Θεµατικό Περιεχόµενο Μαθήµατος 1. Κρυσταλικές δοµές Ιονική ακτίνα Ενέργεια πλέγµατος Πυκνές διατάξεις 4εδρικές 8εδρικές οπές Μέταλλα ιοντικά στερεά Πώς περιγράφεται η δοµή τους Πως προσδιορίζεται η δοµή τους πειραµατικά 2. Θεωρία ζωνών Ηλεκτρική αγωγιµότητα Μαγνητικες ιδιότητες Οπτικές ιδιότητες εσµοί ηλεκτρονική δοµή στερεών Ηµιαγώγιµα υλικά Προσµίξεις και αγωγιµότητα 3. Ατέλειες δοµής Μη-στοιχειοµετρία Ιονική αγωγιµότητα Είδη ατελειών ηµιουργία ατελειών Επίδραση σε φυσικές χηµικές 4. Υλικά Ζεόλιθοι Ηµιαγωγοί Υπεραγωγοί οµή ιδιότητες - εφαρµογές
ΕΙΙΣΑΓΩΓΗ ΣΕ ΑΠΛΕΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ολες οι ουσίες, αν ψυχθούν κατάλληλα, στερεοποιούνται Οι περισσότερες σχηµατίζουν κρυσταλλικές φάσεις Κρυσταλλικό στερεό : συµµετρική, επαναλαµβανόµενη διάταξη ατόµων, ιόντων ή µορίων Οι κρυσταλλικές δοµές προσδιορίζονται µε περίθλαση ακτίνων Χ Αρχή: οι ατοµικές αποστάσεις σε ένα κρυσταλλικό πλέγµα είναι της ίδιας τάξης µε το µήκος κύµατος των ακτίνων Χ (1-100 ο Α) Συνέπεια: οι κρύσταλλοι λειτουργούν ως τρισδιάστατα πλέγµατα περίθλασης ακτίνων Χ Αποτέλεσµα: µε βάση τα διαγράµµατα περίθλασης ακτίνων Χ προσδιορίζονται επακριβώς οι θέσεις των ατόµων στο πλέγµα Περιγραφή κρυσταλλικών δοµών: διάταξη συµπαγών σφαιρών
Πυκνή διάταξη 2 στοιβάδων Προσθήκη 3 ης στοιβάδας Επάνω από την Α Επάνω στα κενά ( ) ΑΒΑΒΑΒΑΒ Εξαγωνική πυκνή δοµή (hcp) ΑΒCABCABC Κυβική πυκνή διάταξη (ccp) Πλήρωση χώρου 74% Αριθµός ένταξης 12
x : τετραεδρικές οπές περικλείονται από 4 σφαίρες µε κέντρα στις κορυφές τετραέδρου για n σφαίρες στο πλέγµα υπάρχουν 2n τετραεδρικές οπές ακτίνα σφαίρας: r ακτίνα οπής: 0.225r
: oκταεδρικές οπές περικλείονται από 6 σφαίρες (3 στην επάνω στοιβάδα, 3 στην κάτω) για n σφαίρες στο πλέγµα υπάρχουν n οκταεδρικές οπές ακτίνα σφαίρας: r ακτίνα οπής: 0.414r
Μοναδιαίες κυψελλίδες των 7 κρυσταλλικών συστηµάτων Ορίζονται µε βάση 3 ευθύγραµµα τµήµατα : 3 γωνίες : α,β,γ Απαραίτητη προυπόθεση επαναλαµβανόµενη διάταξη πλήρης κάλυψη χώρου
Μοναδιαίες κυψελλίδες Αριθµός ατόµων ανά κυψελλίδα Ονοµα Σύµβολο Ατοµα/κυψελλίδα Θεµελιώδες P 1 Χωροκεντρωµένο Ι 2 Εδροκεντρωµένο (µονόπλευρα) Α ή B ή C 2 Εδροκεντρωµένο F 4
Tα 14 πλέγµατα Bravais
Κατανοµή των τύπων διάταξης των στοιβάδων στα µέταλλα ABC AB La,Pr,Nd,Pm : ABAC Sm : ABACACBCB
ΣΥΓΚΡΙΙΣΗ ΘΕΩΡΗΤΙΙΚΗΣ ΠΕΙΙΡΑΜΑΤΙΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ O Cu έχει ατοµική ακτίνα 0.128nm δοµή FCC Α.Β. 63.5 g/mole. Nα υπολογισθεί η πυκνότητα του και να συγκριθεί µε την τιµή που προσδιορίζεται πειραµατικά (8.94 g/cm 3 ). ρ = m/v όγκος κυψελλίδας: V = a 3 = (4R/2 0.5 ) 3 = (4. 0.128. 10-7 / 1.4142) 3 = 0.4745. 10-21 cm 3 µάζα κυψελλίδας: αριθµός ατόµων x βάρος ατόµου = 4 άτοµα/κυψελλίδα x 63.5 g/mole/(6.023. 10 23 ) άτοµα/mole = 42.1717. 10-23 g ρ = 42.1717. 10-23 g / 0.4745. 10-21 cm 3 = 8.88 g/cm 3
ΙΙΟΝΙΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ΜΕ ΤΥΠΟ ΜΧ ((1)) Κρυσταλλικές ακτίνες Cs + : 181 pm Cl - : 167pm r + / r - = 1.08 Aριθµός ένταξης : 8 Η δοµή του CsCl δεν είναι χωροκεντρωµένη Σε ιονικές δοµές δεν υπάρχουν διακριτά µόρια
ΙΙΟΝΙΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ΜΕ ΤΥΠΟ ΜΧ ((2)) Κρυσταλλικές ακτίνες Νa + : 116 pm Cl - : 167pm r + / r - = 0.69 Aριθµός ένταξης : 6
ΙΙΟΝΙΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ΜΕ ΤΥΠΟ ΜΧ ((3)) ΠΟΛΥΜΟΡΦIΑ ZnS Blende structure ccp διάταξη S Zn : 1 παρά 1 τετραεδρική οπή Αριθµός ένταξης : 4 Wurtzite structure hcp διάταξη S Zn : τετραεδρικές οπές Αριθµός ένταξης : 4
ιάταξη ανιόντων γύρω από ένα κεντρικό κατιόν
ΟΜΟΙΙΟΠΟΛΙΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ((1)) ιαµάντι Κυβική FCC µε άτοµα C στις τετραεδρικές οπές Αριθµός ένταξης : 4 C C : 154pm Ισχυροί δεσµοί + Τρισδιάστατο πλέγµα Μέγιστη σκληρότητα + Υψηλό σηµείο τήξης Παρόµοια δοµή: B, Si, Ge, P, As, Se, Te, SiC
ΟΜΟΙΙΟΠΟΛΙΙΚΑ ΣΤΕΡΕΑ ((2)) Γραφίτης οµή 2 διαστάσεων Εξαµελείς δακτύλιοι C C-C : 142pm Οµοιοπολικοί δεσµοί παράλληλες στοιβάδες d = 335pm εσµοί Van der Waals
ΜΟΡΙΙΑΚΑ ΣΤΕΡΕΑ Πάγος οµικές µονάδες : Μικρά διακριτά µόρια εσµοί µεταξύ ατόµων : Οµοιοπολικοί εσµοί µεταξύ µορίων : van der Waals ή Υδρογόνου
ΚΑΤΗΓΟΡΙΙΕΣ ΚΑΙΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΙΣΤΙΙΚΑ ΟΜΩΝ