словарь

БЛЕСК — БЛЕСК, а ( у), муж. 1. Яркий искрящийся свет, отсвет. Б. лучей. Б. молнии. Б. штыков. 2. перен. Великолепие, яркое проявление чего н. Б. славы. Б. остроумия. С блеском (превосходно, очень хорошо). Во всём блеске (полностью обнаруживая свои… … Толковый словарь Ожегова

блеск — БЛЕСК, а, м.. 1. Что л. высокого качества, хорошее, блестящее. У Ленки Полина Осиповна блеск, а не маман (мама). 2. в зн. межд. (или шик блеск красота). Прекрасно, ну и ну, ай да вещь! С нечеловеческим (или со страшным, с нестерпимым, с диким и т … Словарь русского арго

БЛЕСК — качественная характеристика свойств поверхности, отражающей свет. Строгое научное определение понятия блеск отсутствует … Большой Энциклопедический словарь

БЛЕСК — «БЛЕСК» (Shine) Австралия, 1996, 106 мин. Драма, музыкальный фильм. В течение первых сорока минут можно только недоумевать по поводу того, как такая совершенно обычная, ничем не примечательная картина из Австралии удостоилась семи номинаций на… … Энциклопедия кино

БЛЕСК — и нищета куртизанок. Разг. 1. О жизни проституток. 2.Об антагонистических противоречиях, разных сторонах одного явления. 3. О помпезности при материальной или духовной бедности. /em> Название романа О. де Бальзака из цикла «Сцены парижской жизни» … Большой словарь русских поговорок

Урок 26 Бесплатно Металлы. Общая характеристика

Положение металлов в Периодической системе элементов

Из всех химических элементов металлы представляют абсолютное большинство, ученые выделяют 94 металла.

Среди них есть элементы, которые проявляют и металлические, и неметаллические свойства.

Алюминий – металл, но его оксид и гидроксид амфотерны.

Мышьяк As очень похож на металл. Он серый, с металлическим блеском ,однако в реакциях проявляет все свойства неметалла.

Деление простых веществ на металлы и неметаллы условно.

В природе абсолютное количество металлов находятся в виде соединений.

Только некоторые металлы (золото, платина и подобные им) находятся в природе в виде простых веществ (в самородном состоянии).

Есть металлы, которые встречаются и в виде самородков, и в виде соединений (серебро, медь).

Получение металлов из их соединений – задача металлургии.

Любой металлургический процесс является процессом восстановления металла различными восстановителями.

В зависимости от условий проведения различают несколько способов получения металлов.

Пирометаллургия – получение металлов из их соединений при высокой температуре с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, других металлов (более активных, чем требуемый). Например, если смешать медную руду с углём и накалить, то уголь, восстанавливая медь, превращается в углекислый газ, а медь выделяется в чистом виде:

Этот способ наиболее распространен в металлургии.

Таким же способом выплавляют железо, при этом избыток углерода растворяется в железе, образуя сталь или чугун.

Чугун содержит более 2 % углерода, сталь – менее 2 %.

Избыток углерода придает чугуну твердость, однако при этом он становится хрупким. Сталь же, наоборот, мягче чугуна, но прочнее.

Например, вилки и ложки делают из стали – здесь нужна прочность. Эти приборы не разбиваются при падении.

Например, при изготовлении напильника нужна твердость, чтобы он смог выполнять свои функции, и поэтому его делают из чугуна или из высокоуглеродистой стали. Но при этом он хрупкий: если напильник уронить на пол, он легко расколется на части.

А в глубокой древности, когда человечество еще не было знакомо с современными технологиями производства стали, железо укреплялось посредством обжига в навозе и лоскутах кожи, за счет чего и происходило обогащение железа углеродом.

Поэтому кузницы с древних времён строились возле конюшен.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Помимо изготовления из металлов предметов для быта необходимо было ковать и мечи.

Основное требование к мечу — прочность.

До открытия бронзы мечи ковали из меди, но чистая медь очень мягкий металл и не годится для оружия.

Поэтому в медь добавляли в небольших количествах мышьяк (около 2%). Получившаяся смесь была намного прочнее чистой меди.

Но если мышьяка добавить больше, то мечи становились хрупкие как стекло и могли распасться во время боя.

Как следствие таких смешиваний, люди, которые занимались плавкой железной руды, получали мышьяковое отравление.

Недомогание и головную боль норвежские кузнецы объясняли местью горного демона Кобольда, мстящего людям за разорение его рудников.

Позже химики обнаружили в этих минералах новый металл и дали ему название «кобальт».

Да и вообще по имени различных богов названо абсолютное большинство металлов: никель, титан, тантал, ванадий, ниобий, прометий, торий, уран, плутоний, нептуний и многие другие.

Гидрометаллургия – получение металлов из растворов их соединений.

Этот процесс включает два этапа: природное соединение металла растворяют в кислоте, щёлочи или в другом реагенте, и из полученного раствора данный металл восстанавливают более активным металлом.

Этим методом получают редкие и дорогие металлы: серебро, золото, молибден.

Электрометаллургия – получение металлов электролизом расплавов или растворов их соединений.

При электролизе восстановителем является катод (отрицательный электрод).

Этим методом получают активные металлы: щелочные, щёлочно-земельные и некоторые другие.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Физические свойства металлов

Физические свойства металлов

Металлическая связь и особенности кристаллического строения обуславливают особые физические свойства металлов.

Металлическая связь основана на обобществлении электронов, входящих в состав атомов металла. Все электроны на внешних энергетических уровнях атомов металлов обобществленные, т.е. принадлежат всем атомам вещества. И эти электроны легко отрываются и попадают на энергетические уровни таких же атомов металлов. Постоянно перемещаясь по кристаллической решетке, электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительно заряженными ионами и тем самым связывают их в устойчивую металлическую решетку.

Содержимое разработки

9. Фи­зические свойства металлов

Металлическая связь и особенности кристаллического строения обуславливают особые физические свойства металлов.

Металлическая связь основана на обобществлении электронов, входящих в состав атомов металла. Все электроны на внешних энергетических уровнях атомов металлов обобществленные, т.е. принадлежат всем атомам вещества. И эти электроны легко отрываются и попадают на энергетические уровни таких же атомов металлов. Постоянно перемещаясь по кристаллической решетке, электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительно заряженными ионами и тем самым связывают их в устойчивую металлическую решетку.

Металлическая связь – это связь в металлах и сплавах между атом-ионами посредством обобществленных электронов.

Разобраться в том, какой электрон принадлежал какому атому, просто невозможно, так как все оторвавшиеся электроны становятся общими, соединяясь с ионами. Эти электроны временно образуют атомы, потом снова отрываются и соединяются с другим ионом. Этот процесс продолжается бесконечно. Таким образом, в металлических соединениях атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот.

Именно строением металлической связи обусловлены физические свойства металлов.

К физическим свойствам металлов относятся:

Металлический блеск.

Электропроводность и теплопроводность.

Пластичность.

Высокая плотность и температура плавления.

Рассмотрим каждое из свойств более подробно.

Металлический блеск.

Металлический блеск обусловлен металлической связью между атомами, для которой свойственны обобществленные электроны. Они как раз и испускают под воздействием света свои, вторичные волны излучения, которые мы воспринимаем как металлический блеск.

В порошкообразном состоянии большинство металлов теряют металлический блеск и приобретают серую или черную окраску.

Металлический блеск в порошкообразном состоянии сохраняют алюминий и магний.

Прекрасно отражают свет палладий Pd, ртуть Hg, серебро Ag, медь Cu.

Из алюминия, серебра и палладия, основываясь на их отражательной способности, изготавливают зеркала, в том числе и применяемые в прожекторах.

Электропроводность и теплопроводность.

Все металлы хорошо проводят электрический ток и имеют высокую теплопроводность, также благодаря наличию металлической связи. При нагревании металла, увеличивается скорость движения электронов. Быстро движущиеся по кристаллической решетке электроны выравнивают температуру по всей поверхности металла, проводя тепло. Высокая теплопроводность металлов используется для изготовления из них посуды.

Высокая электропроводность металлов обусловлена направленным движением электронов в кристаллической решетке при воздействии электрического тока. Серебро Ag, медь Cu, золото Au и алюминий Al обладают наибольшей электропроводностью, поэтому медь Cu и алюминий Al используют в качестве материала для изготовления электрических проводов.

Наименьшей электропроводностью обладают марганец Mn, свинец Pb, ртуть Hg и вольфрам W.

Пластичность.

Пластичность – это физической свойство вещества изменять форму под внешним воздействием и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия.

Большинство металлов пластично, так как слои атом-ионов металлов легко смещаются относительно друг друга и между ними не происходит разрыва связи.

Наиболее пластичные металлы – золото Au, серебро Ag, медь Cu. Из золота Au можно изготовить тонкую фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий.

Именно на пластичности металлов основано кузнечное дело и возможность изготавливать различные предметы с помощью механического воздействия на металл.

Все металлы (кроме ртути) при нормальных условиях представляют собой твердые вещества. Твердость металлов различна. Наиболее твердыми являются металлы побочной подгруппы шестой группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Наименее твердыми являются щелочные металлы.

По плотности металлы классифицируют на легкие (их плотность от 0,53 до 5 г/см 3 ) и тяжелые (плотность этих металлов от 5 до 22,6 г/см 3 ). Самым легким металлом является литий Li, плотность которого 0,53 г/см 3 . Самыми тяжелыми металлами в настоящее время считают осмий Os и иридий Ir (плотность около 22,6 г/см 3 ).

Температура плавления.

Температура плавления металлов находится в диапазоне от 39 (ртуть Hg) до 3410 о С (вольфрам W). Температура плавления большинства металлов высока, однако некоторые металлы, например, олово Sn и свинец Pl, можно расплавить на электрической плите.

Физические свойства металлов и в настоящее время широко используются в промышленности и электронике.

В технике все металлы делятся на черные, к ним относятся железо и его сплавы, и цветные.

Изделия из различных видов металлов используются повсеместно благодаря их пластичности, но чаще всего в сплавах.

К драгоценным металлам относят золото, серебро, платину и некоторые другие редко встречающиеся металлы.

Занимательная химия: Все о металлах

Физические свойства Для металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества.

Для всех металлов характерна металлическая кристаллическая решетка: в ее узлах находятся положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Наличие последних объясняет высокую электропроводность и теплопроводность, а также способность поддаваться механической обработке.

Читать еще:  Цементная стяжка по утеплителю

Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:
Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg Все металлы делятся на две большие группы:
Черные металлы Имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления и относительно высокую твердость.
Типичным представителем черных металлов является железо.
Цветные металлы Имеют характерную окраску: красную, желтую, белую; обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления.
Типичным представителем цветных металлов является медь.

В зависимости от своей плотности металлы делятся на:
Легкие (плотность не более 5 г/см ) К легким металлам относятся: литий , натрий , калий , магний , кальций , цезий , алюминий , барий.
Самый легкий металл — литий 1л, плотность 0.534 г/см3.
Тяжелые (плотность больше 5 г/см3). К тяжелым металлам относятся: цинк , медь , железо , олово , свинец , серебро , золото , ртуть и др.
Самый тяжелый металл — осмий , плотность 22,5 г/см3.

Металлы различаются по своей твердости:
— мягкие: режутся даже ножом (натрий , калий , индий );
— твердые: металлы сравниваются по твердости с алмазом, твердость которого равна 10. Хром — самый твердый металл, режет стекло.

В зависимости от температуры плавления металлы условно делятся на:
1. Легкоплавкие (температура плавления до 1539°С).
К легкоплавким металлам относятся: ртуть — температура плавления —38,9°С; галлий — температура плавления 29,78°С; цезий — температура плавления 28,5°С; и другие металлы.
2. Тугоплавкие (температура плавления выше 1539 С).
К тугоплавким металлам относятся: хром — температура плавления 1890°С; молибден — температура плавления 2620°С; ванадий — температура плавления 1900°С; тантал — температура плавления 3015°С; и многие другие металлы.
Самый тугоплавкий металл вольфрам — температура плавления 3420°С.

Цитаты из русской классики со словосочетанием «металлический блеск»

Неточные совпадения

Ассоциации к слову «металлический&raquo

Ассоциации к слову «блеск&raquo

Синонимы к словосочетанию «металлический блеск&raquo

Предложения со словосочетанием «металлический блеск&raquo

  • На тёмную, отливающую металлическим блеском поверхность сосудов наносился резцом оригинальный орнамент, затем рисунок заполнялся белой пастой, после чего сосуд ставился в печь и подвергался обжигу.

Сочетаемость слова «металлический&raquo

  • металлическая дверь
    металлическая сетка
    металлический прут
  • металлический привкус крови
    металлическая дверь подъезда
    металлический вкус крови
  • отливать металлическим блеском
    почувствовать металлический привкус
    оказалась металлической
  • (полная таблица сочетаемости)

Сочетаемость слова «блеск&raquo

  • до зеркального блеска
    металлический блеск
    лихорадочный блеск
  • блеск глаз
    блеск золота
    блеск металла
  • для придания блеска
    кривой блеска
    в максимуме блеска
  • блеск исчез
    блеск погас
    блеск пропал
  • увидеть блеск
    потерять блеск
    сверкая блеском
  • (полная таблица сочетаемости)

Значение слова «металлический&raquo

МЕТАЛЛИ́ЧЕСКИЙ , —ая, —ое. 1. Прил. к металл. Металлический блеск. Металлическая пыль. (Малый академический словарь, МАС)

Значение слова «блеск&raquo

БЛЕСК , -а (-у), м. 1. Яркий, сияющий свет; сверкание. (Малый академический словарь, МАС)

Отправить комментарий

Дополнительно

  • Как правильно пишется слово «металлический»
  • Как правильно пишется слово «блеск»
  • Разбор по составу слова «металлический» (морфемный разбор)
  • Разбор по составу слова «блеск» (морфемный разбор)
Значение слова «металлический&raquo

МЕТАЛЛИ́ЧЕСКИЙ , —ая, —ое. 1. Прил. к металл. Металлический блеск. Металлическая пыль.

Значение слова «блеск&raquo

БЛЕСК , -а (-у), м. 1. Яркий, сияющий свет; сверкание.

Предложения со словосочетанием «металлический блеск&raquo

На тёмную, отливающую металлическим блеском поверхность сосудов наносился резцом оригинальный орнамент, затем рисунок заполнялся белой пастой, после чего сосуд ставился в печь и подвергался обжигу.

А правая по форме почти совсем походила на человечью, но отливала металлическим блеском.

Надкрылья излучают яркий металлический блеск – в этом вы сами сможете завтра же убедиться.

Металлический блеск кремния

Поглощение света при его прохождении через вещество без примесей и дефектов в основном определяется свойствами электронов в этом веществе. В частности, оно тесно связано со способностью проводить электрический ток, поэтому оптические свойства диэлектриков, полупроводников и металлов сильно различаются.

В металлах существует целое «море» («море» Ферми) свободных электронов. Под действием электромагнитной волны они немедленно приходят в движение и начинают рассеивать энергию, то есть волна поглощается.

В диэлектриках все электроны находятся в валентной зоне, то есть связаны со своими атомами и не могут свободно двигаться. Зона проводимости у диэлектриков тоже существует, но в ней нет электронов. Из-за этого эти вещества не проводят электрический ток. Однако электрон можно перевести из валентной зоны в зону проводимости, если сообщить ему достаточную энергию Eg (эта энергия называется шириной запрещенной зоны). При этом также возникает дырка — свободное место в валентной зоне. Дырка ведет себя как частица с положительным зарядом и некоторой массой mh.

Помимо электронов в зоне проводимости, в полупроводниках есть носители тока с положительным зарядом — «дырки». Их можно представлять себе как пустоты в валентной зоне. Рисунок с сайта qsstudy.com

В полупроводниках практически все электроны тоже находятся в валентной зоне. Как правило, Eg у них значительно меньше, чем у диэлектриков (например, у кремния Eg = 1,17 эВ, а у стекла Eg = 6–9 эВ). Поэтому при температурах, близких к комнатным, в полупроводниках есть небольшое число электронов проводимости и дырок. Они дают некоторый вклад в коэффициент поглощения, а механизм этого — такой же, как в металлах. При низких температурах этим вкладом можно полностью пренебречь.

Поглощение видимого света в полупроводниках зависит от ширины запрещенной зоны. В кремнии (слева) она равна 1,18 эВ и он имеет металлический блеск, а в нитриде галлия (справа) она равна 3,4 эВ и он прозрачен. Фотографии с сайта en.wikipedia.org

Но если свободных электронов нет, то что же тогда ответственно за поглощение света? Даже при низких температурах типичные полупроводники (скажем, кремний) остаются совершенно непрозрачными и внешне скорее напоминают металл. Похоже, это какой-то другой механизм, не связанный с действием поля на свободные электроны.

Задача

1) Объясните, как различие Eg для полупроводников и диэлектриков приводит к различию коэффициента поглощения в видимом диапазоне. Как определить, какие длины волн будут поглощаться?
2) Как изменится ответ, если принять во внимание взаимодействие между электронами и дырками? Электроны и дырки можно считать частицами с зарядами −e и +e и массами me и mh (кстати, me может отличаться от массы свободного электрона). Кроме того, следует учесть диэлектрическую проницаемость (varepsilon), которая изменяет закон Кулона:

(здесь (r_<12>) — расстояние между зарядами).

Подсказка

Под действием света могут образовываться пары «электрон—дырка». При этом должен выполняться закон сохранения энергии. Не забудьте, что световое излучение состоит из квантов, причем энергия кванта равна (hnu). Подумайте, что может происходить с такой парой после ее рождения.

Решение

Сначала попробуем разобраться в ситуации без учета кулоновского притяжения. Как было указано в подсказке, фотон приводит к рождению электрон-дырочной пары и при этом поглощается. Электрон и дырка, рождаясь, приобретают начальную скорость и разлетаются. Закон сохранения энергии имеет вид:

Энергия кванта = Энергия рождения пары + Кинетическая энергия пары.

В формулах это выглядит так:

Отсюда сразу следует, что (hnu > E_g), или (lambda E_g/h), есть узкие пики в поглощении при (nu = (E_g- E_n)/h) (рис. 3).

Рис. 3. Схематичный график коэффициента поглощения в полупроводнике в зависимости от энергии фотона (E = h
u). При (h
u > E_g) спектр поглощения — сплошной. При (h
u) немного меньше (E_g) имеются пики в спектре поглощения, соответствующие рождению экситонов

Послесловие

Фотон в полупроводнике может поглотиться и другими способами, не обязательно с образованием электрон-дырочной пары. Один из механизмов связан с колебаниями кристаллической решетки: при поглощении кванта света могут родиться фононы — кванты звука. Другой механизм обеспечивают примеси других элементов. В полупроводниках примеси могут во много раз увеличить концентрацию свободных электронов или дырок, которые ответственны за «металлический» механизм поглощения. Кроме того, у примесей есть собственный спектр поглощения, который «накладывается» на спектр вещества. Так появляется окраска у алмаза и корунда: например, красный цвет рубина обусловлен примесями хрома. Все это значит, что о цвете вещества не всегда можно судить по (E_g). Тем не менее, иногда именно (E_g) определяет внешний вид вещества. Попробуйте, например, найти, какие длины волн поглощаются в соединениях кадмия: CdSe ((E_g = 1<,>74

text<эВ>)) и CdS ((E_g = 2<,>46

Рис. 4. У сульфида кадмия (CdS) ширина запрещенной зоны — 2,46 эВ, что соответствует длине волны 500 нм. Фото с сайта emsysxcl.com

Помимо спектра поглощения, (E_g) определяет спектр люминесценции в полупроводниках. Многие вещества под действием ультрафиолетового излучения начинают светиться в видимом диапазоне — это и называется люминесценцией. Механизм этого явления в полупроводниках следующий: ультрафиолетовые кванты рождают множество электрон-дырочных пар. Электрон и дырка могут встретиться друг с другом и взаимоуничтожиться, испустив фотон (этот процесс называется рекомбинацией). Оказывается, что почти всегда перед рекомбинацией электрон и дырка образуют экситон! Значит, в основном спектр люминесценции определяется тем же условием (hnu = E_g- E_n).

Рис. 5. Люминесценция наночастиц CdSe. Спектр наночастиц большого размера определяется шириной запрещенной зоны (которая, напомним, равна 1,74 эВ). Для более маленьких наночастиц начинает играть роль их конечный размер: экситоны, локализованные в маленькой наночастице, имеют неопределенность координаты порядка размера наночастицы. Из-за соотношения неопределенностей у экситонов возникает большая неопределенность импульса, и, следовательно, возрастает энергия. Излучение, таким образом, сдвигается в синюю область спектра. Фото с сайта nanocluster.mit.edu

Уровни энергии экситона, (E_n), даются формулой, очень похожей на формулу для уровней энергии атома водорода. В атоме водорода

где (mu = m_em_h/(m_e + m_h)) — так называемая приведенная масса электрона и дырки. Обе формулы получаются с помощью правил квантования Бора — Зоммерфельда.

Как видно, энергии экситона содержат дополнительный множитель (1/varepsilon^2). Этот множитель может быть очень маленьким, если диэлектрическая проницаемость достаточно велика (например, в кремнии (varepsilon approx 10)). Поэтому в этом случае энергии (E_n) оказываются гораздо меньше, чем (E_g), а частоты экситонных резонансов — близки к (E_g/h).

Если внимательно посмотреть на рис. 3, возникает вопрос: почему экситонные линии имеют конечную ненулевую ширину? Ведь закон сохранения энергии выполняется только при одной, строго определенной частоте. А ненулевая ширина линии, на первый взгляд, противоречит закону сохранения энергии: поглощается даже фотон, энергия которого близка к энергии экситонного состояния, но не равна ей.

Противоречие разрешается, если учесть конечное время жизни экситона: электрон и дырка, некоторое время повращавшись друг вокруг друга, могут рекомбинировать в фотон или в фононы. Для состояний с конечным временем жизни в квантовой механике есть соотношение неопределенностей для энергии: (delta E delta t sim hbar). Поэтому закон сохранения энергии на самом деле выполняется: в результате поглощения фотона рождается состояние с неопределенностью в энергии (hbar/delta E).

Есть еще один тонкий момент в наших рассуждениях о поглощении. Мы писали закон сохранения энергии так, как будто поглощение света состоит из отдельных независимых актов, в каждом из которых участвует один фотон и выполнен закон сохранения энергии. А возможны ли акты поглощения, в которых сразу участвует два фотона или больше? Для двух фотонов закон сохранения энергии имеет вид

Теперь закон сохранения энергии допускает поглощение фотонов с меньшей частотой, чем (E_g/h). Как же быть? Ведь в экспериментах надежно подтверждено наличие края поглощения при (E_g/h).

На самом деле процессы поглощения нескольких фотонов сразу тоже возможны. Но для не слишком сильных полей они играют гораздо меньшую роль, чем однофотонные. Дело в том, что для одновременного поглощения k фотонов необходимо, чтобы все они оказались в одном месте одновременно. Предположим, что поток падающего излучения содержит n фотонов в кубическом сантиметре. Тогда вероятность процесса с участием k фотонов пропорциональна n k . Для не слишком больших n эта вероятность быстро убывает с ростом k, и основной вклад вносят однофотонные процессы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector