ppt

Report
Polokovy
Polokovy
Vlastnosti polokovů
• „metaloidy“
• Prvky s vlastnostmi na rozhraní kovů a nekovů
• B, Si, As, Te
Prvek
Kovové vlastnosti
Nekovové vlastnosti
Bor (B)
Elektropositivní ve sloučeninách s
nekovy – B4N, BN, BCl3
Nevodič
Elektronegativní ve sloučeninách s
kovy – TiB2
Křemík (Si)
Lesklý
Elektropositivní ve sloučeninách s
nekovy – SiC, Si3N4, SiCl4
Elektronegativní ve sloučeninách s
kovy – Mg2Si, Ni2Si
Arsen (As)
Kovový vzhled
Vodič
Elektronegativní ve sloučeninách s
kovy – Ca3As2
Tellur (Te)
Lesklý
Elektronegativní ve sloučeninách s
kovy – Cu2Te, Al2Te3
Bor
•
•
•
•
Vyráběn v malých množstvích
Spíše theoretické studie
Elementární bor – molekuly B12
Výroba:
• B2O3 + 3Mg → 2B + 3MgO
• 2BBr3 + 3H2 → 2B + 6HBr (velmi čistý bor)
• Využití:
–
–
–
–
Přísada do borosilikátového skla
Keramika – emaily, glasury
Řídící tyče v reaktorech
Pyrotechnika
Sloučeniny boru
• Borany
– Boran – BH3
• Samostatný neexistuje
• Možná příprava pouze ve „stabilisovaném“ stavu –
navázaný na nosičovou molekulu, např. BH3.ether
– Diboran – B2H6
• Třístředová dvouelektronová vazba
Sloučeniny boru
• Oxid boritý – B2O3
• Kyselina boritá – H3BO3
• Nitrid boritý – BN
• Borax Na2[B4O5(OH)4].8H2O
– Nízká teplota tání – 450
°C
– Použití ve sklářství
– Velmi stálý a nereaktivní
– Tvrdost blízká diamantu
– Strukturu podobná
grafitu
– Kovoobráběcí nástroje
– Slabá kyselina
– Použití v očním lékařství
jako borová voda
– Universální tavidlo
– Ochrana proti oxodaci
– Metalurgie
Křemík
• Lesklý
• Polovodič
• Struktura molekula shodná s diamantem
• Výroba:
– Redukce oxidu křemičitého koksem za vysokých teplot (nad 2000 °C):
• Výroba extrémně čistého křemíku:
– 1. krok:
nebo
C
SiO2(l )  2C( s ) 2000

 2Si(l )  CO( g )
Si( s )  Cl2( g ) 
 SiCl4( g )
SiO2( s )  2Cl2  2C( s ) 
 SiCl 4( g ) 2CO( g )
a destilace
– 2. krok:
SiCl4( g )  2H2( g ) 
 Si( s )  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
Výroba monokrystalického Si pro
polovodiče
• Methoda tažení z kelímku
• Na tyč se uchytí 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 m s průměrem
až 100 mm, na koncích zúžená.
• Z monokrystalu se nařežou tenké asi 0,5 až
1 mm tlusté plátky
• Typ vodivostí (P nebo
N) se zajišťuje v plynné či kapalné fázi
dotováním atomy s větším (As), nebo
menším (B) počtem e-
Použití křemíku
• Integrované obvody (čipy)
• Příměsové polovodiče
• Výroba skla (sloučeniny, ne elementární)
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 – Si a Si – H)
• Monosilan (silan) – SiH4
• Analog methanu
– Využití silanů – polovodičové vrstvy Si (např. sluneční
materie)
• Oxid křemičitý – SiO2
– Součást skla a keramiky
– Polymerní struktura (vzájemně propojené tetraedry SiO4)
– Křemen – nejběžnější forma SiO2
• Součást žuly, pískovce, křemenný písek
• Příměsi zbarvují (ametyst, etc.)
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 SiO2:
– Přenos informací pomocí světla
• Silikagel
SiCl4( g )  O2( g ) 
 SiO2( s )  Cl2( g )
Na2 SiO3(aq )  2H3O (aq) 
 SiO2( s)  2Na(aq)  3H2O(l )
– Příprava:
– Stacionární fáze pro chromatografii
CoCl2 .6H2O( s)
– Sušidlo (vlhkost lze detekovat CoCl2): CoCl2( s )  6H2O(l ) 
modrý
růžový
Křemičitany a jejich využití
• Hlíny, jíly, břidlice
• Deriváty kyseliny křemičité
• Výroba silikátových materiálů (sklo, keramika,
maltoviny)
Kaolín a keramika
• Kaolín: hornina složená z kaolinitu (Al2O3.SiO2.2H2O), křemene
(SiO2) a živců (např. ortoklas – KAlSi3O8) – výroba porcelánu
• Vypalování keramiky – proces vedoucí ke ztrátě vody a propojení
jednotlivých složek (přímo, nebo prostřednictvím pojiv)
• Keramické materiály
–
–
–
–
–
Složení: SiO2, Al2O3 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, dinas),
tepelně isolační materiály (expandovaný perlit)
Sklo
• Nekrystalické, amorfní směsi
oxidů o složení cca 6
SiO2.Na2O.CaO
• Výroba: tavení sklářského
písku (SiO2), vápence (CaCO3) a
sody (Na2CO3)
• 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:
– B2O3 – zlepšuje odolnost vůči
změnám teploty
– PbO – zvyšuje index lomu a lesk
– Cr2O3 – zelené zbarvení
– AgCl – fotochromické sklo (=
tmavne a světlá v závislosti na
intensitě osvitu)
• Sklo je napadáno alkalickými
roztoky i vařící vodou!
Maltoviny
• Užití ve stavebnictví = pojiva
• Ca(OH)2, sádra (CaSO4.1/2H2O), cement
• Přírodní zdroje, nebo průmyslové odpady (struska – CaSiO3, odsiřování –
sádra)
• Cement
– Křemičitany a hlinitokřemičitany vápenaté
– Suroviny – vápenec, jíly, břidlice
– Výroba:
•
•
•
•
Rozemletí
Vypálení na 1300 – 1400 °C
Mletí a úprava složení
Po ztuhnutí cementové směsi = beton – nová křemičitanová struktura
Zeolity
• Hlinitokřemičitany
• Porésní struktura tvořena
tetraedry [SiO4] a [AlO4]
• Do pórů možno vázat
kationty, nebo i celé
molekuly
• Použití:
– Změkčování vody (vyvazují
Ca2+)
– Molekulová síta (vyvazují
ne/žádané molekuly, např.
H2O)
– Katalysatory (mají v pórech
navázány katalyticky aktivní
částice, nebo i sami působí
jako katalysatory)

similar documents