Il raggio cadde sul cristallo. Esperienza di chimica divertente a casa

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Passiamo alla realizzazione del semiconduttore. Una volta che ci sei già riuscito - esperienzaquando hai trasformato un cucchiaio di alluminio in un raddrizzatore. Ora l'esperienza non è meno interessante e con spiegazioni teoriche. È meglio metterlo in un circolo di chimica o in un laboratorio scolastico, e non perché l'esperienza sia pericolosa: molto probabilmente non hai le sostanze necessarie a casa.

Prima esperienza preliminare. Preparare una soluzione di nitrato di piombo o acetato e farvi passare l'idrogeno solforato (lavorare sotto tiraggio!). Asciugare il solfuro di piombo PbS precipitato e controllare come conduce l'elettricità. Si scopre che questo è l'isolante più comune. E i semiconduttori?

Non affrettiamoci alle conclusioni, ma mettiamo il seguente esperimento di base. Per lui, dovrai preparare quantità uguali, diciamo, 15 ml, di una soluzione al 3% di tiocarbamide NH₂C(S)NH₂ e soluzione al 6% di acetato di piombo. Versare entrambe le soluzioni in un bicchierino. Utilizzando una pinzetta, posizionare una lastra di vetro nella soluzione e tenerla verticalmente (o fissarla in questa posizione). Indossando guanti di gomma, versare nel bicchiere quasi fino al bordo (con attenzione!) una soluzione concentrata di soda caustica e mescolare con molta attenzione con una bacchetta di vetro, cercando di non toccare la piastra. Riscaldare leggermente la soluzione fino alla comparsa del vapore; Continua a mescolare. Dopo circa dieci minuti, togliere con attenzione la lastra di vetro, lavarla sotto l'acqua corrente e asciugarla.

E in questo caso hai il solfuro di piombo, quindi qual è la differenza?

Nel secondo esperimento, la reazione procede lentamente e il precipitato non precipita immediatamente. Se hai guardato la soluzione, hai notato che all'inizio diventava torbida e diventava quasi come il latte, e solo allora si scuriva: questi composti intermedi, decomponendosi, formavano solfuro di piombo nero. E si deposita sul vetro sotto forma di una sottile pellicola nera, costituita da cristalli molto piccoli visibili solo al microscopio. Pertanto, il film appare molto liscio, quasi speculare.

Attacca due contatti elettrici al film e fai passare la corrente. Se il solfuro di piombo dell'esperimento precedente si comportava come un dielettrico, ora conduce corrente! Metti un amperometro nel circuito, misura la corrente e calcola la resistenza: sarà superiore a quella dei metalli, ma non così grande da servire da ostacolo al passaggio della corrente.

Porta una lampada accesa molto vicino al piatto e riaccendi la corrente. Scoprirai immediatamente che la resistenza al solfuro di piombo è diminuita drasticamente. Una pellicola nera si comporterà più o meno allo stesso modo se viene semplicemente riscaldata. Ma se la conduttività aumenta durante l'illuminazione e il riscaldamento, allora abbiamo a che fare con un semiconduttore!

Perché il solfuro di piombo ha questa proprietà? Abbiamo scritto la sua formula come PbS, ma la vera composizione dei cristalli di questa sostanza non corrisponde del tutto ad essa. Alcuni composti, incluso il solfuro di piombo, non obbediscono alla legge della composizione costante. E sono tutti semiconduttori. (Lo stesso vale, tra l'altro, anche per l'ossido di alluminio, che raddrizzava la corrente alternata.)

In un cristallo di PbS, l'ordine di disposizione delle particelle dovrebbe, a quanto pare, essere rigorosamente ripetuto. Ma spesso, a causa del fatto che le concentrazioni delle soluzioni da cui si ottengono i cristalli fluttuano, l'ordine viene interrotto. Si fa sentire l'influenza della temperatura e di altre cause esterne. Tuttavia, in un cristallo reale il rapporto tra atomi di zolfo e piombo non è esattamente 1:1. Le deviazioni da questo rapporto sono molto piccole, solo circa 0,0005. Ma questo è sufficiente affinché le proprietà cambino in modo significativo.

Gli atomi di piombo e di zolfo sono collegati in un cristallo da due elettroni: il piombo li dona allo zolfo. Ebbene, quando crolla il rapporto 1:1? Se non c'è un atomo di zolfo accanto all'atomo di piombo, gli elettroni saranno liberi e fungeranno da portatori di corrente. E questi casi non sono così pochi come potrebbe sembrare. Naturalmente, il rapporto 1,0005:1 è quasi uguale all'unità, ma se ricordi quanti atomi ci sono in un cristallo, questa piccola differenza non ti sembrerà più così banale.

La composizione del solfuro di piombo può essere regolata. Ciò è necessario per modificarne la conduttività. Quando ci sono più atomi di zolfo nel cristallo, la conduttività diminuisce, mentre quando ce ne sono meno si formano più elettroni liberi e la conduttività aumenta. In breve, modificando il rapporto tra atomi di zolfo e piombo, è possibile ottenere la conduttività richiesta. Questo esperimento non è di facile realizzazione; Se non osi condurre un esperimento, credimi sulla parola che funzionerà.

Prendi un tubo di quarzo e posiziona una barca con solfuro di piombo nel cielo. D'altra parte, inserisci la stessa barca con il piombo nel tubo e riscalda il tubo molto forte in modo che il piombo inizi ad evaporare. Il solfuro in questo caso assorbirà i vapori, si arricchirà di piombo e la sua conduttività elettrica aumenterà in modo significativo.

Resta solo da rispondere alla domanda sul perché il solfuro di piombo sia così sensibile alla luce. I quanti di luce impartiscono energia agli elettroni e, in ogni caso specifico, i raggi con una certa lunghezza d'onda sono i più efficaci. Per il solfuro di piombo, questa è la radiazione termica infrarossa. Ecco perché ti abbiamo consigliato di avvicinare la lampada al film.

A proposito, i ricevitori a infrarossi di solito usano un eccellente semiconduttore: il solfuro di piombo.

Autore: Olgin O.M.

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Lo studio degli scienziati ha coinvolto giovani laureati nelle università. Gli esperti hanno analizzato il loro comportamento e sentimenti prima di superare le prove d'esame, durante gli esami e dopo.

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