Polokovy. Polokovy

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "5.9.2010. Polokovy. Polokovy"

Vladislav Havlíček
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Polokovy Polokovy 1

2 Vlastnosti polokovů metaloidy Prvky s vlastnostmi na rozhraní kovů a nekovů B, Si, As, Te Prvek Kovové vlastnosti Nekovové vlastnosti Bor (B) Křemík (Si) Arsen (A Elektropositivní ve sloučeninách s nekovy B 4 N, BN, BCl 3 Lesklý Elektropositivníve sloučeninách s nekovy SiC, Si 3 N 4, SiCl 4 Kovový vzhled Vodič Nevodič Elektronegativníve sloučeninách s kovy TiB 2 Elektronegativní ve sloučeninách s kovy Mg 2 Si, Ni 2 Si Elektronegativní ve sloučeninách s kovy Ca 3 As 2 Tellur (Te) Lesklý Elektronegativní ve sloučeninách s kovy Cu 2 Te, Al 2 Te 3 Bor Vyráběn v malých množstvích Spíše theoretické studie Elementární bor molekuly B 12 Výroba: B 2 O 3 + 3Mg 2B + 3MgO 2BBr 3 + 3H 2 2B + 6HBr (velmi čistý bor) Využití: Přísada do borosilikátového skla Keramika y, glasury Řídící tyče v reaktorech Pyrotechnika 2

s kovy Mg 2 Si, Ni 2 Si Elektronegativní ve sloučeninách s kovy Ca 3 As 2 Tellur (Te) Lesklý Elektronegativní ve sloučeninách s kovy Cu 2 Te, Al 2 Te 3 Bor Vyráběn v malých množstvích Spíše

3 Sloučeniny boru Borany Boran BH 3 Samostatný neexistuje Možná příprava pouze ve stabilisovaném stavu navázaný na nosičovou molekulu, např. BH 3.ether Diboran B 2 H 6 Třístředová dvouelektronová vazba Sloučeniny boru Oxid boritý B 2 O 3 Nízká teplota tání 450 C Použití ve sklářství Nitrid boritý BN Velmi stálý a nereaktivní Tvrdost blízká diamantu Strukturu podobná grafitu Kovoobráběcí nástroje Kyselina boritá H 3 BO 3 Slabá kyselina Použití v očním lékařství jako borová voda Borax - Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ].8H 2 O Universální tavidlo Ochrana proti oxodaci Metalurgie 3

Nitrid boritý BN Velmi stálý a nereaktivní Tvrdost blízká diamantu Strukturu podobná grafitu Kovoobráběcí nástroje Kyselina boritá H 3 BO 3

4 Křemík Lesklý Polovodič Struktura molekula shodná s diamantem Výroba: Redukce oxidu křemičitého koksem za vysokých teplot (nad 2000 C): Výroba extrémně čistého křemíku: SiO C 2( l ) + 2C( 2Si( l ) CO( g ) 1. krok: nebo Si ( SiO + Cl 2( + 2( g ) SiCl 4( g ) 2Cl2 + 2C( SiCl 4( g ) + 2CO( g ) a destilace 2. krok: SiCl + 4( g ) + 2H 2( g ) Si( 4HCl( g ) 3. krok: Methoda zonálního tavení Methoda zonálního tavení Tyč čistého křemíku (průměr cca 20 cm) v trubici s inertním plynem protahována vysokoteplotní zónou (indukční ohřev) Nečistoty se hromadí v roztaveném Si Po ukončení procesu uříznuta část s nahromaděnými nečistotami 4

krok: nebo Si ( SiO + Cl 2( + 2( g ) SiCl 4( g ) 2Cl2 + 2C( SiCl 4( g ) + 2CO( g ) a destilace 2. krok: SiCl + 4( g ) + 2H 2( g ) Si( 4HCl( g ) 3.

5 Výroba monokrystalického Si pro polovodiče Methoda tažení z kelímku Na tyčseuchytí zárodek monokrystalu křemíku a ponoří se do kelímku s roztaveným křemíkem Tyč se pomalu za protichůdného otočného pohybu kelímku a tyče s monokrystalem vytahuje Monokrystal křemíku přenáší svoji strukturu Produktem tyč o délce až 1 msprůměrem až 100 mm, na koncích zúžená. Z monokrystalusenařežou tenké asi 0,5 až 1 mm tlusté plátky Typ vodivostí (P nebo N)sezajišťujevplynné či kapalné fázi dotováním atomy s větším (A, nebo menším (B) počtem e - Použití křemíku Integrované obvody (čipy) Příměsové polovodiče Výroba skla (sloučeniny, ne elementární) 5

msprůměrem až 100 mm, na koncích zúžená.

6 Polovodiče vodivostní pás a druhy vodivosti Polovodič látka vedoucí el. Proud jen za některých podmínek (vysoká teplota, tlak, etc.) Základ polovodivosti i vodivosti usnadněný přestup elektronů do vodivostního pásu (vlastně antivazebný orbital) Různé typy vodivosti zajišťovány dotováním přimícháváním atomů jiných prvků Vodivost N přimíchání atomu s vyšším počtem elektronů přebytek elektronů ve struktuře (N = negativní) Vodivost P přimíchání atomu s menším počtem elektronů vznik vodivostních děr nedostatek elektronů ve struktuře (P = positivní) Vodivost typu N Vodivost typu P Sloučeniny křemíku Silany Nestabilní sloučeniny (malá energie vazby Si Sia Si H) Monosilan(silan) SiH 4 Analog methanu Využití silanů polovodičové vrstvy Si (např. sluneční materie) Oxid křemičitý SiO 2 Součást skla a keramiky Polymerní struktura (vzájemně propojené tetraedry SiO 4 ) Křemen nejběžnější forma SiO 2 Součást žuly, pískovce, křemenný písek Příměsi zbarvují (ametyst, etc.) 6

N přimíchání atomu s vyšším počtem elektronů přebytek elektronů ve struktuře (N = negativní) Vodivost P přimíchání atomu s menším počtem elektronů vznik vodivostních děr nedostatek elektronů ve

7 Využití oxidu křemičitého Křemenné sklo Vzniká roztavením křemene a zpětným ochlazením Křehké Méně tepelně roztažné slabší pnutí při ochlazení, nepraská Hůře tvarovatelné Drahé Optická vlákna Optické vlnovody Výroba potřebného SiO 2 : Přenos informací pomocí světla SiCl + O SiO + Cl 4( g ) 2( g ) 2( 2( g ) Silikagel Příprava: SiO3( aq) + 3 Stacionární fáze pro chromatografii Sušidlo (vlhkost lze detekovat CoCl 2 ): Na H O ( aq) SiO2( + 2Na( aq) 3H 2O( l ) CoCl modrý 2( + 6H 2O( l) CoCl2. 6H 2O( růžový Křemičitany a jejich využití Hlíny, jíly, břidlice Deriváty kyseliny křemičité Výroba silikátových materiálů (sklo, keramika, maltoviny) 7

Příprava: SiO3( aq) + 3 Stacionární fáze pro chromatografii Sušidlo (vlhkost lze detekovat CoCl 2 ): Na + + + 2 2H O ( aq) SiO2( + 2Na( aq) 3H 2O( l ) CoCl modrý

8 Kaolín a keramika Kaolín: hornina složená z kaolinitu (Al 2 O 3.SiO 2.2H 2 O), křemene (SiO 2 ) a živců (např. ortoklas KAlSi 3 O 8 ) výroba porcelánu Vypalování keramiky proces vedoucí ke ztrátě vody a propojení jednotlivých složek (přímo, nebo prostřednictvím pojiv) Keramické materiály Složení: SiO 2, Al 2 O 3 a oxidy dalších prvků Odolné v běžných podmínkách Špatné vodiče tepla a el. proudu Mechanicky křehké Cihlářské výrobky, obkladové materiály, zdravotní keramika, kameninové výrobky, porcelán, žáruvzdorné materiály (šamot, dina, tepelně isolační materiály (expandovaný perlit) Sklo Nekrystalické, amorfní směsi oxidů o složení cca 6 SiO 2.Na 2 O.CaO Výroba: tavení sklářského písku (SiO 2 ), vápence (CaCO 3 ) a sody (Na 2 CO 3 ) Lahvové sklo nalití taveniny do formy Tabulové sklo nalití taveniny na rovný povrch roztavený cín, rtuť Sklo = podchlazená tavenina Závislosti závislé na složení skloviny Přídatné látky: B 2 O 3 zlepšuje odolnost vůči změnám teploty PbO zvyšuje index lomu a lesk Cr 2 O 3 zelené zbarvení AgCl fotochromickésklo (= tmavne a světlá v závislosti na intensitě osvitu) Sklo je napadáno alkalickými roztoky i vařící vodou! 8

O 3 a oxidy dalších prvků Odolné v běžných podmínkách Špatné vodiče tepla a el.

9 Maltoviny Užití ve stavebnictví = pojiva Ca(OH) 2, sádra (CaSO 4.1/2H 2 O), cement Přírodní zdroje, nebo průmyslové odpady (struska CaSiO 3, odsiřování sádra) Cement Křemičitany a hlinitokřemičitany vápenaté Suroviny vápenec, jíly, břidlice Výroba: Rozemletí Vypálení na C Mletí a úprava složení Po ztuhnutí cementové směsi = beton nová křemičitanová struktura Hlinitokřemičitany Porésní struktura tvořena tetraedry [SiO 4 ] a [AlO 4 ] Do pórů možno vázat kationty, nebo i celé molekuly Použití: Změkčování vody (vyvazují Ca 2+ ) Molekulová síta (vyvazují ne/žádané molekuly, např. H 2 O) Katalysatory (mají v pórech navázány katalyticky aktivní částice, nebo i sami působí jako katalysatory) Zeolity 9

Výroba: Rozemletí Vypálení na 1300 1400 C Mletí a úprava složení Po ztuhnutí cementové směsi = beton nová křemičitanová struktura Hlinitokřemičitany Porésní struktura tvořena

Podobné dokumenty

Zařazení polokovů v periodické tabulce [1]

Polokovy Zařazení polokovů v periodické tabulce [1] Obecné vlastnosti polokovů tvoří přechod mezi kovy a nekovy vlastnosti kovů: pevnost a lesk ( B, Si, Ge, Se, As) jsou křehké a nejsou kujné malá elektrická