Реферат на тему свойство и применение

Обновлено: 05.07.2024

Начиная с конца 1950-х гг., кремний становится ведущим полупроводниковым материалом благодаря успешному развитию методов зонной плавки для очистки полупроводников. По распространенности он второй элемент после кислорода. Кремний является основным компонентом ИС, транзисторов.

Содержание

Введение
1. Кремний
2. Получение кремния для подложек интегральных схем
3. Физические и химические свойства
4. Физика и химия полупроводников
5. Применение кремния в современной микроэлектронике
Заключение
Список использованных источников

Введение

“…Кремний вырисовывается в мироздании как, элемент, обладающий исключительным значением”, – В. И. Вернадский.

Чистый кремний (примесей может быть меньше 10%) — важнейший полупроводник, основа современной микроэлектроники, так как обладает уникальными свойствами: кремний технологичен, инертен в обычных условиях, выдерживает высокие температуры, сопровождающие процесс изготовления приборов и интегральных схем. Для создания диэлектрических слоев нет необходимости специально искать диэлектрические материалы – собственный окисел SiO 2 , формируемый на кремнии, выполняет Изолирующие и маскирующие функции. Его запасы практически безграничны.

1. Кремний

Кремний (лат. Silicium)

Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086. В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28 Si (92,27%), 29 Si (4,68%) и 30 Si (3,05%).

Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма – соединений на основе кремния SiO₂ (около 12 % массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния – это песок, кварц, полевые шпаты. Вторую по распространенности в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Кремний никогда не встречается в свободном состоянии в виде простого вещества, он всегда связан с кислородом и, за несколькими исключениями, всегда имеет координационное число 4. Структурные единицы могут существовать в виде отдельных частиц или соединяться, образуя цепи, ленты, кольца, слои или трехмерные каркасы

2. Получение кремния для подложек ИС

Существуют поли- и монокристаллы кремния. Поликристалл состоит из множества монокристаллических зёрен с разной ориентацией, тесно примыкающих друг к другу. В поликристалле отсутствует регулярность структуры (анизотропия свойств). Монокристалл кремния представляет собой сплошную упорядоченную структуру с анизотропными свойствами (анизотропные свойства – это зависимость электрических, механических и химических свойств от направления кристаллической решётки).

Технология изготовления монокристаллов полупроводникового кремния состоит из следующих этапов:

Получение технического кремния;
Превращение кремния в легколетучее соединение, которое после очистки может быть легко восстановлено;
Очистки и восстановления соединения, получения кремния в виде поликристаллических стержней;
Конечной очистки кремния методом кристаллизации;
Выращивания легированных монокристаллов кремния.

Сырьем для получения кремния служит чистый диоксид кремния, который восстанавливают углеродом в печах при температуре около 1700 °С. Однако чаще кремний получают в виде сплава с железом (ферросилиций) или магнием. Ввиду того, что очи-стка технического кремния очень сложна, его обычно переводят в легколе-тучие производные (SiCl₄; SiHCl₃, SiH₄), которые подвергают глубокой ректификационной очистке. Из указанных соединений получают кремний сырец. Соответственно существуют три способа его получения.

В печи происходит ряд промежуточных реакций. Результирующая реакция может быть представлена в виде

SiC_(тв) + SiO_2(тв)→Si_(тв) + SiO_2(газ) + CO_(газ)

Технический кремний содержит 98. . .99% Si, 1. . .2% Fe, Au, B, P, Ca, Cr, Mg, Ni, Ti, V, Zn и др.

Современная технология производства поликристаллического кремния основана на процессе водородного восстановления трихлорсилана, восстановления тетрахлорида кремния цинком и пиролиза моносилана. Большую часть кремния (около 80%) получают путём водородного восстановления трихлорсилана (ТХС). Достоинства этого процесса – лёгкость и экономичность ТХС, эффективность очистки ТХС, высокое извлечение и большая скорость охлаждения кремния (извлечение кремния при использовании тетрахлорида кремния составляет 15%, а ТХС – не менее 30%), меньшая себестоимость продукции. ТХС обычно добывают путём гидрохлорирования кремния: взаимодействиятехнического кремния с хлористым водородом или со смесью газов, содержащих хлористый водород, при температуре 260…400ºС. ТХС содержит большое количество примесей, очистка от которых представляет сложную задачу.

Технически и экономически конкурентоспособным по сравнению с рассмотренным является метод получения поликристаллического кремния путём разложения силана SiH₄ высокой частоты. Путём сплавления технического кремния и магния в водороде при 550 ºС получают силицид магния Mg₂Si, который затем разлагают хлоридом аммония по реакции Mg₂Si + 4NH₄Cl → SiH₄ +2MgCl₂ + 4NH₃ в среде жидкого аммиака при температуре 30 ºС. Отделяемый моносилан далее поступает на ректификационную очистку, в результате которой содержание примесей снижается до уровня менее 10 -8 …10 -7 %.

Очищенный ТХС восстанавливают и в результате получают поликристаллический кремний в атмосфере водорода на поверхности разогретых кремниевых стержней – основа диаметром 4. . .8 мм (иногда 30 мм):

Нужна помощь в написании реферата?

SiHCl_3(г) + H_2(г) → Si_(г) + 3HCl_(г)

Получение поликристаллических стержней кремния путем термического разложения моносилана SiH₄ производится по аналогичной методике при температурах 1000 °С. Образующийся при разложении водород SiH_4(Г) → Si_(T) + 2Н_2(Г) обладает высокой степенью чистоты и используется в сопутствующем производстве. В результате поликремний обладает более высокой степенью чистоты, чем кремний, получаемый восстановлением ТХС.

Далее методом Чохральского получают монокристаллы кремния, из которых основная часть используется для производства интегральных микросхем; незначительная часть (около 2%) идет на изготовление солнечных элементов. Метод эффективен для изготовления приборов, не требующих высоких значений удельного сопротивления (до 25 Ом · см) из-за загрязнения кремния кислородом и другими примесями.

3. Физические и химические свойства

Физические свойства кремния

Кремний, как и германий, образует твёрдые ковалентные кристаллы со структурой алмаза. Температура плавления кремния 1421 ºС. Постоянная решётки а = 0,543 нм, плотность кристаллов 2320 кг/м 3 . Кремний значительно легче германия, а также несколько темнее и прочнее. Подвижность электронов и дырок в монокристаллическом кремнии при комнатной температуре составляет μ_n=1500 см 2 /В с; μ_p=480 см 2 /В с. Как и в германии, в кремнии существуют два типа дырок: лёгкие с m_л* = 0,16m и тяжёлых m_т*=0,49m. Ввиду сравнительно большого значения ширины запрещённой зоны, удельное сопротивление чистого кремния, обладающего собственной проводимостью, составляет около 10 5 ом см. Такой кремний должен содержать примесей не более чем 10 8 см -3 .

Кремний является пьезоэлементом, и для него характерен как прямой, так и обратный пьезоэффект.

Прямой пьезоэффект – это процесс образования равных, но противоположных по знаку электрических зарядов на противоположных гранях некоторых кристаллических тел, называемых пьезоэлектриками, при давлении на эти тела.

Обратный пьезоэффект – это процесс сжатия или расширения пьезоэлектрика под действием электрического поля в зависимости от направления вектора напряженности поля. На этом физическом явление основан принцип работы кварцевых часов, кварцевый резонатор и др.

Химические свойства кремния

При комнатной температуре кристаллический кремний обладает малой реакционной способностью и реагирует только со фтором:

Взаимодействие с другими элементами, в том числе с кислородом и галогенами, протекает только при нагревании до 500-600 ºС:

Нужна помощь в написании реферата?

Si + 2Cl₂ = SiCl_4.

Образование диоксида SiO₂ является экзотермической реакцией и сопровождается выделением значительного количества теплоты:

Si + O₂ = SiO₂; ΔHº = -911 кДж

Кремний при высоких температурах обладает большим сродством к кислороду и к кислородсодержащим соединениям проявляет сильные восстановительные свойства. Например:

2H₂O_(г) + Si_(кр) = SiO_2(кр) + 2H_2(г), ΔHº = -427 кДж, ΔSº = -98 Дж/K,

Кремний по отношению к оксидам – гораздо более сильный восстановитель, чем водород.

С водными растворами обычных кислот кремний не реагирует, а кислоты-окислители пассивируют его, поскольку слой диоксида кремния не растворяется в кислотах. Однако кремний реагирует со смесью азотной и плавиковой кислот, так как согласно по принципу Пирсона объединяет “жёсткую” кислоту (Si 4+ ) и “жёсткое” основание (F — ).

2H₂O + Si = SiO₂ + 2H₂↑

В более концентрированных щелочах при pH = 11 – 14 происходит растворение SiO₂ и реакция идёт иначе:

4. Физика и химия кремния

Если полупроводник n-типа на основе Si соединить с полупроводником р-типа, то образующийся p-n-переход имеет общий уровень Ферми: электроны начинают переходить от п- к р-образцу, а дырки в обратную сторону, и таким образом из-за пространственного разделения зарядов возникает разность потенциалов V₀. следовательно, р-п-переход может действовать как диод для выпрямления переменного тока, так как ток в одном направлении проходит легче, чем в другом. На практике большие p-n-переходы могут достигать 10 мм 2 , в то время как в интегральных схемах их площадь не превышает 10 мм 2 (т.е. квадрат со стороной 10 мкм).

Нужна помощь в написании реферата?

Транзистор, или n-p-n-переход состоит из двух частей n-полупроводника на основе Si, разделенных тонким слоем слабого р-полупроводника. Если эмиттер смещен на небольшой потенциал в прямом направлении, а коллектор на больший потенциал в обратном направлении, это устройство работает как триод-усилитель.

Промышленное производство мельчайших, устойчивых в работе транзисторов на основе монокристаллов — это триумф методов твердотельного химического синтеза.

Маленькую пластинку монокристаллического кремния n-типа окисляют путем нагревания в О₂ или парах Н₂О, при этом на поверхности образуется тонкий слой SiO₂.
Этот оксидный слой покрывают фоточувствительной пленкой, называемой фоторезистом.
На фоторезист помещают маску и подвергают его облучению ультрафиолетом, при этом облучению подвергается только открытая часть фоторезиста; облученный фоторезист затем удаляют действием кислоты, в результате остается требуемая часть прочного оксидного покрытия.
Незащищенные участки Si подвергают травлению плавиковой кислотой (HF), оставшийся фоторезист также удаляется.
Поверхность обрабатывают парами элемента 13-й группы, примесные атомы диффундируют в незащищенные участки и образуют слой Si р-типа.
Стадии 1-5 повторяют с другой маской, и новые участки обрабатывают парами элемента 15-й группы, при этом образуется слой Si n-типа.
Наконец, поверхность подвергается повторному окислению с новой маской и затем повторному травлению, на образующиеся открытые участки осаждают металл, чтобы соединить п- и р-участки в интегральную схему.

Этим методом можно производить невероятно маленькие p-n-диоды и n-p-n-транзисторы. Например, в запоминающих устройствах компьютеров микрочип может хранить свыше 10 5 бит информации.

5. Применение кремния в современной микроэлектронике

Кремний основной материал современной электронной техники. Он идёт на изготовление практически всех существующих в настоящее время полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров, диодов и др.) и изделий микроэлектроники – интегральных устройств. Интегральные микросхемы (ИМС) – основное изделие в использовании кремния в настоящее время. Кремниевые ИМС и микропроцессоры являются основными компонентами вычислительной техники и автоматики. Кремний активно используется в солнечных батареях, непосредственно трансформирующих излучение солнца в электричество. Так же используется в кварцевых резонаторах, кварцевых часах и во многих других приборах.

Список использованных источников

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №225 Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

Школа БИОТОП Лаборатории непрерывного математического образования

Медь: ее свойства, значение и применение

Краткая характеристика меди стр. 4

Производство меди стр. 4

Применение меди стр. 4

Биологмческое значение меди стр. 5

Заключение стр. 6

Библиография стр. 7

Медь – один из главных и широко распространенных химических элементов. Это металл, который обладает ценными свойствами и благодаря этому активно используется в разных областях. Именно этот элемент одним из первых обнаружили и начали применять для своих целей первобытные люди, так как он встречается в виде самородков, которые можно добыть с помощью примитивных орудий, либо относительно легко выплавить из руды.

Медь также является важной составляющей многих сплавов – бронза, латунь (медь с цинком), мельхиор (медь с никелем). Первой бронзой был сплав меди с мышьяком, но при переплавке ядовитый мышьяк испарялся, что сказывалось на здоровье кузнецов. Даже бог-кузнец Гефест в мифах изображался хромым. В дальнейшем мышьяк заменили на олово.

В древности медь и ее сплавы использовались при производстве оружия, а также некоторых предметов быта. По мере развития человечества из нее стали отливать более сложные предметы – артиллерийские орудия, колокола, статуи. В наше время спектр применения этого металла еще более широк.

Медь также содержится и в живых организмах и является необходимым веществом для протекания многих жизненно-важных процессов и реакций.

В этом реферате я хотела бы рассмотреть подробно вопросы производства и применения меди в современном мире и ее биологического значения.

Краткая характеристика меди

Медь – это элемент 11-й группы периодической системы Менделеева с атомным номером 29. Обозначают символом Cu (Cuprum). Это пластичный металл золотисто-розового цвета, который на воздухе покрывается оксидной пленкой (патиной). Пленка на просвет имеет зеленовато-голубой цвет. Патина бывает естественной, образующейся под воздействием окружающей среды, и искусственной, создаваемой с помощью кислот или других окислителей, с целью придания предметам старинного вида.

Медь образует кубическую решетку. Модель представляет из себя куб из восьми атомов в углах и шести атомов, расположенных в центре шести граней. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Температура плавления меди – 1084 градуса по Цельсию, а кипит она при температуре 2600 градусов по Цельсию.

Производство меди

В наши дни медь получают из медных руд и минералов путем электролиза, а также при помощи пирометаллургии и гидрометаллургии. Электролиз проходит в ваннах, где анод – это медь огневого рафинирования, а катод – тонкие листы чистой меди. Электролит – раствор серной кислоты с медным купоросом. В ходе электролиза происходит повышение концентрации серной кислоты, под воздействием постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор и осаждается на катодах.

Пирометаллургичесикй способ представляет собой несколько этапов – обогащение, обжиг, плавку и рафинирование. Гидрометталургический способ – это выщелачивание меди слабым раствором серной кислоты и ее выделение из раствора.

Применение меди

Медь является хорошим проводником, поэтому она используется для изготовления проводов и кабелей. Здесь нужна чистая медь, так как примеси резко снижают электрическую проводимость. Благодаря высокой теплопроводности медь используется в разных теплообменниках и теплоотводных устройствах: радиаторах, компьютерных кулерах и пр. Благодаря прочности и пригодности к механической обработке медь и ее сплавы также применяются в производстве труб.

Наряду с чистой медью, широко используются и ее сплавы. Инструменты и детали из этих материалов не создают искр, поэтому применяются на огнеопасных и взрывоопасных производствах.

Медь широко используется в архитектуре (медные крыши, кровли и фасады служат до 100-150 лет) и при производстве памятников; для производства медных духовых инструментов (трубы, валторны, саксофоны, тромбоны и корнеты); для производства бытовой посуды (медные тазы и сковороды), а также столовых приборов – мельхиор, сплав меди и никеля, иногда называют немецким серебром.

Биологическое значение меди

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% находится в мышцах, а еще 10% - в печени. 1

Медь входит в состав многих ферментов, участвует в метаболизме железа, повышает усвоение белков и углеводов, участвует в образовании гемоглобина и созревании эритроцитов, то есть необходима для снабжения организма кислородом. Медь также поддерживает эластичность стенок кровеносных сосудов и кожи, обладает противовспалительным действием.

Белок гемоцианин, переносящий кислород у членистоногих и моллюсков, также содержит медь. Кровь у моллюсков голубая и благодаря меди, и из-за строения самого белка.

Недавно ученые установили, что в тех водоемах, где имеется медь, карпы вырастают особенно крупными. Там, где ее нет, развивается вредоносный для этих рыб грибок. 2

1 Спектор А.А. Увлекательная наука химия, - Москва, АСТ, 2017 - стр. 73

2 Спектор А.А. Увлекательная наука химия, - Москва, АСТ, 2017 - стр. 73

Несмотря на то, что медь была одним из самых первых открытых человеком металлов, масштабы и способы ее потребления только возрастают. Благодаря развитию науки и прогрессу, ученые открывают все новые свойства металла и, соответственно, новые области его применения.

Мне кажется, что применение этого металла в производственных сферах человечеством изучено подробно, тогда как ее роль в физиологических и биологических процессах, происходящих в организмах, еще только предстоит исследовать в полной мере.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Доклад по труду

Металлы и их применение

Нахождение в природе

Характеристика группы элементов

Физические свойства металлов

5.1. Черные металлы

5.2. Цветные металлы

Значение навыков выделения металлов

9.1. Общее применение металлов

Интересное о металлах и сплавах

Металлы и их применение

МЕТАЛЛЫ (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

В периодической системе Д. И. Менделеева из 118 элементов 87 являются металлами.

Они имеют решающее значение для нашего образа жизни, так как не только являются частью структур и технологий, но и важны для производства почти всех предметов.

Металл есть даже в человеческом теле. Такие элементы, как натрий, кальций, магний и цинк, необходимы для жизни, и, если они отсутствуют в наших телах, наше здоровье может быть в серьезной опасности. Например, кальций необходим для здоровых костей, магний — для метаболизма. Цинк усиливает функцию иммунной системы, а железо помогает клеткам крови переносить кислород по всему телу. Однако металлы в наших телах отличаются от металла в ложке или стальном мосте тем, что они потеряли электроны. Они называются катионами.

Металлы также обладают антибиотическими свойствами, поэтому перила и ручки в общественных местах часто изготавливаются из этих элементов. Известно, что многие инструменты делаются из серебра для предотвращения размножения бактерий. Искусственные суставы изготавливаются из титановых сплавов, которые одновременно предотвращают заражение и делают реципиентов сильнее.

2. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия . Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным (благородным) металлам . Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде и в живых организмах (играя при этом важную роль).

Известно, что организм человека на 3 % состоит из металлов. Больше всего в организме кальция (в костях) и натрия, выступающего в роли электролита в межклеточной жидкости и цитоплазме. Магний накапливается в мышцах и нервной системе, медь — в печени, железо — в крови.

3. ХАРАКТЕРИСТКА ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТОВ

Под металлами понимают совокупность неорганических химических веществ, обладающих характерными свойствами. Как правило, они включают следующее:

пластичность, относительная легкость механической обработки;

сравнительно высокая температура плавления;

роль восстановителя в реакциях;

низкая способностью к ионизации;

Разумеется, не все элементы этой группы обладают всеми этими свойствами, например, ртуть при комнатной температуре жидкая, галлий плавится от тепла человеческих рук, а висмут вряд ли можно назвать пластичным.

4. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Так, некоторые щелочные металлы легко режутся кухонным ножом, а такие металлы, как ванадий, вольфрам и хром легко царапают самую твёрдую сталь и стекло.

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Гладкая поверхность металлов отражает большой процент света — это явление называется металлическим блеском. Однако в порошкообразном состоянии большинство металлов теряют свой блеск; алюминий и магний, тем не менее, сохраняют свой блеск и в порошке. Наиболее хорошо отражают свет алюминий, серебро и палладий — из этих металлов изготовляют зеркала. Для изготовления зеркал иногда применяется и родий, несмотря на его исключительно высокую цену: благодаря значительно большей, чем у серебра или даже палладия, твёрдости и химической стойкости, родиевый слой может быть значительно тоньше, чем серебряный.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

5. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

Металлы делятся на две большие группы: черные и цветные металлы. Причем цветные металлы в свою очередь делятся на следующие группы: тяжелые, легкие, благородные или драгоценные, тугоплавкие, рассеянные, редкоземельные, радиоактивные.

5.1. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

По сути, черные металлы — это сплав железа с углеродом, но помимо этого в составе есть и другие химические элементы, например сера, фосфор, кремний др. Существуют следующие сплавы:

Чугун . Различные химические элементы прямым образом влияют на свойства изделия. Так, сера с фосфором повышают хрупкость, а хромовые и никелевые присадки делают чугун более жаростойким и устойчивым к коррозии.

Сталь . Отличается от чугуна высокой пластичностью, а также высокими технологическими показателями.

5.2. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Цветными металлами являются:

золото, серебро, платина (драгоценные (благородные) металлы);

медь, олово, свинец, цинк, кобальт, никель, ртуть, кадмий (тяжелые);

алюминий, титан, магний, литий, бериллий (легкие);

ниобий, молибден, цирконий, хром, вольфрам (тугоплавкие);

индий, галлий, таллий (рассеянные);

скандий, иттрий и все лантаноиды (редкоземельные);

радий, технеций, актиний, полоний, торий, франций, уран и трансурановые элементы (радиоактивные).

1. ДРАГОЦЕННЫЕ (БЛАГОРОДНЫЕ) МЕТАЛЛЫ представляют собой металлы, которые могут быть редкими или трудно добываемыми, а также экономически очень ценными.

Платина . Несмотря на свою тугоплавкость, она используется в ювелирных изделиях, электронике, автомобилях, в химических процессах и даже в медицине.

Золото . Этот драгоценный металл используется для изготовления ювелирных изделий и золотых монет. Однако он имеет много других применений. Он используется в медицине, производстве и лабораторном оборудовании.

Серебро . Этот благородный металл серебристо-белого цвета является очень ковким. в чистом виде является достаточно тяжелым, оно легче свинца, но тяжелее меди.

2. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Тяжелые металлы представляют собой металлические, встречающиеся в природе соединения, которые имеют очень высокую плотность по сравнению с другими металлами — по меньшей мере, они в пять раз больше плотности воды. Они токсичны для людей. Даже небольшие дозы могут привести к серьезным последствиям.

О самых опасных чуть подробнее:

Свинец . Это тяжелый металл, являющийся токсичным для людей, особенно для детей. Отравление этим веществом может привести к проблемам неврологического характера. Несмотря на то что когда-то он был весьма привлекательным из-за его гибкости, высокой плотности и способности поглощать вредное излучение, свинец был выведен из употребления по многим направлениям. Этот мягкий серебристый металл, который встречается на Земле, является опасным для людей и накапливается в организме в течение долгого времени. Самое страшное, что от него нельзя избавиться. Он сидит там, накапливается и постепенно отравляет тело. Свинец токсичен для нервной системы и может вызвать серьезное повреждение головного мозга у детей. Он широко использовался в 1800-х годах для создания макияжа и вплоть до 1978 года использовался в качестве одного из ингредиентов в краске для волос. Сегодня свинец используется в основном в больших батареях, в качестве экранов для рентгеновских лучей или изоляции для радиоактивного материала.

Медь . Это красновато-коричневый тяжелый металл, у которого есть множество применений. Медь по-прежнему является одним из лучших проводников электричества и тепла, и многие электрические провода сделаны из этого металла и покрыты пластиком. Монеты, в основном мелочь, также делают из этого элемента периодической системы. Острые отравления медью встречаются редко, но, как и свинец, она может накапливаться в тканях, что в конечном итоге приводит к токсичности. Люди, которые подвергаются воздействию большим количеством меди или медной пыли, также находятся в зоне риска.

3. ЛЕГКИМИ МЕТАЛЛАМИ называют металлы с небольшой плотностью.

Самый легкий металл в мире — литий . При комнатной температуре его плотность является самой низкой. Благодаря маленькой плотности он всплывает в воде и керосине. Литий содержится в морской воде и верхней континентальной коре.

При нормальных условиях литий представляет пластичный ковкий серебристый металл, настолько мягкий, что его можно разрезать ножом. Плавится при температуре 181°C. Он токсичен и активно взаимодействует с окружающей средой, поэтому не используется в чистом виде.

Алюминий имеет серебристо-белый цвет, обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. Способен образовывать сплавы практически с любым металлом. Чаще всего используется вместе с магнием и медью. Многие его сплавы прочнее, чем сталь.

Алюминий слабо поддается коррозийным разрушениям благодаря образованию оксидных пленок. Он закипает при температуре 2500°C. Является слабым парамагнетиком. В природе металл содержится в виде соединений, его самородки встречаются исключительно редко в жерлах некоторых вулканов.

Магний . Что касается магния, то этот металл наделен, наоборот, весьма низкой пластичностью. Это сказывается на неудовлетворительной свариваемости. При этом магний легко поддается резанию, хотя механические свойства этого металла имеют низкий показатель. Как следствие — использование магния как конструкционного материала бывает затрудненным.

Магний обладает:

высокой температурой плавления;

способностью образовывать гидроокись при взаимодействии с влагой;

способностью образовывать сплавы (при этом механические показатели магния усиливаются, что существенно расширяет сферу его использования).

Титан является невзаимодействующим и используется как плакирующий материал в строительстве химических установок. Он отличается высокой устойчивостью против коррозии, окисляющих водных коррозионных сред. Высокая антикоррозийность образуется вследствие очень стабильного пассивированного оксидного слоя, который может быстро образоваться при слабых средствах окисления. Титановые сплавы отличаются высокой прочностью, прежде всего высокой жаропрочностью.

Бериллий имеет в 1,5 раза большую жесткость, чем сталь. Тормозные диски из бериллий вследствие высокой теплоемкости при одинаковых условиях остаются существенно более холодными, чем диски из стали.

В строительстве реакторов бериллий имеет значение из-за нейтронной проницаемости.
Бериллиевые окна применяются в рентгенотехнике и рентгеноаналитике, так как они поглощают лишь малое ионизирующее излучение. Как легирующий материал бериллий используется в медных материалах для изготовления высокообжигаемых литейных и деформируемых сплавов. Для материалов с бериллием, однако, установлены четкие границы применяемости из-за его вреда здоровью и окружающей среде. Бериллиевая пыль чрезвычайно ядовита и ведет к заболеваниям легких и кожным повреждениям.

4. ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204°C. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422°C.

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа — 1539°C. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

5. РАССЕЯННЫЕ МЕТАЛЛЫ — это техническое название некоторых редких металлов, встречающиеся главным образом в виде примеси в различных минералах и извлекаемых попутно из руд других металлов или полезных ископаемых (углей, солей, фосфоритов и пр.). Рассеянные металлы даже при высоком содержании в земной коре, самостоятельных минералов, как правило, не образуют. Свойства редких металлов весьма разнообразны и необычайно ценны. Главным образом рассеянные металлы используют в сплавах с цветными металлами и используются в металлургии, химической и атомной промышленности, медицине, электротехнике.

6. РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ — это сравнительно небольшая группа элементов, которая насчитывает всего 17 представителей. Все они представлены веществами серебристо-белого цвета.

А к 1907 году было обнаружено уже 14 таких элементов.

Данные элементы используются в совершенно различных отраслях. Например, их широко применяют в стекольной промышленности. Во-первых, они повышают светопрозрачность стекла. Во-вторых, эти металлы используются для производства стекла специального назначения — стекла, поглощающие ультрафиолетовые лучи или пропускающие инфракрасные излечения. С помощь редкоземельных веществ производят жаростойкие стекла.

В нефтепереработке эти элементы выступают в роли катализаторов. Их используют также в химической промышленности для производства высококачественных красок, лаков и пигментов.

7. РАДИОАКТИВНЫЕ МЕТАЛЛЫ — это металлы, которые самопроизвольно излучают поток элементарных частиц во внешнюю среду. Этот процесс называют альфа(α), бета(β), гамма(γ) излучением или просто радиоактивным излучением .

Все радиоактивные металлы со временем распадаются и превращаются в стабильные элементы (иногда проходя целую цепочку превращений). У разных элементов радиоактивный распад может длиться от нескольких миллисекунд до нескольких тысяч лет.

Жидкие кристаллы — это не определённый вид вещества, а комплексное определение состояния некоторых тел. Это значит, что определённые вещества могут при соблюдении условий вести себя и как жидкости, и как твёрдые тела. При написании реферата о жидких кристаллах и их применении можно более глубоко изучить особенности и уникальные свойства этого материала.

Что такое текучие материалы

Примерно до конца XIX века считалось, что существует два вида веществ — с твёрдой структурой тела и с текучей. Но в 1888 году был обнаружен ряд странных свойств у холестерилбензоата. Позже, общую закономерность в свойствах некоторых тел обнаружил немецкий физик Отто Леман, экспериментируя со своим проектом. По сути, он и открыл возможность веществ иметь разные свойства в разных состояниях.

Если кратко, то жидкокристаллическое состояние выражается в одновременной текучести и вместе с тем, упорядоченным расположением молекул. Однако, жёсткой кристаллической решётки в таких телах нет. Одно из ключевых свойств жидких кристаллов — ориентированный порядок расположения молекул.

В разных фазах и у различных веществ это расположение тоже может меняться. Таким образом, достигается гибкость разработки и широкий спектр применения жидких кристаллов в медицине, промышленности, бытовой технике и электронике.

Виды и категории

Иерархия фаз ЖК сложна и немного запутана. Существует две больших группы:

Лиотропные — двух или более компонентные вещества. Текучее состояние в такой среде обеспечивает какой-либо из видов растворителей, например, вода. А упорядоченность молекул и твёрдое состояние гарантируют свойства основного элемента.

Термотропные в общем случае образуются при нагревании вещества. Они, в свою очередь, могут быть представителями одного из подклассов:

нематические;
смектические;
холестерические.

Нематические не имеют жёсткого порядка в строении молекул. Тем не менее, молекулы всегда направлены своими острыми частями в одну сторону и непрерывно скользят вдоль своей длинной оси. По сути, они ведут себя как обычные жидкости.

Смектические ЖК имеют слои, которые могут перемещаться относительно друг друга. Толщина одного слоя равна длине молекул. Такая техника построения молекул придаёт большую вязкость и более высокую плотность, чем у нематической группы. Стоит отметить, что смектические кристаллы делятся ещё на три категории: A, B и С.

Холестерические жидкие кристаллы, как можно понять из названия, содержит в себе производные холестерина, помимо других веществ. Но, по сути, этот тип представляет собой нематические материалы. Только их молекулы расположены таким образом, что представляют собой спирали, которые очень остро реагируют на любое изменение температуры. При этом меняется окрас самого вещества. Эту биологическую функцию можно использовать в медицинских целях, а также там, где необходимо оперативно реагировать на изменения температуры.

Свойства и характеристики

Не менее интересны и тема оптических свойств. Проходя через некоторые виды жидких материалов, свет работает так же, как и в твёрдых. То есть расщепляется на два — необыкновенный и обыкновенный. Направление поляризации первого совпадает с направлением оптической оси кристалла, а второго — перпендикулярно ему. При правильном использовании этой особенности можно с помощью внешних воздействий управлять переходом света через материал.

Области применения

Различные свойства и характеристики ЖК позволяют использовать их практически во всех отраслях. Оптические способности активно используются в производстве целой гаммы приборов — от микроскопов до больших экранов мониторов. Природа прохождения лучей через ЖК позволяет управлять ими буквально с любой микросхемы. А малое потребление гарантирует максимальную экономичность. В отличие от плазменных экранов, ЖК-мониторы имеют более сочную картинку и долговечность.

Особенность кристаллов быстро реагировать на малейшее изменение температуры нашла своё практическое применение в медицине. Например, белый свет, проходя через ЖК разлагается в спектр, который будет неоднородным при разных температурах. И по лучам можно определить точную степень изменения температуры тела. Собственно, это же открытие применяется и для контроля за нагревом различных материалов в самых разных отраслях.

Перспективы жидких кристаллов

Несомненно, открытие уникальных новых свойств уже известных материалов позволило осуществить массу открытий в самых разных областях деятельности человека. Даже читая этот краткий доклад, пользователь, скорее всего, делает это с помощью жидких кристаллов, не подозревая об этом.

Несмотря на то что изучен большой пласт физических свойств элементов, учёные продолжают находить им всё новое применение, совершенствуя приборы и технологии. В журналах и газетах, специализирующихся на химии, физике и прочих естественных науках, продолжают публиковаться всё новые и новые достижения в области материалов с двумя агрегатными состояниями.

Читайте также: