Как влияет температура на концентрацию свободных электронов в металле


Концентрация - свободный электрон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Концентрация - свободный электрон

Cтраница 3

В металлах концентрации свободных электронов не зависят от температуры, скорости электронов из-за вырождения очень слабо зависят от температуры, уровень химического потенциала также почти не зависит эт температуры. Поэтому термоэдс металлов очень мала.  [31]

С повышением концентрации свободных электронов система постепенно переходит в состояние вырождения, когда применение предельного случая Больцмановской статистики вместо статистики Ферми-Дирака, которой подчинены электроны в полупроводнике, становится недопустимым.  [32]

В металлах концентрации свободных электронов очень велики ( - 1022 см 3) и не зависят от темн-ры; электронный газ находится в вырожденном состоянии и поэтому уровень химнотенциала ( уровень Ферми), энергия и скорости электропов также почти не зависят от темн-ры. Поэтому термоэдс классических металлов очень мала. Сравнительно больших значений достигает термоэдс в таких полуметаллах, как Sb и Bi ( и их сплавах, в к-рых концентрация носителей значительно меньше, 1019 см-3), где она зависит от темп-ры, а также в нек-рых переходных металлах и их сплавах ( напр. В последнем случае концентрация носителей еще больше, чем в классических, и степень вырождения электронного газа очень велика, большие значения термоэдс - следствие того, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе электрич.  [33]

Рассмотрим увеличение концентрации свободных электронов в кубической гранецентрированной решетке ограниченного а-твердого раствора при добавлении элемента с более высоким номером группы периодической системы по сравнению с растворителем.  [34]

Для нахождения концентраций свободных электронов ( дырок) следует перемножить число состояний в интервале энергий d в соответствующей зоне на вероятность их заполнения / ( или /) и просуммировать по всем возможным состояниям в зоне.  [35]

В отдельных металлах концентрация свободных электронов бывает очень различной и, кроме того, проявляются индивидуальные особенности заполняющих узлы пространственной решетки нейтральных атомов и положительных ионов. Поэтому каждый металл наряду с общими свойствами обладает и своими собственными, для него характерными. В частности, отдельные металлы очень сильно различаются по температуре плавления и твердости.  [36]

В обоих случаях концентрация свободных электронов, обусловливающих собственную проводимость, даже в темноте достаточна для того, чтобы вызвать измеримую хемосорбцию кислорода с последующим окислением германия. Германий всегда реагирует несколько быстрее, чем р-германий, так как в последнем концентрация присутствующих в меньшем количестве отрицательных переносчиков заряда на поверхности уменьшена.  [37]

По прекращении освещения концентрация свободных электронов спадает экспоненциально с постоянной времени ( и при) - 1 сек. Концентрация свободных дырок спадает также экспоненциально ( и независимо) с постоянной времени ( vspng) 1 сек. Существенно, что в этом случае ( который мы далее будем называть случаем слабого возбуждения) с исчезновением свободных пар связаны две независимые постоянные времени.  [38]

У большинства полупроводников концентрация свободных электронов на несколько порядков ниже числа свободных уровней.  [39]

В отдельных металлах концентрация свободных электронов может быть очень различной. Кроме того, должны проявляться индивидуальные особенности нейтральных и положительных атомов, заполняющих узлы пространственной решетки. Поэтому наряду с общими свойствами каждый металл имеет и собственные, характерные для него.  [41]

В результате этого концентрация свободных электронов в металле увеличивается и он заряжается отрицательно относительно раствора. Это приводит к уменьшению концентрации электронов в металле, и он заряжается положительно относительно раствора. Вообще говоря, количество осаждаемых или растворяемых ионов чрезвычайно мало, и оба процесса практически прекращаются, когда возникает разность потенциалов, препятствующая их протеканию. Если металл М имеет отрицательный потенциал, то скорость его ионизации уменьшается; в то же время скорость разряда ионов возрастает.  [42]

Рассмотрим температурную зависимость концентрации свободных электронов. В соответствии с принципом Паули2, при температуре Т О К электроны располагаются по два на каждый уровень, начиная с самого нижнего до самого высокого, определяемого числом свободных электронов. В этом случае электронный газ полностью вырожден. Уровень, который отделяет полностью заполненные уровни от полностью незаполненн

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 более 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.

Если упростить диаграмму, чтобы избавиться от «кусочков» магния, у вас останется такая ситуация:

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 оторвавшиеся 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 некоторые числа 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 какая-то 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:

.

Влияние концентрации на скорость реакции

Предположим, что в любой момент времени 1 из миллиона частиц имеет достаточно энергии, чтобы равняться или превышать энергию активации. Если бы у вас было 100 миллионов частиц, 100 из них отреагировали бы. Если бы у вас было 200 миллионов частиц в том же объеме, 200 из них теперь отреагировали бы. Скорость реакции увеличилась вдвое за счет удвоения концентрации.

 

Случаи, когда изменение концентрации не влияет на скорость реакции

На первый взгляд это очень удивительно!

Где катализатор уже работает с максимальной скоростью

Предположим, вы используете небольшое количество твердого катализатора в реакции и достаточно высокую концентрацию реагента в растворе, чтобы поверхность катализатора была полностью забита реагирующими частицами.

Еще большее увеличение концентрации раствора не может иметь никакого эффекта, потому что катализатор уже работает на максимальной мощности.

В некоторых многоступенчатых реакциях

Это наиболее важный эффект с точки зрения A 'уровня. Предположим, у вас есть реакция, которая происходит в несколько небольших шагов. Эти шаги, вероятно, будут иметь самые разные скорости - некоторые быстро, некоторые медленно.

Например, предположим, что два реагента A и B взаимодействуют вместе на этих двух стадиях:

Общая скорость реакции будет зависеть от того, насколько быстро A расщепляется с образованием X и Y.Это описывается как этап определения скорости реакции.

Если вы увеличите концентрацию A , вы увеличите вероятность того, что этот шаг произойдет по причинам, которые мы рассмотрели выше.

Если вы увеличите концентрацию B , это, несомненно, ускорит второй этап, но это почти не повлияет на общую скорость. Вы можете представить себе, что второй шаг уже происходит так быстро, что как только образуется любой X, его немедленно набрасывает B .Эта вторая реакция уже «ждет», когда случится первая.

.

Тепловое возбуждение - обзор

1.2.2.1 Настройка ширины запрещенной зоны

Тепловое возбуждение неосновных носителей при высоком значении T может увеличить общее n и привести к снижению ZT , вызванному уменьшением S и улучшение κ e , в соответствии с уравнениями. (1.3) и (1.5). Теоретические [104,105] и экспериментальные [87,106] исследования согласились, что полупроводники E g могут быть эффективно настроены с помощью легирования, а увеличенные E g могут сдвигать температуру теплового возбуждения неосновного заряда. носителей в более высокий температурный диапазон для подавления неосновных носителей [1].Например, путем легирования Cd [107] можно увеличить E g PbTe, что сдвигает температуру теплового возбуждения неосновных носителей заряда в более высокий температурный диапазон и стабилизирует n легированного PbTe при высокий T , что приводит к более медленной деградации S , а также к более низкому κ e . Следовательно, высокое значение ZT 1,7 может быть достигнуто при 775 К [107].

Меньшие носители заряда могут также действовать как теплоносители, вызывая биполярную теплопроводность ( κ

.

Смотрите также