Как увеличить выход электронов из металла


Как увеличить выход электронов из металла? Заранее спасибо!

Забыли про электрическое поле.
Электронный проектор
автоэлектронный микроскоп, безлинзовый электроннооптический прибор для получения увеличенного в 105—106 раз изображения поверхности твёрдого тела. Э. п. был изобретён в 1936 немецким физиком Э. Мюллером. Основные части Э. п. : катод в виде острия с радиусом кривизны кончика Электронный проектор10-7—10-8 м; стеклянная сферическая или конусообразная колба, дно которой покрыто слоем люминофора; и анод в виде проводящего слоя на стенках колбы или проволочного кольца, окружающего катод. При прогреве острия его кончик становится монокристаллическим и приобретает округлённую форму. Колба вакуумируется (остаточное давление Электронный проектор10-9—10-11 мм рт. ст.) . Когда на анод подают положительное напряжение в несколько тыс. вольт относительно расположенного в центре колбы катода-острия, Напряжённость электрического поля в непосредственной близости от кончика острия достигает 10-7—10-8 в/см. Это обеспечивает интенсивную автоэлектронную эмиссию (см. Туннельная эмиссия) с кончика катода.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/153637/Эл ектронный

электронов и «дырок» | Теория твердотельных устройств

  • Сетевые сайты:
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Последний
    • Проектов
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Обзор рынка
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Мнение
    • Интервью
    • Особенности продукта
    • Исследования
    • Форумы
  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC
    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google

0:00 / 0:00

  • Подкаст
  • Последний
  • Подписывайся
    • Google
    • Spotify
    • Яблоко
    • iHeartRadio
    • брошюровщик
.

Глава 11 - Реакции переноса электрона и электрохимия

Введение

Окислительно-восстановительные реакции или реакции переноса электрона составляют один из самых широких и наиболее важных классов реакций в химии. Все реакции с участием молекулярного кислорода, такие как горение и коррозия, являются реакциями переноса электрона. Биологические процессы, такие как дыхание, фотосинтез и расщепление молекул пищи, состоят из последовательностей реакций переноса электронов, которые служат для транспортировки и использования энергии солнца.Батареи - это устройства, которые позволяют нам использовать свободную энергию реакций переноса электронов.

11.1 Электронный перенос или окислительно-восстановительные реакции

Введение

Мы начинаем наше изучение реакций переноса электрона с введения некоторых терминов и определений и изучения процесса переноса электрона.
Предварительные требования
Цели
  • Опишите реакцию переноса электрона.
  • Дайте определение окислению и восстановлению.
  • Определите окислитель и восстановитель.
  • Укажите, может ли вещество действовать как окислитель или как восстановитель, или и то, и другое.
  • Определите окислители и восстановители в окислительно-восстановительной реакции.
  • Определите количество переданных электронов в сбалансированном химическом уравнении для реакции переноса электрона.
  • Определите донорные и акцепторные орбитали в простой окислительно-восстановительной реакции.
  • Объясните влияние орбитальной энергии на перенос электронов.
  • Определите фактор, ответственный за окислительную и восстанавливающую силы.
  • Опишите редокс-пару и напишите аббревиатуру для данной пары.

11.1-1. Введение в электронный перенос

  • Просмотр видео
  • Просмотрите видео в этом окне, нажав кнопку воспроизведения.
  • Используйте элементы управления видео для просмотра видео в полноэкранном режиме.
  • Просмотрите видео в текстовом формате, прокрутив вниз.

11.1-2. Электронный перенос

Электроны переходят от одного вида к другому в реакциях электронного переноса.

Реакция, которая происходит, когда железо (стальная вата) помещается в раствор CuSO 4 , показана в таблице ниже.
Стальная вата состоит в основном из атомов Fe. Ионы Cu 2+ придают раствору CuSO 4 синий цвет. Стальная вата покрыта металлической медью там, где она была погружена в раствор CuSO 4 . Раствор теряет цвет, потому что Cu 2+ были замещены бесцветными ионами Fe 2+ .

Таблица 11.1: Реакция переноса электрона

Мы можем сделать следующие наблюдения:
  • 1

    Глубокий синий цвет раствора CuSO 4 , обусловленный присутствием ионов Cu 2+ , теряется.
  • 2

    Образуется коричневое твердое вещество.Анализ показывает, что твердое тело представляет собой металлическую медь.
  • 3

    Металлическая вата распадается по мере исчезновения атомов Fe.
  • 4

    Анализ показывает, что в растворе образуются ионы Fe 2+ .
и делаем следующие выводы:
  • 1

    Cu 2+ преобразован в Cu.
  • 2

    Fe было преобразовано в Fe 2+ .
В ходе реакции степень окисления меди изменяется от +2 в ионах Cu 2+ в растворе до 0 в атомах, содержащих металлическую медь. Каждый ион Cu 2+ должен получить два электрона, чтобы стать атомом Cu. Точно так же степень окисления железа изменяется от 0 в атомах, составляющих стальную вату, до +2 в ионах Fe 2+ в растворе. Каждый атом Fe должен потерять два электрона, чтобы превратиться в ион Fe 2+ . Таким образом, каждый атом Fe отдает два электрона, а каждый Cu 2+ получает два электрона, т.е.е., два электрона передаются от атомов железа к ионам Cu 2+ в растворе. Это пример реакции переноса электрона . Реакция записывается как

11.1-3. Окисление и восстановление

Восстановление - это получение электронов, окисление - это потеря электронов, а реакции переноса электронов также называются окислительно-восстановительными реакциями.

Восстановление - это прирост электронов.Добавленные электроны «снижают» степень окисления вещества. Ионы Cu 2+ получают два электрона, поэтому они восстанавливаются до атомов Cu. Обратите внимание, что двухэлектронное восстановление снижает степень окисления меди с +2 в ионе до 0 в атоме. Окисление - потеря электронов. Потеря отрицательного заряда вызывает повышение степени окисления вещества. Атомы Fe теряют два электрона, поэтому они окисляются до ионов Fe 2+ . Обратите внимание, что двухэлектронное окисление повышает степень окисления железа с 0 в атоме до +2 в ионе. Окислительно-восстановительные реакции - реакции окисления и восстановления. Реакции переноса электронов всегда включают как окисление, так и восстановление, потому что электроны не могут быть получены, если они не потеряны.

11.1-4. Окислители и восстановители

Окисляющие реагенты (окислители) восстанавливаются при окислении восстановителей.

Перенос электрона является результатом сочетания окисления и восстановления.Часть не может быть окислена, если другая часть не примет электроны и не восстановится. То есть окисление вызывает восстановление, а - наоборот . Следовательно, разновидность, которая окисляется в результате реакции, называется восстановителем или восстановителем , а разновидность, которая восстанавливается в результате реакции, называется окислителем или окислителем . . Восстановитель содержит электроны, которые переносятся во время реакции, поэтому он находится в восстановленной форме, которую мы обозначим Red 1 .Перенос электронов превращает его в окисленную форму, которую мы назовем Ox 1 . Точно так же у окислителя есть незаполненные орбитали, которые могут принимать перенесенные электроны, поэтому он находится в окисленной форме, Ox 2 . Принятие электронов преобразует его в его уменьшенную форму, Красный 2 . Типичную окислительно-восстановительную реакцию можно выразить следующим образом. Таким образом, восстановитель, Red 1 , может быть идентифицирован как восстановленная форма (форма в более низкой степени окисления) вида 1, в то время как окислитель Ox 2 является окисленной формой (форма в более высокой степени окисления). ) вида 2.

11.1-5. Требования к восстановителям и окислителям

Степень окисления атома должна быть высокой, если он должен быть окислителем, и низкой, если он должен быть восстановителем.

Чтобы действовать как восстанавливающий агент, вещество должно иметь возможность отдавать электроны и достигать более высокой степени окисления, поэтому восстановители должны содержать атомы, которые могут быть окислены.Точно так же окислители должны быть способны принимать электроны для достижения более низкой степени окисления, поэтому окислители должны содержать атомы, которые могут быть восстановлены. Например, атом азота в NH 3 имеет степень окисления –3, которая является самой низкой степенью окисления, которую может иметь азот. Следовательно, NH 3 можно окислять, но не восстанавливать, поэтому он может быть восстановителем. Атом азота в NO 3 1– находится в степени окисления +5, наивысшей из возможных, поэтому нитрат i.

Введение в окислительно-восстановительные равновесия и электродные потенциалы

Различная химическая активность металлов

Когда металлы вступают в реакцию, они отдают электроны и образуют положительные ионы. Эта конкретная тема посвящена сравнению легкости, с которой металл делает это для образования гидратированных ионов в растворе - например, Mg 2+ (водный) или Cu 2+ (водный) .

Мы можем сравнить легкость, с которой происходят эти два изменения:

Каждый, кто занимался химией больше нескольких месяцев, знает, что магний более реактивен, чем медь.Первая реакция происходит гораздо легче, чем вторая. В этой теме мы попытаемся выразить это с помощью некоторых цифр.

Глядя на это с точки зрения равновесия

Предположим, у вас есть кусок магния в стакане с водой. Атомы магния будут терять электроны и переходить в раствор в виде ионов магния. Электроны останутся на магнии.

Через очень короткое время на магнии произойдет накопление электронов, и он будет окружен в растворе слоем положительных ионов.Они будут стремиться оставаться рядом, потому что их притягивает отрицательный заряд на куске металла.

Некоторые из них будут достаточно привлечены, чтобы вернуть свои электроны и снова прилипнуть к куску металла.

Динамическое равновесие устанавливается, когда скорость, с которой ионы покидают поверхность, в точности равна скорости, с которой они снова присоединяются к ней. В этот момент на магнии будет постоянный отрицательный заряд и постоянное количество ионов магния, присутствующих в растворе вокруг него.

Упростив диаграмму, чтобы избавиться от «кусочков» магния, вы получите следующую ситуацию:

Не забывайте, что это просто снимок динамического равновесия. Ионы постоянно уходят и снова присоединяются к поверхности.

Как бы все изменилось, если бы вы использовали кусок меди вместо куска магния?

Медь менее реактивна и поэтому менее легко образует ионы. Любые отколовшиеся ионы с большей вероятностью вернут свои электроны и снова прилипнут к металлу.Вы по-прежнему достигнете положения равновесия, но на металле будет меньше заряда и меньше ионов в растворе.

Если мы запишем две реакции как равновесия, то мы будем сравнивать два положения равновесия.

Положение магниевого равновесия. . .

. . . лежит левее точки равновесия меди.

Обратите внимание на способ написания двух состояний равновесия.По соглашению, все эти равновесия записываются с электронами в левой части уравнения. Если вы обязательно будете придерживаться этого соглашения, вы обнаружите, что остальная часть этой темы будет намного легче визуализировать.

Все остальное, что касается электродных потенциалов, - это просто попытка присвоить несколько цифр этим различным положениям равновесия.

В принципе, это довольно просто. В случае с магнием существует большая разница между отрицательностью металла и положительностью раствора вокруг него.В медном корпусе разница намного меньше.

Эта разность потенциалов может быть записана как напряжение - чем больше разница между положительным и отрицательным полюсом, тем больше напряжение. К сожалению, это напряжение невозможно измерить!

Было бы легко подключить вольтметр к металлическому элементу, но как бы вы подключили его к раствору? Поместив зонд в раствор рядом с металлом? Нет, не сработает!

Любой зонд, который вы вводите, будет иметь подобное равновесие, происходящее вокруг него.Лучшее, что вы могли бы измерить, - это некая комбинация эффектов на датчике и куске металла, который вы тестируете.

 

Идеи, лежащие в основе электрода сравнения

Предположим, у вас есть оптическое устройство для измерения высоты на некотором расстоянии, и вы хотите использовать его, чтобы узнать, какого роста был конкретный человек. К сожалению, вы не видите их ног, потому что они стоят в высокой траве.

Хотя вы не можете измерить их абсолютную высоту, вы можете измерить их высоту относительно удобной стойки.Предположим, что в этом случае человек оказался выше столба на 15 см.

Вы можете повторить это для множества людей. . .

. . . и получите такой набор результатов:

.

ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА

1. Электронная трубка зависит от своего воздействия на поток электронов, которые действуют как носители тока. Для создания этого потока электронов в каждой трубке есть специальный металлический электрод (катод). Но при обычных комнатных температурах свободные электроны катода не могут покинуть его поверхность из-за определенных сдерживающих сил, которые действуют как барьер. Эти поверхностные силы притяжения стремятся удерживать электроны внутри катодного вещества, за исключением небольшой части, которая обладает достаточной кинетической энергией (энергией движения), чтобы пробить барьер.Большинство электронов движутся слишком медленно, чтобы это произошло.

2. Чтобы покинуть поверхность материала, электроны должны совершить определенную работу, чтобы преодолеть сдерживающие поверхностные силы. Для выполнения этой работы электроны должны иметь достаточную энергию, сообщаемую им от какого-либо внешнего источника энергии, поскольку их собственная кинетическая энергия недостаточна. Существует четыре основных метода получения электронной эмиссии с поверхности материала: термоэлектронная эмиссия, фотоэлектрическая эмиссия, автоэлектронная эмиссия и вторичная эмиссия.

3. Термоэлектронная эмиссия. Это самый важный и наиболее часто используемый в электронных лампах. В этом методе металл нагревается, что приводит к увеличению тепловой или кинетической энергии несвязанных электронов. Таким образом, большее количество электронов достигнет достаточной скорости и энергии, чтобы покинуть поверхность эмиттера. Количество электронов, высвобождаемых на единицу площади излучающей поверхности, связано с абсолютной температурой катода и количеством работы, которую электрон должен совершить, покидая излучающую поверхность.

4. Термоэлектронная эмиссия достигается за счет электрического нагрева катода. Это можно сделать двумя способами: 1) используя электроны, испускаемые нагревательной спиралью для проведения тока (прямой нагрев), или 2) размещая нагревательную спираль в никелевом цилиндре, покрытом оксидом бария, который излучает электроны (косвенный обогрев). Обычно используется метод косвенного нагрева.



5. Фотоэлектрическая эмиссия. В этом процессе энергия светового излучения, падающего на поверхность металла, передается свободным электронам внутри металла и ускоряет их в достаточной степени, чтобы они могли покинуть поверхность.

6. Автоэлектронная эмиссия или эмиссия с холодным катодом. Приложение сильного электрического поля (т.е. высокого положительного напряжения вне поверхности катода) буквально вытягивает электроны с поверхности материала из-за притяжения положительного поля. Чем сильнее поле, тем больше автоэлектронная эмиссия с холодной поверхности эмиттера.

7. Вторичная эмиссия. Когда высокоскоростные электроны внезапно ударяются о металлическую поверхность, они отдают свою кинетическую энергию электронам и атомам, на которые они ударяются.Некоторые из бомбардирующих электронов сталкиваются непосредственно со свободными электронами на поверхности металла и могут выбить их с поверхности. Электроны, освобожденные таким образом, известны как вторичные электроны эмиссии, поскольку первичные электроны из какого-то другого источника должны быть доступны для бомбардировки вторичной электронной эмиссионной поверхности.

УПРАЖНЕНИЯ:

1. Контрольные вопросы:

1. От чего зависит действие электронной лампы? 2.Что присутствует в каждой трубке для создания потока электронов? 3. При каких температурах свободные электроны не могут покинуть поверхность катода? 4. Какие силы удерживают электроны внутри катодного вещества? 5. Что должны сделать электроны, чтобы убежать? 6. Что должны иметь электроны, чтобы преодолеть сдерживающие поверхностные силы? 7. Сколько существует методов получения электронной эмиссии? 8. Какие они? 9. Что сообщает внешнюю энергию электронам при термоэлектронной эмиссии? 10. Какая энергия используется для образования свободных электронов при фотоэмиссии? 11.Что такое автоэлектронная эмиссия?

12. Как получается вторичная эмиссия? 13. Какое излучение чаще всего используется в электронике?

2. Переводите международные слова без словаря.

катод, эмиттер, материал, цилиндр, часть, энергия, излучение, температура, термический, адекватный, абсолютный, специальный, эмиссия, электрон, обычно

3. Определите, к каким частям речи принадлежат эти слова, и переведите их :

реализовывать, выравнивать, электрифицировать, классифицировать, создавать, усиливать, расширять, увеличивать, расширять, аналогично, иначе, вперед, к, вверх, наружу, вниз

Текст 5 Прочтите и переведите текст.

ДИОДЫ

1. Простейшей комбинацией элементов, составляющих электронную лампу, является диод. Он состоит из катода, который служит для испускания электронов, и пластины или анода, окружающей катод, который действует как коллектор электронов. Оба электрода заключены в герметичную оболочку из стекла или металла. Если катод нагревается косвенно, должна быть нагревательная спираль или нагреватель. Размер диодных трубок варьируется от крошечных металлических трубок до выпрямителей большого размера.Пластина обычно представляет собой полый металлический цилиндр из никеля, молибденового графита, тантала или железа.



2. Основной закон электричества гласит, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а разные заряды притягиваются друг к другу. Электроны, испускаемые катодом электронной лампы, являются отрицательными электрическими зарядами. Эти заряды могут либо притягиваться, либо отталкиваться от пластины диодной лампы, в зависимости от того, заряжена пластина положительно или отрицательно.

3.Фактически, при приложении разности потенциалов (напряжения) от батареи или другого источника между пластиной и катодом диода внутри трубки создается электрическое поле. Силовые линии этого поля всегда проходят от отрицательно заряженного элемента к положительно заряженному. Электроны, будучи отрицательными электрическими зарядами, следуют направлению силовых линий в электрическом поле.

4. Установив электрическое поле правильной полярности между катодом и пластиной и «сформировав» силовые линии этого поля по определенным траекториям, 1 можно управлять движением электронов по желанию.Батарея подключается между пластиной и катодом диода, чтобы сделать пластину положительной по отношению к катоду, при этом силовые линии электрического поля проходят в направлении от катода к пластине.

5. И снова, приложение напряжения нагревателя приводит к эмиссии электронов с катода. Электроны следуют по силовым линиям к положительной пластине и ударяют по ней с высокой скоростью. Поскольку движущиеся заряды содержат электрический ток, поток электронов к пластине представляет собой электрический ток, называемый током пластины.

6. Достигнув пластины, электронный ток продолжает течь по внешней цепи, состоящей из соединительных проводов и батареи. Поступающие электроны поглощаются положительной клеммой батареи, и такое же количество электронов вытекает из отрицательной клеммы батареи и возвращается на катод, таким образом восполняя запас электронов, потерянных при эмиссии.

7. Пока катод трубки поддерживается при температурах излучения, а пластина остается положительной, ток пластины будет продолжать течь от катода к пластине внутри трубки и от пластины обратно к катоду через внешнюю цепь.

8. Теперь подключение батареи поменялось местами, чтобы сделать пластину отрицательной по отношению к катоду. Когда на нагреватель подается напряжение, катод испускает поток электронов. Однако эти электроны сильно отталкиваются от отрицательно заряженной пластины и стремятся заполнить межэлектродное пространство между катодом и пластиной. Поскольку электроны фактически не достигают пластины, трубка действует как разомкнутая цепь.

9. Общее количество электронов, испускаемых катодом диода, всегда одинаково при данной рабочей температуре.Напряжение пластины (напряжение между пластиной и катодом) не влияет, следовательно, на количество электронов, испускаемых катодом. Однако достигают ли эти электроны пластины на самом деле, определяется напряжением между пластиной и катодом, 2 , а также явлением, известным как пространственный заряд.

10. Термин пространственный заряд применяется к облаку электронов, которое образуется в межэлектродном пространстве между катодом и пластиной. Поскольку оно состоит из электронов, это облако представляет собой отрицательный заряд в межэлектродном пространстве, который оказывает отталкивающее действие на электроны, испускаемые катодом.Следовательно, эффект одного только этого отрицательного объемного заряда заключается в том, чтобы заставить значительную часть испускаемых электронов вернуться обратно в катод и не дать другим достичь пластины.

11. Объемный заряд, однако, действует не сам по себе. Ему противодействует электрическое поле от положительной пластины, которое проникает сквозь объемный заряд, притягивая электроны и таким образом частично преодолевая его эффекты. При низких положительных напряжениях пластины только ближайшие к ней электроны притягиваются к ней и образуют небольшой ток пластины.Тогда объемный заряд оказывает сильное влияние на ограничение количества электронов, достигающих пластины.

12. По мере увеличения напряжения на пластине большее количество электронов притягивается к пластине через отрицательный объемный заряд и, соответственно, меньшее количество электронов отталкивается обратно на катод. Если напряжение на пластине сделать достаточно высоким, в конечном итоге достигается точка, в которой все электроны, испускаемые катодом, притягиваются к пластине, и влияние объемного заряда полностью преодолевается.Дальнейшее увеличение напряжения на пластине не может увеличить ток пластины через трубку, а эмиссия с катода ограничивает максимальный ток.

Дата: 02.07.2015; вид: 1250;

.

Смотрите также