Оптические свойства, поглощение в Германии. Редкоземельные элементы, размещение лантаноидов в соответствии с их электронным строением и периодическим законом Менделеева. Контактный метод определения типа проводимости и спектрофотометр инфракрасный.
Аннотация к работе
Монокристаллы германия применяются в качестве оптического материала для линз и входных окон устройств. Для этих приборов требуются оптически совершенные образцы с минимальными световыми потерями и максимальной оптической однородностью, работающие в диапазоне длин волн 2,5-14мкм. Оптические элементы из германия удобны в эксплуатации: не взаимодействуют с атмосферной влагой, нетоксичны, прочны. Благодаря успешному решению проблемы промышленного производства крупногабаритных монокристаллов, появилась возможность их более широкого использования в оптических устройствах самого различного назначения.Германий - химический элемент IV группы периодической системы элементов. Природный германий состоит из 5-ти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 75, 74, 76. В свободном виде - вещество с цветом поверхности от серебристого до черного, существует в одной аморфной и нескольких кристаллических модификациях.При прохождении излучения через плоскопараллельную пластинку часть потока отразится, часть поглотится, часть будет пропущена и, наконец, часть будет испытывать многократные отражения между поверхностями пластин. Германий обладает оптическими свойствами и характеризуется следующими коэффициентами: · А) коэффициент поглощения (?) - отношение поглощенного лучистого потока к падающему потоку. Примесное поглощение вызвано ионизацией атомов примеси, т. е. или переходом электронов от атома примеси в зону проводимости, или из валентной зоны на уровни примеси. Поглощение свободными носителями заряда обусловлено их движением под действием электрических полей световой волны. На ускорение свободных носителей заряда волна отдает часть своей энергии, что приводит к ослаблению волны.Отчего же зависит поглощение - от всех внешних воздействий, которые способны изменить состояние атомов основного вещества, примесей, дефектов, колебаний решетки. Закон, по которому плотность потока убывает с координатой, имеет вид: Поглотилось в образце при , - мал и - мал при , в е раз при , поток полностью поглощается. Однако в полупроводниках всегда присутствуют примеси, имеющие более слабую связь с решеткой и имеющие гораздо меньшую концентрацию, чем концентрация атомов полупроводника. Теперь подробнее рассмотрим поглощение в германии. ) - примесные поглощения (в объеме и на поверхности кристалла).Поглощение, обусловленное свободными носителями, может иметь место по всей области прозрачности и проявляться в виде широкого, не имеющего резко выраженных особенностей спектра, описываемого выражением: где x = 1,5 3,5 ,в зависимости от материала.Лантаноиды и сходные с ними элементы скандий, иттрий и лантан образуют группу редкоземельных элементов (в литературе ее обозначают сокращенно РЗЭ). По химическим свойствам лантаноиды весьма сходны между собой, что объясняется строением электронных оболочек их атомов: по мере увеличения заряда ядра структура двух внешних электронных оболочек не меняется, т.к. происходит заполнение электронами 3-й снаружи оболочки - глубоколежащего 4f-уровня. Лантаноиды подразделяются на 2 подгруппы: цериевую, включающую церий Се, празеодим Pr, неодим Nd, прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, и иттриевую, включающую гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Но, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb, лютеций Lu. То обстоятельство, что при переходе от Се к Lu число электронов на двух внешних оболочках, как правило, не меняется, а положительный заряд ядра постепенно возрастает, вызывает более сильное притяжение электронов к ядру и приводит к так называемому лантаноидному сжатию; у нейтральных атомов лантаноидов и ионов одинаковой валентности при увеличении атомного номера радиусы несколько уменьшаются. Все лантаноиды, за исключением La и Lu, обладают при температурах выше комнатной сильным парамагнетизмом, причиной которого является наличие у этих элементов некомпенсированных в 4f-подоболочках спиновых и орбитальных магнитных моментов.Открыв периодический закон, Менделеев, сравнивая элементы не только по сходству, но и по различию, дал необычно точное его выражение в периодической системе элементов. В последнем издании «Основ химии» (СПБ., 1906, стр. vii) Менделеев пишет: «Между Се = 140 и Та = 183 недостает целого большого периода, но ряд редких элементов (изучение их неполно), например Рг=141, Nd=144, Sm = 150, Eu=152, Cd = 157, Tb = 160, Ho = 165, Er=166, Tu=171 и Yb = 173, представляет по современным сведениям вес атома, как раз выполняющий этот промежуток, а потому в указанном месте периодическая система элементов представляет своего рода разрыв, требующий новых изысканий». Менделеев, не зная точно числа лантаноидов, равного, как теперь известно, 14, и не имея достаточно подробных данных об их свойствах, естественно, и не мог точно расположить эти элементы по группам, тем более что нарастание их атомных весов с увеличением атомного номера происходит аномально. Если исходить из общей закономерности, что сумма электронов вне заполненных оболочек для элементов главных подгрупп и d-переходных металлов однозначно определяет номер
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Оптические свойства
1.2 Поглощение в Германии
1.3 Редкоземельные элементы
1.4 Размещение лантаноидов в соответствии с их электронным строением и периодическим законом Менделеева
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Методы определения коэфициентов пропускания и поглощения
2.2 Закон Бугера-Ламберта-Бера
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Четырехзондный метод
3.2 Точечно-контактный метод определения типа проводимости
3.3 Приготовление образцов для оптических исследований
3.4 Спектрофотометр инфракрасный ИКС-29
3.5 Расчет коэффициента поглощения и ход эксперимента