Правила підготовки та виконання лабораторних робіт. Експериментальне дослідження процесів електролізу. Вивчення фотохімічних властивостей світлочутливих матеріалів. Визначення теплового ефекту реакції. Розрахунки коефіцієнта корисної дії теплової машини.
Перед проведенням тієї чи іншої роботи викладач звертає увагу на необхідність повторення лекційного матеріалу, що відноситься до лабораторної роботи, пояснює порядок виконання та її оформлення. Крім цього, студент повинен опрацювати методичні вказівки до заданої роботи і при необхідності ознайомитися з додатковою літературою, яка стосується приладів і матеріалів, що використовуються при виконанні лабораторної роботи.Після виконання лабораторних робіт студент повинен самостійно скласти звіт. В звіті вказується номер та найменування лабораторної роботи, її мета, короткі дані про обєкти вивчення та лабораторне обладнання, порядок виконання роботи. Наприклад, залежність глибини травлення d від часу травлення ї буде виглядати так (рис. У випадку ураження електричним струмом необхідно відключити все обладнання від мережі живлення, відєднати потерпілого від провідників, надати необхідну допомогу та при необхідності викликати лікаря. Процес полягає в окисленні атомів міді до іонів, які пересуваючись в електроліті відновлюються на катоді до металічної міді і осаджуються на його поверхні.
План
Зміст
1. Правила підготовки та виконання лабораторних робіт
2. Правила оформлення звітів
3. Техніка безпеки та охорона праці при виконанні лабораторних робіт
Лабораторна робота № 1
Лабораторна робота № 2
Розрахункові роботи
1. Правила підготовки та виконання лабораторних робіт
Список литературы
1. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М.: Химия, 1990.
2. Кнорре Д.Г., Крилова Л.Ф., Музикантов В.С. Физическая химия. М.: Высшая школа, 1990, 416 с.
Лабораторна робота № 2. Вивчення фотохімічних властивостей світлочутливих матеріалів
Мета роботи: 1. Вивчення процесу фотохімічного перетворення
2. Визначення якості зображення
Загальні відомості
Фотохімічні перетворення світлочутливих матеріалів (фоторезистів) вивчають з використанням фотолітографічних процесів. Фотолітографія - це технологічний процес, який базується на використанні фотохімічних реакцій, що виникають в фото резистивних шарах при актинічному їх опроміненні. Актинічним називається опромінювання, яке викликає незворотні зміни властивостей фото резистивного шару. Для цього використовують два типи фоторезистивних матеріалів (негативні,позитивні).
Негативні фоторезисти (ФН) під дією актинічного опромінювання полімеризуються і утворюють захисний шар, стійкий до багатьох агресивних розчинів або парів. Позитивні фоторезисти (ФП) під дією опромінювання розкладаються і легко усуваються з підкладки. А захисні властивості має неопромінений фоторезист.
Для опромінення фоторезистів використовують ультрафіолетові джерела світла. Фотохімічні реакції у фоторезистах стимулюються поглинанням кванта опромінюючою світла. Основними характеристиками світлочутливих матеріалів являються роздільна та виділяюча здатність.
Роздільна здатність фоторезисту визначається максимальною кількістю ліній однакової ширини, розділених проміжкам, рівними ширині лінії, яку можна отримати на фоторезистивному шарі на довжині 1 мм (іноді 1см).
Виділяюча здатність визначається мінімальною шириною окремої лінії, яку можна відтворити за допомогою того чи іншого фоторезисту.
Роздільну та виділяючи здатність визначають за допомогою випробувальної міри. Цією мірою можна контролювати параметри джерела світла, фотошаблонів, світлочутливих матеріалів і власне, процесу фотолітографії.
Для створення фоторезистивної захисної маски використовують фотошаблони, виготовлення яких проводиться із застосуванням фотооригиналів, які, в свою чергу, одержують з використанням спеціальних автоматизованих систем тощо.
Лабораторне обладнання, інструменти і матеріали
- фотошаблон- міра;
- освітлювальна установка;
- копіювальна рама;
- мікроскоп інструментальний МИМ-7;
- фоторезист (хімічні компоненти згідно рецепту);
- пластина фольгованого діелектрика;
- проявляючий розчин;
- сушильна шафа або вентилятор
Методика виконання роботи
Перед початком виконання лабораторної роботи студенти повинні ознайомитись з основними правилами техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт в хімічних лабораторіях.
Перш ніж приступати до вивчення фотохімічних властивостей світлочутливих матеріалів студенти повинні ознайомитись з матеріалами та методикою проведення вимірювань на інструментальному мікроскопі.
1. Нанесення фоторезисту. Спочатку фоторезист наноситься на фольгова ний діелектрик. Перед нанесенням діелектрик очищується (обезжирюється) за допомогою крейди, соди тощо. Далі оброблюється в слабому розчині лугу, промивається водою і протирається етиловим спиртом. Нанесення рідкого фоторезисту здійснюється за допомогою пульверизатора або поливом на поверхню підкладки, плівковий фоторезист прикатується до пластини за допомогою валика або еластичного ракелю.
2. Закріплення. Нанесений шар фоторезисту висушується в шафі при температурі не вище 40 0С. При цьому можна використовувати вентилятор. Фоторезисти, чутливі до денного світла, висушуються в темноті.
3. Експонування. Процес експонування проводять з використанням актинічного світла і вибраного фотошаблону. На пластину накладають фотошаблон емульсійною стороною до шару фоторезисту. Пакет переносять в копіювальну раму механічного типу. Опромінення проводять протягом різного часу, наприклад, протягом 2,4, 6, 8 і 10 хвилин.
4. Проявлення. Проявлення зображення проводять з використанням розчинів в залежності від типу фоторезисту, наприклад, в содовому розчині.
5. Сушка копії. Проводиться в сушильній шафі або з використанням вентилятора.
Фоторезист на основі желатину і біхромату калію. Перший розчин: 15 г желатину залити 60 мл кипяченої води і залишити для набухання на 2-3 години. Після набухання желатину поставити ємність на водяну баню при температурі 30-40° C до повного розчинення желатину. Другий розчин: в 40 мл кипяченої води розчинити 5 г двухромовокислого калію (хромпик, порошок яскраво-помаранчевого кольору). Розчиняти при слабкому розсіяному освітленні. У перший розчин при інтенсивному перемішуванні влити другий. В отриману суміш піпеткою додати кілька крапель нашатирного спирту до отримання соломяного кольору. Фотоемульсія наноситься на підготовлену плату при дуже слабкому освітленні. Плата сушиться до «відлипу» при кімнатній температурі в повній темряві. Після експонування плату при слабкому розсіяному освітленні промити в теплій проточній воді до видалення незадубленного желатину. Щоб краще оцінити результат, можна забарвити ділянки з невидаленого желатином розчином марганцівки.
Фоторезист на основі біхроматів амонію та калію. Перший розчин: 17 г столярного клею, 3 мл водного розчину аміаку, 100 мл води залишити для набухання на добу, потім гріти на водяній бані при 80 ° C до повного розчинення. Другий розчин: 2,5 г біхромату калію, 2,5 г біхромату амонію, 3 мл водного розчину аміаку, 30 мл води, 6 мл спирту. Коли перший розчин охолоне до 50 ° C, при енергійному перемішуванні влийте в нього другий розчин і отриману суміш профільтруйте (цю та наступні операції необхідно проводити в затемненому приміщенні, сонячне світло неприпустимий!). Емульсія наноситься при температурі 30-40 ° C. Далі - як у першому рецепті.
Фоторезист на основі біхромату амонію і полівінілового спирту. Готуємо розчин: полівініловий спирт - 70-120 г/л, біхромат амонію - 8-10 г / л, етиловий спирт - 100-120 г/л. Уникати яскравого світла! Наноситься в 2 шари: перший шар - сушіння 20-30 хвилин при 30-45 ° C - другий шар - сушіння 60 хвилин при 35-45 ° C. Проявник - 40 -відсотковий розчин етилового спирту.
Оцінка якості зображення.
На пластинах з різними експозиціями з використанням мікроскопу МИМ-7 визначають роздільну та виділяючи здатність.
Для визначення роздільної здатності достатньо виміряти мінімальний штрих і пробіл між штрихами. Роздільна здатність на довжині 1см буде визначатися по формулі ? = 10000/l, де l - сума ромірів штриха і пробілу в мкм.
Виділяюча здатність визначається простим вимірюванням мінімальної ширини штриха.
По результатам проведених досліджень будуємо графік залежності роздільної здатності (виділяючої здатності) від часу експонування визначаємо оптимальний час експонування фоторезисту в описаних умовах. Зробити висновок.
Час експонування буде відповідати максимальному значенні роздільної здатності і мінімальному значенні виділяючої здатності.
Розрахункові роботи
1. Визначення теплового ефекту реакції
Теплові ефекти реакції можна визначити на основі закону Гесса, згідно якого тепловий ефект реакції не залежить від шляху переходу при збереженні постійними початкових і кінцевих умов досліду (р,V). Якщо речовини А, В, С, перетворюються в D, E, F, то будемо мати такі рівняння.
Q3
Q2 Q4
Q1
А, В, С D, E, F
Q5 Q8
Q6 Q7
Q1= Q2 Q3 Q4 = Q5 Q6 Q7 Q8
При рішенні термохімічних рівнянь їх можна складати і віднімати, як і при рішенні алгебраїчних рівнянь. При розрахунках теплових ефектів особливо важливі є два теплових ефекти: · теплота утворення;
· теплота згоряння.
Теплотою утворення називається тепловий ефект реакції утворення хімічних сполук із складових його простих речовин, стійких при даних умовах. Теплота утворення SIO2 = 210тис. кал. або 210 Ккал. Це значить що при зєднанні одного атома кремнію і 1 моля кисню виділяється тепло 210 Ккал. Si O2 = SIO2 = 210000 Кал; ?Н0sio2 = - 210 Ккал.
Теплоти, як правило, відносять до 1 моля утвореної сполуки. Значення теплових ефектів дають при 250 С і при тиску 1 атмосфера Теплотою згоряння називається тепловий ефект реакції взаємодії речовини з киснем з утворенням стабільних окислів (Н2О; СО2; SIO2). Теплота згоряння дорівнює різниці між теплотами згоряння продуктів реакції і теплотами згорання вихідних речовин. Але ця різниця повинна бути взята з протилежним знаком.
Знаючи теплоту згорання алмазу і графіту, можна розрахувати теплоту перетворення графіту в алмаз, бо експериментально це важко визначити.
С графіту. О2 = СО2 94 Ккал
С алмазу О2 = СО2 94,5 Ккал
С граф. = С алмаза - 500 кал
1) Розглянемо реакцію одержання А12(SP4)3 при t = 250С з кристалічного А12О3 і газоподібного SO3. Напишемо термохімічне рівняння реакції утворення всіх речовин.
Fe3 O4 4OC > 3 Fe 4OC2, якщо теплові ефекти утворення складових реакції дорівнюють: Fe3 O4 = -266,9 Кал
СО = - 26,42 Ккал
?Н х = -3,82 Кал
OC2 = - 94,1 Кал
Fe =0 кал
Підставляючи ці значення в формулу
?Н х утв. = (Q?Н УТВQ r ?Н утв R) - (B?Н УТВВ D?Н утв D), знаходимо, що тепловий ефект реакції ?Н х = -3,82 Кал
Відповідь:?Н х = - 3,82 Кал
2. Розрахунки коефіцієнта корисної дії теплової машини електроліз фотохімічний світлочутливий тепловий
Розглянемо роботу теплової машини. Ця машина виконує роботу за рахунок тепла. Робота такої машини полягає не тільки в одержанні тепла q, від тепловіддавача і виконання роботи А, але і в одночасній передачі деякої кількості теплоти q2 теплоприймачу, який має більш низьку температуру. Відношення кількості виконаної роботи А та кількості теплової роботи q називається коефіцієнтом корисної дії (ККД).
IMG_1cd66059-2671-4c93-9386-996f068a715f
Знайти ККД теплової машини, якщо температури тепловіддавача і теплоприймача складають:
Таблиця 1
Т1 0 СТ20 С Т10 КТ20 К
300220573,2493,2
310218583,2491,2
320215593,2488,2
290210563,2443,2
325221598,2494,2
295218568,2491,2
300212573,2485,2
300213573,2486,2
305215578,2488,2
310216573,2489,2
Для кожної Т 1 і Т2 знаходимо середнє значення температури, середнє квадратичне відхилення і довірчий інтервал.
