Радиотехника и электроника - Учебное пособие

Развитие радиотехники и электроники, вычислительной техники и электротехники требует решения множества задач только при комплексном использовании различных методов - физических, химических, технологических и др. В связи с этим возрастает роль химических знаний при подготовке специалистов в области микроэлектроники, конструирования и технологии производства радиоаппаратуры, электронным и электрическим приборам. Содержание пособия соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям «Проектирование и технология электронных средств» и «Электротехника, электромеханика и электротехнология» В первом разделе пособия представлена общетеоретическая база, включающая учение о строении атомов и молекул, термодинамику, скорость химических реакций и химическое равновесие. Во втором разделе пособия при описании кристаллического состояния вещества представлены сведения о полиморфных превращениях углерода, дано понятие о наноуглеродных трубках и способах их получения.Химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимается качественное изменение веществ, превращение одних веществ в другие. Таким образом, химия это наука, изучающая процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава, структуры и свойств, а также взаимные переходы между этими процессами и другими формами движения материи. Поскольку атомы не имеют результирующего электрического заряда, в каждом атоме содержится равное число электронов и протонов. Атомы одного и того же элемента, отличающиеся числом нейтронов, и, следовательно, массой, называются изотопами. Поскольку большинство элементов имеют атомы с различной массой, поэтому относительная атомная масса химического элемента есть безразмерная величина, равная отношению средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1/12 массы атома углерода.В соответствии с этой моделью атом рассматривался как облако положительно заряженных частиц с распыленными в нем электронами. На основании полученных данных и математических расчетов Резерфорд предложил следующее строение атома: с одной стороны ядро, состоящее из протонов и нейтронов, в котором сконцентрированы масса и положительные заряды; с другой стороны электроны, вращающиеся в периферийной зоне на значительном расстоянии от ядра. Существенным недостатком в теории Резерфорда явилось то, что она не могла объяснить причину устойчивости атомов, поскольку из его теории следует, что электрон, двигаясь по окружности, будет непрерывно терять энергию (в виде электромагнитных волн) непрерывно приближаясь к ядру. Бор разработал теорию строения атома водорода, используя модель Резерфорда и квантовый постулат Планка (1900 г.), который предложил теорию, основанную на предположении, что энергия не излучается атомами непрерывно, а испускается отдельными мельчайшими неделимыми порциями - квантами, величина которых зависит от частоты излучаемого света, а именно Е = hn, где Е - энергия кванта; h - постоянная Планка, равная 6,62·10-34 Дж·с; n - частота колебаний, равная отношению скорости света с к длине волны ? (n = с/?). Подставив значение l (длина волны электрона), можно определить значение rn - радиус внутренней орбиты атома.В 1812 году шведским ученым Берцелиусом была предложена электрохимическая теория химической связи, согласно которой все атомы обладают положительным и отрицательным полюсами, причем у одних атомов преобладает положительный полюс, а у других - отрицательный. Основные положения этой теории сводятся к тому, что все атомы в молекуле соединены друг с другом в определенной последовательности, что валентность атомов стремится к насыщению и определяется числом химических связей, что свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от их химического строения. Бутлеров предложил метод изображения молекул - структурные формулы - и показал, что атомы в молекуле могут влиять друг на друга. Он высказал предположение о том, что химическая связь имеет электрическую природу и возникает путем образования электронной пары, одновременно принадлежащей двум атомам. В том же 1916 году немецкий ученый Коссель предположил, что при взаимодействии двух атомов один из них отдает, а другой принимает электроны, при этом первый атом превращается в положительно заряженный, а второй - в отрицательно заряженный ионы.Это элементы второго периода и, следовательно, их валентные электроны распределяются по четырем орбиталям внешнего уровня: одной 2s и трем 2p: Поскольку у бора и углерода имеются энергетически близкие свободные 2p орбитали, при возбуждении эти элементы могут приобретать новые электронные конфигурации: В соответствии с числом непарных электронов атомы B, C и N могут образовывать соответственно 3, 4, 3 ковалентные связи, например с атомами водорода: В молекуле BH3 дефицит электронов - атом бора имеет свободную орбиталь.