structura cristalina

55
Stari structurale Stari structurale ale substantei ale substantei

Upload: diana-duca

Post on 22-Jan-2016

586 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Structura cristalina

Stari structurale ale Stari structurale ale substanteisubstantei

Page 2: Structura cristalina

Starile de agregareStarile de agregare

Datorita fortelor de atractie dintre particulele constituente,substantele se Datorita fortelor de atractie dintre particulele constituente,substantele se

prezinta in mai multe prezinta in mai multe stari de agregarestari de agregare solidsolid

cristalcristal lichidlichid

lichidlichid

gazgaz

plasmaplasmaStarea in care se prezinta o anumita substanta depinde de natura Starea in care se prezinta o anumita substanta depinde de natura

acesteia,de presiune si de temperatura.Pe masura cresterii acesteia,de presiune si de temperatura.Pe masura cresterii temperaturii si scaderea presiunii,se trece de la starea solida la cea temperaturii si scaderea presiunii,se trece de la starea solida la cea gazoasagazoasa

Page 3: Structura cristalina

Starea SolidaStarea Solida Starea solida este o stare condensata a materiei cu rezistenta mare la Starea solida este o stare condensata a materiei cu rezistenta mare la

deformare.Intre particulele unei substante solide se exercita forte foarte deformare.Intre particulele unei substante solide se exercita forte foarte puternice.Substantele solide au coeziune mare.puternice.Substantele solide au coeziune mare.

In stare solida,subsantele se caracterizeaza printr-o serie de proprietati de In stare solida,subsantele se caracterizeaza printr-o serie de proprietati de natura fizica:forma cristalina, densitate, duritate, culoare, coeficient de natura fizica:forma cristalina, densitate, duritate, culoare, coeficient de elasticitate,indice de refractie,caldura specifica,punct de topire,presiune de elasticitate,indice de refractie,caldura specifica,punct de topire,presiune de vapori,solubilitate,moment de dipol,moment magnetic,spectru de absorbtie.vapori,solubilitate,moment de dipol,moment magnetic,spectru de absorbtie.

atomii,ionii, mole- atomii,ionii, mole- Starea solida are doua formeStarea solida are doua forme:: cristalina culele au miscari culele au miscari

de vibratie in jurulde vibratie in jurul nodurilor reteleinodurilor retelei

particulele con-particulele con- amorfaamorfa stituente au o stituente au o

forma forma neorganizataneorganizata

Page 4: Structura cristalina

Starea de cristal lichid (I)Starea de cristal lichid (I)Intre starea solida amorfa si cea solida cristalina exista stari Intre starea solida amorfa si cea solida cristalina exista stari intermediare,stari mezomorfe cu proprietati din ambele stariintermediare,stari mezomorfe cu proprietati din ambele stari

- moleculele au aceasi- moleculele au aceasi

Claificarea starilor starea smecticastarea smectica orientare si orientare si sunt ase-sunt ase-

mezomorfe zate in straturi echi- zate in straturi echi-

distantedistante

-centrele de masa ale -centrele de masa ale starea nematicastarea nematica molec. sunt dezordo- molec. sunt dezordo-

nate,dar molec.au o nate,dar molec.au o

orientare comunaorientare comuna

-prezinta ordinea -prezinta ordinea ceacea

starea colestericastarea colesterica mai ridicata mai ridicata

Page 5: Structura cristalina

Starea de cristal lichid (II)Starea de cristal lichid (II)

Stare de cristal lichid a materiei este delimitata de punctul de topire al Stare de cristal lichid a materiei este delimitata de punctul de topire al solidului si cel de limpezire al lichidului. In aceasta faza, structura solidului si cel de limpezire al lichidului. In aceasta faza, structura tridimensionala cristalina dispare si materialul poate curge ca un tridimensionala cristalina dispare si materialul poate curge ca un lichid, dar se pastreaza totusi o anumita ordine de orientare a lichid, dar se pastreaza totusi o anumita ordine de orientare a moleculelor (atomilor), dand substantei anumite proprietati moleculelor (atomilor), dand substantei anumite proprietati cristaline.cristaline.

Această stare prezintă o ordine depărtată (Această stare prezintă o ordine depărtată (mezomorfămezomorfă, intermediară , intermediară între starea cristalină şi amorfă) având moleculele constituente între starea cristalină şi amorfă) având moleculele constituente aliniate paralel în întreaga masă a lichidului (cristale lichide aliniate paralel în întreaga masă a lichidului (cristale lichide nematice) sau aliniate în straturi (cristale lichide colesterice sau nematice) sau aliniate în straturi (cristale lichide colesterice sau smectice).smectice).

Numai cateva dintre materialele organice prezinta stare “de cristal Numai cateva dintre materialele organice prezinta stare “de cristal lichid”,majoritatea materialelor solide,atunci cand sunt incalzite se lichid”,majoritatea materialelor solide,atunci cand sunt incalzite se topesc,trecand direct din starea solida in cea lichida.topesc,trecand direct din starea solida in cea lichida.

Page 6: Structura cristalina

Starea lichidaStarea lichida

Un corp in starea lichida nu are volum determinat la Un corp in starea lichida nu are volum determinat la o anumita temperatura insa ia forma vasului in care o anumita temperatura insa ia forma vasului in care se gaseste.Moleculele lichidului au o miscare se gaseste.Moleculele lichidului au o miscare dezordonata in forma de zig-zag fara ca dezordinea dezordonata in forma de zig-zag fara ca dezordinea sa fie totala.Exista o ordine locala pe distante de sa fie totala.Exista o ordine locala pe distante de ordinul a catorva diametre moleculare.Intre ordinul a catorva diametre moleculare.Intre moleculele substantei lichide se exercita forte de moleculele substantei lichide se exercita forte de atractie care explica coeziunea atractie care explica coeziunea lichidelor.Coeziunea intre moleculele lichidelor este lichidelor.Coeziunea intre moleculele lichidelor este intermediara intre cea dintre moleculele unui gaz si intermediara intre cea dintre moleculele unui gaz si ale unui solid.Lichidele prezinta o mare fluiditateale unui solid.Lichidele prezinta o mare fluiditate

Substantele in starea lichida se deosebesc si prin Substantele in starea lichida se deosebesc si prin proprietatile lor chimice.Suprafatza de separatie proprietatile lor chimice.Suprafatza de separatie intre faza lichida si cea gazoasa prezinta unele intre faza lichida si cea gazoasa prezinta unele proprietati caracteristiceproprietati caracteristice

Page 7: Structura cristalina

Starea gazoasa si plasmaStarea gazoasa si plasmaPrin Prin starea gazoasastarea gazoasa se intelege acea stare de se intelege acea stare de agregare a materiei in care o masa determinata de agregare a materiei in care o masa determinata de substanta poate ocupa un volum oricat de mare,din substanta poate ocupa un volum oricat de mare,din cauza miscarii particulelor componente(moleculele cauza miscarii particulelor componente(moleculele gazului).Gazele nu au nici volum propriu nici forma gazului).Gazele nu au nici volum propriu nici forma determinata.In starea gazoasa materia manifesta determinata.In starea gazoasa materia manifesta cea mai mare expansibilitate si cea mai mare expansibilitate si compresibilitate.Aceste caracteristici ale gazelor compresibilitate.Aceste caracteristici ale gazelor decurg din faptul ca intre particulele respective se decurg din faptul ca intre particulele respective se exercita forte foarte slabe.Prin scaderea exercita forte foarte slabe.Prin scaderea temperaturii si cresterea presiunii apar forte de temperaturii si cresterea presiunii apar forte de atractie intre particulele unui gaz.Gazul se atractie intre particulele unui gaz.Gazul se lichefiaza.lichefiaza.Considerata cea de-a cincea stare de agregare, Considerata cea de-a cincea stare de agregare, plasmaplasma nu este nimic altceva decat un amestec nu este nimic altceva decat un amestec neutru (din punct de vedere electric) de ioni si neutru (din punct de vedere electric) de ioni si electroni. Spre deosebire de gaze, aceasta este electroni. Spre deosebire de gaze, aceasta este buna conducatoare de electricitate si buna conducatoare de electricitate si interactioneaza cu campurile electromagneticeinteractioneaza cu campurile electromagnetice

Page 8: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide -starea cristalina(I)--starea cristalina(I)-

Prin starea cristalina se intelege acea stare a unei substante in care Prin starea cristalina se intelege acea stare a unei substante in care atomii,ionii sau moleculele sunt dispuse intr-o forma regulata,in atomii,ionii sau moleculele sunt dispuse intr-o forma regulata,in nodurile retelei spatiale,constituind cristalul.nodurile retelei spatiale,constituind cristalul.Starea unei substante condensate,izotropa din punct de vedere Starea unei substante condensate,izotropa din punct de vedere fizic,datorita unei organizari a particulelor componente numai pe fizic,datorita unei organizari a particulelor componente numai pe distante de un mic multiplu al distantelor intermoleculare se distante de un mic multiplu al distantelor intermoleculare se numeste stare numeste stare amorfaamorfa.Sunt amorfe lichidele(cu exceptia lichidelor .Sunt amorfe lichidele(cu exceptia lichidelor cristaline anizotrope) sau solide care prezinta cristaline anizotrope) sau solide care prezinta spartura spartura coloidalacoloidala(spargere dupa suprafete strambe) si care pot fi (spargere dupa suprafete strambe) si care pot fi considerate lichide subracite.considerate lichide subracite.Intre particule se exercita forte de atractie si de respingere care sunt Intre particule se exercita forte de atractie si de respingere care sunt egale la distanta de echilibru.Existenta fortelor se pune in evidenta egale la distanta de echilibru.Existenta fortelor se pune in evidenta prin rezistenta de alungire si cea de compresiune.prin rezistenta de alungire si cea de compresiune.Aranjamentul in cristale este constant si are caracter periodic pe Aranjamentul in cristale este constant si are caracter periodic pe cand in lichide nu este constant si nu are caracter periodic.Datorita cand in lichide nu este constant si nu are caracter periodic.Datorita ordonarii regulate,permanente a ionilor,acestea ordonarii regulate,permanente a ionilor,acestea pot fi cercetatepot fi cercetate folosind folosind razele Xrazele X si si difractia de electronidifractia de electroni..

Page 9: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide -starea cristalina(II)--starea cristalina(II)-

CristalizareaCristalizarea: Procesul de separare a cristalelor prin racirea unei : Procesul de separare a cristalelor prin racirea unei solutii sau topituri sau prin evaporarea lichidului unei solutii.solutii sau topituri sau prin evaporarea lichidului unei solutii.

Cristalele cresc prin depunerea de materiale pe fete.Viteza de Cristalele cresc prin depunerea de materiale pe fete.Viteza de crestere este influentata de simetria moleculelor.Viteza de crestere este influentata de simetria moleculelor.Viteza de crisitalizare la echilibru este inversul vitezei de dizolvare.crisitalizare la echilibru este inversul vitezei de dizolvare.

In procesul cristalizarii se recomanda o racire initiala puternica si In procesul cristalizarii se recomanda o racire initiala puternica si apoi se lasa temperatura sa creasca lent pentru a atinge viteza de apoi se lasa temperatura sa creasca lent pentru a atinge viteza de cristalizare maximacristalizare maxima

Forma exterioara,habitusului cristalelor poate varia dupa conditiile Forma exterioara,habitusului cristalelor poate varia dupa conditiile de cristalizare.Clorura de sodiu cristalizeaza sub forma de cuburi de cristalizare.Clorura de sodiu cristalizeaza sub forma de cuburi din mediu neutru,ca octoedre daca in mediu se gaseste putina uree din mediu neutru,ca octoedre daca in mediu se gaseste putina uree sau sub forma arborescenta din solutie de guma arabica.sau sub forma arborescenta din solutie de guma arabica.

Page 10: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (I)--cristalografia (I)-

Cristalele bine formate,naturale sau artificiale prezinta o forma Cristalele bine formate,naturale sau artificiale prezinta o forma geometrica exterioara determinata prin fetele plane.geometrica exterioara determinata prin fetele plane.

Cristalele au Cristalele au formeforme poliedricepoliedrice, marginite prin , marginite prin fete planefete plane, care se , care se intretaie in intretaie in muchiimuchii, care la randul lor se intalnesc in , care la randul lor se intalnesc in colturicolturi. . Formele observabile macrosopic ale cristalelor sunt mult Formele observabile macrosopic ale cristalelor sunt mult variate si nu intotdeauna perfect regulate.variate si nu intotdeauna perfect regulate.

Forma cristalelor unei substante, asa-zisul Forma cristalelor unei substante, asa-zisul habitushabitus, poate , poate varia varia dupa conditiile in care a avut loc cristalizara, unele fete dupa conditiile in care a avut loc cristalizara, unele fete dezvoltandu-se mai mult decat altele. dezvoltandu-se mai mult decat altele. UnghiurileUnghiurile dintre fete dintre fete sunt insa constantesunt insa constante, la toate cristalele apartinand aceleiasi , la toate cristalele apartinand aceleiasi specii cristaline. Un cristal se caracterizeaza, iar identitatea specii cristaline. Un cristal se caracterizeaza, iar identitatea dintre doua cristale se recunoaste , dupa unghiurile dintre dintre doua cristale se recunoaste , dupa unghiurile dintre fetele echivalente. fetele echivalente. Masurarea unghiurilor dintre fetele unui Masurarea unghiurilor dintre fetele unui cristal (efectuata cu cristal (efectuata cu goniometregoniometre speciale) este una dintre speciale) este una dintre operatiile importante ale stiintei despre cristale, operatiile importante ale stiintei despre cristale, cristalografiacristalografia..

Page 11: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (II)--cristalografia (II)-

Descrierea geometrica a unui cristal:

Se considera o retea cristalina oarecare.Se alege Se considera o retea cristalina oarecare.Se alege originea X a unui sistem de coordonate pe originea X a unui sistem de coordonate pe

un nod un nod arbitrar al retelei.Se uneste printr-o dreapta arbitrar al retelei.Se uneste printr-o dreapta Ox “nodul Ox “nodul origine” cu cel mai apropiat nod origine” cu cel mai apropiat nod vecin.Aceasta este o vecin.Aceasta este o directie cristalografica directie cristalografica principala.In acesta directie principala.In acesta directie nodurile se nodurile se repeta la distante egale.Fie repeta la distante egale.Fie aa aceasta aceasta distanta.Acum se uneste Oy cu cel mai aproape nod distanta.Acum se uneste Oy cu cel mai aproape nod

necoliniar.Notam distanta cu necoliniar.Notam distanta cu b.b.La fel se procedeaza si cu Oz.Se La fel se procedeaza si cu Oz.Se noteaza distanta cu noteaza distanta cu cc.Constantele retelei sunt a,b,c si sunt toate egale intre .Constantele retelei sunt a,b,c si sunt toate egale intre ele.Axele Ox,Oy,Oz sunt axe cristalografice principale.Prisma cu muchiile a,b,c ele.Axele Ox,Oy,Oz sunt axe cristalografice principale.Prisma cu muchiile a,b,c este o celula primitiva si contine un singur nod.Ea este identica cu celula este o celula primitiva si contine un singur nod.Ea este identica cu celula elemntara in structuri cristaline care contine acelasi numar de atomi.In figura elemntara in structuri cristaline care contine acelasi numar de atomi.In figura este aratata o astfel de celula si un plan care taie axele.este aratata o astfel de celula si un plan care taie axele.

Page 12: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (III)--cristalografia (III)-

Repetarea regulata in spatiu a elementelor formei poliedrice (fete, muchii sau colturi) ale Repetarea regulata in spatiu a elementelor formei poliedrice (fete, muchii sau colturi) ale unui cristal se numeste unui cristal se numeste simetriasimetria cristaluluicristalului. Simetria unui cristal se determina . Simetria unui cristal se determina operatii de simetrie. Acestea consta in in miscarea reala sau imaginara a cristalului in operatii de simetrie. Acestea consta in in miscarea reala sau imaginara a cristalului in spati, astfel incat in locul unei fete sa apara o alta fata echivalenta cu prima in raport spati, astfel incat in locul unei fete sa apara o alta fata echivalenta cu prima in raport cu un sistem de coordonate care trec prin cristal. Daca de exemplu se roteste un cu un sistem de coordonate care trec prin cristal. Daca de exemplu se roteste un cristal in jurul unei axe care trece prin doua colturi ale sale, si el revine intr-o pozitie cristal in jurul unei axe care trece prin doua colturi ale sale, si el revine intr-o pozitie identica cu cea initiala dupa parcurgerea unui unghi mai mic de 360identica cu cea initiala dupa parcurgerea unui unghi mai mic de 36000, acea axa se , acea axa se numeste numeste axa de simetrieaxa de simetrie a cristalului. Exista axe de simetrie binare, ternare, a cristalului. Exista axe de simetrie binare, ternare, cuaternare sau senare, astfel incat o fata revine intr-o pozitie echivalenta cu cea cuaternare sau senare, astfel incat o fata revine intr-o pozitie echivalenta cu cea initiala dupa o rotatie de 180initiala dupa o rotatie de 18000, 120, 12000, 90, 9000, respectiv de 60, respectiv de 6000. Nu se observa niciodata la . Nu se observa niciodata la cristale axe de simetrie de ordin 5 sau 7.cristale axe de simetrie de ordin 5 sau 7.

Un plan care taie un cristal in doua jumatati, in asa fel incat una dintre ele sa coincida cu Un plan care taie un cristal in doua jumatati, in asa fel incat una dintre ele sa coincida cu imaginea celeilalte in oglinda, se numeste imaginea celeilalte in oglinda, se numeste planplan dede simetriesimetrie. . Centrul de simetrieCentrul de simetrie este un punct din interiorul cristalului, fata de care toate fetele, muchiile si colturile este un punct din interiorul cristalului, fata de care toate fetele, muchiile si colturile sunt simetrice. Cu alte cuvinte, o dreapta ce trece printr-o fata, muchie sau colt al sunt simetrice. Cu alte cuvinte, o dreapta ce trece printr-o fata, muchie sau colt al cristalului si prin centrul de simetrie intalneste, la iesirea din cristal, o fata, o muchie cristalului si prin centrul de simetrie intalneste, la iesirea din cristal, o fata, o muchie sau un colt echivalente cu cele initiale.sau un colt echivalente cu cele initiale.

Page 13: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (IV)--cristalografia (IV)-

Prin combinarea elementelor de simetrie dupa reguli cristalografice Prin combinarea elementelor de simetrie dupa reguli cristalografice se obtin 32 de clase de simetrie(F.C Hessel 1830) in care se se obtin 32 de clase de simetrie(F.C Hessel 1830) in care se incadreasa bine cristalele din natura,care se imparte in sapte incadreasa bine cristalele din natura,care se imparte in sapte sisteme cristalografice.Cele 32 de clase de simetrie reflecta simetria sisteme cristalografice.Cele 32 de clase de simetrie reflecta simetria externa a cristalului.Cele 7 sisteme cristaline si cele 230 de grupe externa a cristalului.Cele 7 sisteme cristaline si cele 230 de grupe spatiale reflecta simetria interna a cristalelor.Totalitatea formelor spatiale reflecta simetria interna a cristalelor.Totalitatea formelor poliedrice ale caror fete pot fi raportate,ca pozitie in spatiu la poliedrice ale caror fete pot fi raportate,ca pozitie in spatiu la

aceleasi axe cristalografice formeaza un aceleasi axe cristalografice formeaza un sistem cristalograficsistem cristalografic..

Acestea se caracterizeaza prin unghiurile dintre axele lor Acestea se caracterizeaza prin unghiurile dintre axele lor cristalografice (axe de simetrie ale cristalului), prin unghiurile solide cristalografice (axe de simetrie ale cristalului), prin unghiurile solide intre fete si prin raportul intre intercepte (distantele masurate de la intre fete si prin raportul intre intercepte (distantele masurate de la intersectia axelor pana la fete). Sistemul cristalin caruia apartine un intersectia axelor pana la fete). Sistemul cristalin caruia apartine un cristal se determina prin masurarea acestor unghiuri dintre fete.cristal se determina prin masurarea acestor unghiuri dintre fete.

Page 14: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

CategoriaCategoria SistemeSisteme SingoniiSingonii

INFERIOARAINFERIOARA

TriclinicTriclinic 11

MonoclinicMonoclinic 22

RombicRombic 33

MEDIEMEDIE

TetragonalTetragonal 44

HexagonalHexagonal 55

TrigonalTrigonal

SUPERIOARASUPERIOARA CubicCubic 66

Salt la urmatoarea pagina

Page 15: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul triclinicSistemul triclinic:: (paralelipiped oblic) fara (paralelipiped oblic) fara

axe sau plane de axe sau plane de simetrie exemple: simetrie exemple: sulfatul de cupru sulfatul de cupru pentahidrat, dicromatul pentahidrat, dicromatul de potasiu.de potasiu.

Inapoi la pagina principala

Page 16: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul monoclinic: trei axe, dintre care doua perpendiculare, iar a treia perpemdiculara numai pe una din primele doua, cu toate interceptele diferite; exemple: sulful monoclinic, sulfatul de calciu dihidrat (ghipsul), criolita, boraxul.

Inapoi la pagina principala

Page 17: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul rombic (sau Sistemul rombic (sau

ortorombic):ortorombic): trei axe trei axe perpendiculare, cu toate perpendiculare, cu toate interceptele diferite; exemple: interceptele diferite; exemple: sulful rombic, azotatul de sulful rombic, azotatul de potasiu, sulfatul de potasiu, potasiu, sulfatul de potasiu, sulfatul de bariu.sulfatul de bariu.

Inapoi la pagina principala

Page 18: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul cubicSistemul cubic

Inapoi la pagina principala

Page 19: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul tetragonalSistemul tetragonal

Inapoi la pagina principala

Page 20: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-cristalografia (V)--cristalografia (V)-

Sistemul hexagonalSistemul hexagonal

Inapoi la pagina principala

Page 21: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-materiale poli si monocristaline--materiale poli si monocristaline-

- O substanta se numeste - O substanta se numeste monocristalinmonocristalinaa dacă ace dacă aceaasta a luat sta a luat naştere prin „anaştere prin „assezarea perfect ordonată” a tuturor atomilor în tot ezarea perfect ordonată” a tuturor atomilor în tot volumul materialuluivolumul materialului.. -O substanta se numeste -O substanta se numeste policristalinpolicristalinaa dacadaca zone monocristaline zone monocristaline de diferite orientări şi cu dimensiuni suficient de mici sunt separate de diferite orientări şi cu dimensiuni suficient de mici sunt separate prin interfeţe de obicei necristaline. Un prin interfeţe de obicei necristaline. Un material policristalinmaterial policristalin are o are o comportare în general izotropă. Proprietăţile unui policristal sunt comportare în general izotropă. Proprietăţile unui policristal sunt frecvent influienţate de defecte de structură, impurităţifrecvent influienţate de defecte de structură, impurităţi,etc.,etc.

Page 22: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-starea necristalina--starea necristalina-

Starea necristalinăStarea necristalină prezintă o dispunere neordonată aprezintă o dispunere neordonată a atomiloratomilor şişi areare p proprietăţi fizice caracteristice:roprietăţi fizice caracteristice:- - trecerea în starea lichidă se face lent pe un interval de trecerea în starea lichidă se face lent pe un interval de temperaturi(căldurătemperaturi(căldură latelatenta nta nulă);nulă); - volumul în stare necristalină a unei substanţe este mai mare - volumul în stare necristalină a unei substanţe este mai mare datorită dezordinii interioare decât în starea cristalină în aceleaşi datorită dezordinii interioare decât în starea cristalină în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune. condiţii de temperatură şi presiune. Când dezordinea este “perfectă”, starea necristalină devine (la Când dezordinea este “perfectă”, starea necristalină devine (la limită) stare limită) stare amorfăamorfă..

Page 23: Structura cristalina

Structura de bază a materialelor solideStructura de bază a materialelor solide-substante amorfe--substante amorfe-

Substantele amorfe sunt compuse din molecule sau ioni de Substantele amorfe sunt compuse din molecule sau ioni de dimensiuni uriase in comparatie cu moleculele dimensiuni uriase in comparatie cu moleculele obisnuite(macromoleculele sau macroioni).Prin structura lor obisnuite(macromoleculele sau macroioni).Prin structura lor dezordonata materialele amorfe seamana cu lichidele insa dezordonata materialele amorfe seamana cu lichidele insa particulele din care sunt compuse nu dispun de aceeasi libertate de particulele din care sunt compuse nu dispun de aceeasi libertate de miscare ca a lichidelor.Macromoleculele fiind unite prin legaturi miscare ca a lichidelor.Macromoleculele fiind unite prin legaturi slabe dar numeroase,materialele amorfe se comporta ca niste slabe dar numeroase,materialele amorfe se comporta ca niste lichide dar cu vascozitate mult mai mare.lichide dar cu vascozitate mult mai mare.

Materialele amorfe nu au o temperatură de topire strict determinată Materialele amorfe nu au o temperatură de topire strict determinată ca în cazul materialelor cristaline, lucru explicabil dacă se consideră ca în cazul materialelor cristaline, lucru explicabil dacă se consideră structura internă a acestora; lipsa ordinii la distanţă va implica structura internă a acestora; lipsa ordinii la distanţă va implica legaturi interatomice mai tari sau mai slabe; odată cu creşterea legaturi interatomice mai tari sau mai slabe; odată cu creşterea temperaturii primele legaturi care se vor desface vor fi cele slabe temperaturii primele legaturi care se vor desface vor fi cele slabe urmând ca apoi sa se desfacă şi celelalte. Procesul de topire se va urmând ca apoi sa se desfacă şi celelalte. Procesul de topire se va întinde deci pe un anumit interval de temperaturiîntinde deci pe un anumit interval de temperaturi

Exemplu de materiale amorfeExemplu de materiale amorfe: sticla,rasina.: sticla,rasina.

Page 24: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri

FILME SUBTIRI UTILIZATE INFILME SUBTIRI UTILIZATE IN MICROELECTRONICAMICROELECTRONICATEHNOLOGIA DEPUNERII CHIMICE IN FAZA DE VAPORI (CVD)TEHNOLOGIA DEPUNERII CHIMICE IN FAZA DE VAPORI (CVD)PENTRU OBTINEREA FILMELOR SUBTIRI IN MICROELECTRONIPENTRU OBTINEREA FILMELOR SUBTIRI IN MICROELECTRONICACA

Page 25: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri--Filme subtiri in microelectronica(I)-Filme subtiri in microelectronica(I)-

Filmele sau straturile subtiri joaca un rol major in tehnologia de Filmele sau straturile subtiri joaca un rol major in tehnologia de fabricare a dispozitivelorfabricare a dispozitivelor microelectronice, optoelectronice, microelectronice, optoelectronice, magnetoelectronice, sau a microsistemelor.Dintre metodele de magnetoelectronice, sau a microsistemelor.Dintre metodele de preparare, cele mai raspindite sunt depunerea chimica din faza preparare, cele mai raspindite sunt depunerea chimica din faza dede vapori (chemical vapour deposition – CVD) si depunerea vapori (chemical vapour deposition – CVD) si depunerea fizica din faza de vapori (physicalfizica din faza de vapori (physical vapour deposition – PVD), ca vapour deposition – PVD), ca de exemplu pulverizarea catodica si evaporarea in vidde exemplu pulverizarea catodica si evaporarea in vid. Prin . Prin aceste metode se obtin filme de buna calitate, fara defecte, aceste metode se obtin filme de buna calitate, fara defecte, uniforme si reproductibile.uniforme si reproductibile.

Page 26: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri--Filme subtiri in microelectronica(II)-Filme subtiri in microelectronica(II)-

In prezent, este posibila obtinerea prin procedeul CVD a majoritatii elementelor In prezent, este posibila obtinerea prin procedeul CVD a majoritatii elementelor sisi compusilor din tabelul lui Mendeleev, in principal datorita progresului realizat compusilor din tabelul lui Mendeleev, in principal datorita progresului realizat in laboratoarelein laboratoarele de chimie prin aparitia de noi precursori organici, de chimie prin aparitia de noi precursori organici, organosilanici, organometalici, etc.organosilanici, organometalici, etc.Controlul proprietatilor filmelor utilizate in microelectronica este foarte important, Controlul proprietatilor filmelor utilizate in microelectronica este foarte important, deoarecedeoarece acelasi film, realizat prin metode diferite prezinta proprietati diferite. acelasi film, realizat prin metode diferite prezinta proprietati diferite. Din acest motiv alegereaDin acest motiv alegerea metodei si conditiilor de preparare a filmelor/straturilor metodei si conditiilor de preparare a filmelor/straturilor subtiri se face in functie de rolul filmuluisubtiri se face in functie de rolul filmului respectiv in dispozitivul microelectronic.respectiv in dispozitivul microelectronic.Metodele de caracterizare a filmelor subtiri au cunoscuMetodele de caracterizare a filmelor subtiri au cunoscutt si ele un progres si ele un progres important deoareceimportant deoarece dezvoltarea nanotehnologiilor a impus obtinerea de filme dezvoltarea nanotehnologiilor a impus obtinerea de filme subtiri de dimensiuni nanometrice,subtiri de dimensiuni nanometrice, fara defecte si cu proprietati bine definite. fara defecte si cu proprietati bine definite. Straturile subtiri pot fi investigate prin diverseStraturile subtiri pot fi investigate prin diverse metode analitice moderne, ca de metode analitice moderne, ca de exemplu:exemplu:Difractia de raze X (XRD);Difractia de raze X (XRD);Spectroscopie de retroimprastiere Rutherford (RBS);Spectroscopie de retroimprastiere Rutherford (RBS);Spectroscopie fotoelectronica de raze X (XPS);Spectroscopie fotoelectronica de raze X (XPS);Spectroscopie de masa cu ioni secundari (SIMS);Spectroscopie de masa cu ioni secundari (SIMS);Spectroscopie in infrarosu cu transformata Fourier (FTIR);Spectroscopie in infrarosu cu transformata Fourier (FTIR);Microscopie de tip SFM (Scanning Force Microscopy).Microscopie de tip SFM (Scanning Force Microscopy).

Page 27: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri--Filme subtiri in microelectronica(III)-Filme subtiri in microelectronica(III)-

Rolul filmelor subtiri in microelectronicaRolul filmelor subtiri in microelectronica

Page 28: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri--TTehnologia depunerii chimice in faza de vaporiehnologia depunerii chimice in faza de vapori (CVD) (CVD)pentru obtinerea filmelor subtiri in microelectronica(I)-pentru obtinerea filmelor subtiri in microelectronica(I)-

Etapele ce apar in timpul depunerii chimice din faza de vapori pot fi Etapele ce apar in timpul depunerii chimice din faza de vapori pot fi rezumate astfel: rezumate astfel:

--transportul speciilor reactante gazoase in transportul speciilor reactante gazoase in zona zona dde e depunere; depunere;

--adsorbtia sau chemisorbtiaadsorbtia sau chemisorbtia speciilor reactante speciilor reactante pe pe suprafata de reactiesuprafata de reactie

--reactii de suprafata heterogene;reactii de suprafata heterogene; --desorbtiadesorbtia produsilor de reactie; produsilor de reactie;

-- transportul produsilor de reactie in afara zonei transportul produsilor de reactie in afara zonei dede reactie reactie

Viteza de obtinere a stratului solid depinde de cinetica reactiilor Viteza de obtinere a stratului solid depinde de cinetica reactiilor chimice si de fenomenulchimice si de fenomenul de transport dinamic al fluidelor in reactor.de transport dinamic al fluidelor in reactor.In ordinea clarificarii si intelegerii proceselor CVD, trebuie In ordinea clarificarii si intelegerii proceselor CVD, trebuie examinate atit termodinamicaexaminate atit termodinamica reactiilor implicate in proces, cit si reactiilor implicate in proces, cit si fenomenele de cinetica si transport.fenomenele de cinetica si transport.

Page 29: Structura cristalina

Filme subtiriFilme subtiri--TTehnologia depunerii chimice in faza de vaporiehnologia depunerii chimice in faza de vapori (CVD) (CVD)pentru obtinerea filmelor subtiri in microelectronica(II)-pentru obtinerea filmelor subtiri in microelectronica(II)-

Principalele aplicatii ale filmelor CVD in microelectronicaPrincipalele aplicatii ale filmelor CVD in microelectronica

Filme realizate prin tehnica CVDFilme realizate prin tehnica CVD TempTemp ((CC))

AplicatieAplicatie

OXIZIOXIZI

oxid nedopatoxid nedopat

sticla fosfosilicarticasticla fosfosilicartica

sticla borosilicaticasticla borosilicatica

250-450250-450

interstrat dielectric, mascare, pasivare interstrat dielectric, mascare, pasivare

curgere, sursa de dopare, pasivare curgere, sursa de dopare, pasivare

‘‘stop’ la corodare, sursa de dopare stop’ la corodare, sursa de dopare

SILICIUSILICIU

siliciu amorfsiliciu amorf

ppolisiliciuolisiliciu

siliciu dopat siliciu dopat in situ in situ cu Pcu P

450-700450-700

““-”-”

““-”-”

““-”-”

interconectari de poarta interconectari de poarta

interconectari de poarta si rezistoare interconectari de poarta si rezistoare

““-”-”

WOLFRAMWOLFRAM

wolfram selectivwolfram selectiv

wolframwolfram

300-600300-600

““-”-”

““-”-”

bariera de contact, ‘stop’ de corodare bariera de contact, ‘stop’ de corodare

metalizare metalizare

NITRURINITRURI

obtinute din silanobtinute din silan

obtinute din diclorosilanobtinute din diclorosilan

550-850550-850

““-”-”

interstraturi dielectrice interstraturi dielectrice

mascare mascare

Page 30: Structura cristalina

PolimeriPolimeri-I--I-

Polimerii sunt substante constituite din macromolecule.Dupa natura Polimerii sunt substante constituite din macromolecule.Dupa natura elementelor constituente polimerii pot fi elementelor constituente polimerii pot fi organiciorganici

anorganicianorganici element-organicielement-organiciMacromoleculele sunt construite dupa principiul repetitiv din grupe de atomi Macromoleculele sunt construite dupa principiul repetitiv din grupe de atomi

care formeaza un mer sau o unitate de baza legate in cadrul aceleiasi care formeaza un mer sau o unitate de baza legate in cadrul aceleiasi catene prin legaturi chimice;atunci cand unitatea de baza coincide cu catene prin legaturi chimice;atunci cand unitatea de baza coincide cu portiunea de catena provenita din aceeasi molecula de monomer,numarul portiunea de catena provenita din aceeasi molecula de monomer,numarul acestor unitati cuprinse intr-o macromolecula constituie acestor unitati cuprinse intr-o macromolecula constituie gradul de gradul de polimerizarepolimerizare..

Polimerii se impart in doua categorii Polimerii se impart in doua categorii oligomerioligomeri polimeri inaltipolimeri inaltiDemarcarea intre cele doua categorii situandu-se la mase moleculare de Demarcarea intre cele doua categorii situandu-se la mase moleculare de

ordinul 10000-1000000.Marimea masei moleculare nu contstituie o conditie ordinul 10000-1000000.Marimea masei moleculare nu contstituie o conditie suficienta.suficienta.

Page 31: Structura cristalina

PolimeriPolimeri-II--II-

Unitatile de monomer se pot lega in macromolecule astfel incat sa formeza Unitatile de monomer se pot lega in macromolecule astfel incat sa formeza polimeri liniari,polmeri stratificati sau polimeri reticulati.polimeri liniari,polmeri stratificati sau polimeri reticulati.

Polimerii liniariPolimerii liniari -sunt formati din catene lungi la care una dintre dimensiuni -sunt formati din catene lungi la care una dintre dimensiuni este superioara cu mai multe ordine de marime fata de celelalte doua este superioara cu mai multe ordine de marime fata de celelalte doua dimensiunidimensiuni

Polimeri ramificatiPolimeri ramificati -sunt formati de asemenea din macromolecule liniare la -sunt formati de asemenea din macromolecule liniare la care insa pe catena principala se afla ramificatii a caror lungime este in care insa pe catena principala se afla ramificatii a caror lungime este in acelasi ordin de marime ca si catena principala.acelasi ordin de marime ca si catena principala.

Polimeri reticulatiPolimeri reticulati -sunt polimeri formati din catene lungi unite intre ele prin -sunt polimeri formati din catene lungi unite intre ele prin legaturi chimice si formand o retea spatiala.legaturi chimice si formand o retea spatiala.

Caracteristica pentru structura moleculei unui polimer este prezenta unor Caracteristica pentru structura moleculei unui polimer este prezenta unor catene foarte lungi astfel ca distantele interatomice so tariile legaturilor in catene foarte lungi astfel ca distantele interatomice so tariile legaturilor in interiorul catenei(legaturi chimice cu lungimi de 1-1,5 A) se deosebesc interiorul catenei(legaturi chimice cu lungimi de 1-1,5 A) se deosebesc esential de distantele intercatenare si energiile interactiunilor dintre esential de distantele intercatenare si energiile interactiunilor dintre acestea(interactiuni de diferite tipuri,la distante de ordinul 3-4A)acestea(interactiuni de diferite tipuri,la distante de ordinul 3-4A)

Page 32: Structura cristalina

Polimeri IIIPolimeri III

Tipurile de polimeri

Page 33: Structura cristalina

Polimeri-IV-Polimeri-IV-

PolimerizareaPolimerizarea in treptein trepte -poate avea loc sub influenta unui -poate avea loc sub influenta unui catalizator atat la temperatura ordinara cat si la temperaturi catalizator atat la temperatura ordinara cat si la temperaturi ridicate.Catalizatorii intrebuintati sunt acizi minerali;la temperatura ridicate.Catalizatorii intrebuintati sunt acizi minerali;la temperatura ordinara este utilizat un acid tare de exemplu acidul sulfuric iar la ordinara este utilizat un acid tare de exemplu acidul sulfuric iar la temperaturi mai ridicate un acid mai slab,acidul fosforic.Tipic pentru temperaturi mai ridicate un acid mai slab,acidul fosforic.Tipic pentru o reactie de polimerizare in trepte este urmatoarea reactie care are o reactie de polimerizare in trepte este urmatoarea reactie care are loc prin aditia unei molecule de monomer la o alta molecula de loc prin aditia unei molecule de monomer la o alta molecula de monomer.monomer.

CH2=CHR+CH2=CHR CH3-CHR-CH=CHRCH2=CHR+CH2=CHR CH3-CHR-CH=CHR

CH3-CHR-CH=CHR+CH2=CHR CH3-CHR-CH2-CHR-CH=CHRCH3-CHR-CH=CHR+CH2=CHR CH3-CHR-CH2-CHR-CH=CHR

Polimerizarea prin reactii in lantPolimerizarea prin reactii in lant- reactiile in lant pot avea loc prin - reactiile in lant pot avea loc prin intermediul atomilor liberi activi sau a radicalilor liberi activi ca in intermediul atomilor liberi activi sau a radicalilor liberi activi ca in cazul formarii acidului clorhidriccazul formarii acidului clorhidric

Page 34: Structura cristalina

Polimeri –V-Polimeri –V-

InitiatoriiInitiatorii- substante chimice care introduse in mediul de reactie in - substante chimice care introduse in mediul de reactie in proportie mica(0,1-1% din masa monomerului) se descompun in proportie mica(0,1-1% din masa monomerului) se descompun in radicali liberi activi capabili sa initieze reactia.Initiatorii intrebuintati radicali liberi activi capabili sa initieze reactia.Initiatorii intrebuintati sunt de obicei peroxizi organici sau anorganici printre care peroxizii sunt de obicei peroxizi organici sau anorganici printre care peroxizii de benzoil sau de acetil,apa oxigenta,persulfatii de potasiu sau de de benzoil sau de acetil,apa oxigenta,persulfatii de potasiu sau de sodiu.sodiu.

StabilizatoriiStabilizatorii- se adauga in masa monomerilor pentru a impiedica - se adauga in masa monomerilor pentru a impiedica polimerizarea in timpul depozitarii.Sunt folositi ca stabilizatori polimerizarea in timpul depozitarii.Sunt folositi ca stabilizatori sulful,unele amine,albastru de metilen,taninul,hidroxizii de sodiu sau sulful,unele amine,albastru de metilen,taninul,hidroxizii de sodiu sau de potasiude potasiu

InhibatoriiInhibatorii-au rol de a micsora viteza reactiei de initiere sau de a -au rol de a micsora viteza reactiei de initiere sau de a mari viteza de reactie de intrerupere a lantului.Actiunea inhibatorilor mari viteza de reactie de intrerupere a lantului.Actiunea inhibatorilor se explica prin reactia lor cu monomerii activati sau cu polimerul se explica prin reactia lor cu monomerii activati sau cu polimerul activ in urma careiea se formeaza un radical,foarte putin sau deloc activ in urma careiea se formeaza un radical,foarte putin sau deloc activ si in felul acesta reactia este domolita sau chiar oprita.activ si in felul acesta reactia este domolita sau chiar oprita.

Page 35: Structura cristalina

Polimeri -VI-Polimeri -VI-

Procedee tehnice de polimerizareProcedee tehnice de polimerizare

PolimerizareaPolimerizarea in bloc in bloc

PolimerizareaPolimerizarea in in solutiesolutie

PolimerizareaPolimerizarea in in emulsieemulsie

PolimerizareaPolimerizarea in in suspensiesuspensie

Page 36: Structura cristalina

Polimerizarea-VII-Polimerizarea-VII--procedee tehnice de polimerizare--procedee tehnice de polimerizare-

Polimerizarea in blocPolimerizarea in blocIn acest procedeu polimerizarea are loc in absenta unui mediu In acest procedeu polimerizarea are loc in absenta unui mediu

dizolvant sau dispergent.Operatia este dificil de condus si din dizolvant sau dispergent.Operatia este dificil de condus si din aceasta cauza se intrebuinteaza cantitati mici de monomeri.aceasta cauza se intrebuinteaza cantitati mici de monomeri.

Polimerizarea in solutiePolimerizarea in solutieSe realizeaza in prezenta unor dizolvanti proprii in care sunt solubili Se realizeaza in prezenta unor dizolvanti proprii in care sunt solubili

atat monomerii cat si polimerul sau numai monomerul se obtine atat monomerii cat si polimerul sau numai monomerul se obtine astfel un “lac” care se intrebuinteaza ca atare sau se separa astfel un “lac” care se intrebuinteaza ca atare sau se separa polimerul prin evaporare.Metoda are avantajul posibilitatii de reglare polimerul prin evaporare.Metoda are avantajul posibilitatii de reglare usoara a temperaturii de reactie.usoara a temperaturii de reactie.

Page 37: Structura cristalina

Polimerizarea-VII-Polimerizarea-VII--procedee tehnice de polimerizare--procedee tehnice de polimerizare-

Polimerizarea in emulsiePolimerizarea in emulsieAcest procedeu este cel mai raspandit pentru obtinerea polimerilor.Procedeu Acest procedeu este cel mai raspandit pentru obtinerea polimerilor.Procedeu

prezinta avantaje si anume:viteza de reactie mare,temperatura de reactie prezinta avantaje si anume:viteza de reactie mare,temperatura de reactie joasa si usor controlat.Mediu de reactie consta din monomerul utilizat in joasa si usor controlat.Mediu de reactie consta din monomerul utilizat in proportie de 30-60% din initiatorul reactiei apa si emulsionantul folosit.proportie de 30-60% din initiatorul reactiei apa si emulsionantul folosit.

Viteza de reactie depinde in buna masura de emulsionant de initiator si de Viteza de reactie depinde in buna masura de emulsionant de initiator si de modul de amestecare.Emulsia obtinuta(latexul) se precipita cu un modul de amestecare.Emulsia obtinuta(latexul) se precipita cu un elctrolitul(sulfat de aluminiu) si apoi se filtreaza.elctrolitul(sulfat de aluminiu) si apoi se filtreaza.

Polimerizarea in suspensiePolimerizarea in suspensieAcest procedeu se aseamana cu polimerizarea in emulsie:aici nu se foloseste Acest procedeu se aseamana cu polimerizarea in emulsie:aici nu se foloseste

un emulsionant.Daca se agita puternic un amestec de monomer cu apa fara un emulsionant.Daca se agita puternic un amestec de monomer cu apa fara adaugare de emulsionant dar in prezenta unui catalizator are loc formarea adaugare de emulsionant dar in prezenta unui catalizator are loc formarea polimerului sub forma de picaturi mai mult sau mai putin mari.Ca initiator se polimerului sub forma de picaturi mai mult sau mai putin mari.Ca initiator se foloseste peroxidul de benzoil.foloseste peroxidul de benzoil.

Page 38: Structura cristalina

Polimeri -VIII-Polimeri -VIII--Exemple de polimerizare(I)--Exemple de polimerizare(I)-

Polistirenul -CH2-CH- Polistirenul -CH2-CH- ia nastere prin polimerizarea stirenuluiia nastere prin polimerizarea stirenului

| | CH2=CHCH2=CH. . Polistirenul este solid,incolorPolistirenul este solid,incolor

| | rezistent la agentilor rezistent la agentilor chimicichimici

n n C6H5 C6H5 chimici.Are proprietati chimici.Are proprietati

dielectrice ridicate si odielectrice ridicate si o buna permeabilitate a buna permeabilitate a luminii.luminii.

PolietenaPolietena (-CH2-CH2-)n denumita si polietilena se prepara prin (-CH2-CH2-)n denumita si polietilena se prepara prin polimerizarea etenei,obtinandu-se in functie de conditiile de lucru-polimerizarea etenei,obtinandu-se in functie de conditiile de lucru-temperatura si presiune-produse cu mase moleculare diferite si deci cu temperatura si presiune-produse cu mase moleculare diferite si deci cu proprietati determinateproprietati determinate

Este o masa alba ,opalescenta,insolubila in apa sau in dizolvanti Este o masa alba ,opalescenta,insolubila in apa sau in dizolvanti uzuali la temperatura ordinara.Din cauza ca are structura unei uzuali la temperatura ordinara.Din cauza ca are structura unei hidrocarburi polietena este stabila din punct de vedere chimic,nefiind hidrocarburi polietena este stabila din punct de vedere chimic,nefiind atacata decat de acidul azotic.atacata decat de acidul azotic.

Page 39: Structura cristalina

-Exemple de polimerizare(II)--Exemple de polimerizare(II)-

Page 40: Structura cristalina

Polimeri -VIII-Polimeri -VIII--Exemple de polimerizare(II)--Exemple de polimerizare(II)-

Policlorura de vinilPoliclorura de vinil este unul din produsele cele mai este unul din produsele cele mai importante;se obtine prin polimerizarea clorurii de vinil iar aceasta la importante;se obtine prin polimerizarea clorurii de vinil iar aceasta la randul ei se prepara prin aditia acidului clorhidric la acetilena randul ei se prepara prin aditia acidului clorhidric la acetilena conform reactiilor:conform reactiilor:

CHCH CH+HCICH+HCI CH2=CHCLCH2=CHCL nnCH2=CH2= CHCLCHCL -CH2-CHCI--CH2-CHCI- n nPolmerizarea poate avea loc in bloc,in solutie sau pusa in suspensie. Polmerizarea poate avea loc in bloc,in solutie sau pusa in suspensie.

Policlorura de vinil este o substanta alb-galbuie,rezistenta la Policlorura de vinil este o substanta alb-galbuie,rezistenta la actiunea diferitilor agenti chimici.actiunea diferitilor agenti chimici.

Cauciucul sinteticCauciucul sintetic se obtine din: se obtine din:Polimerizarea butadienei CH2=CH-CH=CH2Polimerizarea butadienei CH2=CH-CH=CH2Polimerizarea cloroprenuluiPolimerizarea cloroprenuluiPolimerizarea izobuteneiPolimerizarea izobuteneiCopolimerizarea butadienei cu stirenulCopolimerizarea butadienei cu stirenul

Page 41: Structura cristalina

Legaturi chimice(I)Legaturi chimice(I)

In stare gazoasa atomii(moleculele) sunt separati unii de altii fiind In stare gazoasa atomii(moleculele) sunt separati unii de altii fiind lasati sa se miste la distante mari in comparatie cu dimensiunile lasati sa se miste la distante mari in comparatie cu dimensiunile proprii,inainte de a se intalni cu un alt atom.In solide si lichide atomii proprii,inainte de a se intalni cu un alt atom.In solide si lichide atomii sunt in contact impiedicati in miscare de prezenta altor atomi sunt in contact impiedicati in miscare de prezenta altor atomi vecini.Asa se explica rezistenta mecanica,coeziunea solidelor.vecini.Asa se explica rezistenta mecanica,coeziunea solidelor.

Legaturile intre atomi pot fiLegaturile intre atomi pot fi

Ionice(heteropolare)Ionice(heteropolare)

Covalente(homopolare)Covalente(homopolare)

Polare(Van der Wals)Polare(Van der Wals)

MetaliceMetalice

De hidrogenDe hidrogen

Page 42: Structura cristalina

Legaturi Chimice-II-Legaturi Chimice-II--Tablou principal--Tablou principal-

Page 43: Structura cristalina

Legaturi chimice(III)Legaturi chimice(III)- legatura ionica I -- legatura ionica I -

Acest tip de legatura apare prin transferul electronilor de valenta Acest tip de legatura apare prin transferul electronilor de valenta aflati in patura exterioara de la un tip de atomi la altul, coeziunea aflati in patura exterioara de la un tip de atomi la altul, coeziunea intre acestia fiind ionica.intre acestia fiind ionica.Forta de atractie FForta de atractie Faa(x) este compensata de fortele de respingere (x) este compensata de fortele de respingere FFrr(x) pentru anumite distante dintre ionii de sarcini opuse, sau, (x) pentru anumite distante dintre ionii de sarcini opuse, sau, pentru o anumita distanta x=xpentru o anumita distanta x=x00, F, Faa(x(x00)= F)= Frr(x(x00). Fortele de ). Fortele de atractie/respingere sunt de natura cuantica. Nu este deci permis, atractie/respingere sunt de natura cuantica. Nu este deci permis, conform principiului Pauli, straturile electronice ale celor doi ioni sa conform principiului Pauli, straturile electronice ale celor doi ioni sa se intrepatrunda, desi valorile determinate experimental pentru se intrepatrunda, desi valorile determinate experimental pentru distanta dintre ionii materialului ar indica de fapt o usoara distanta dintre ionii materialului ar indica de fapt o usoara intrepatrundere ionica fiind mai mici decat suma celor doua raze intrepatrundere ionica fiind mai mici decat suma celor doua raze ionice. Cand cele doua forte devin egale, energia potentiala are un ionice. Cand cele doua forte devin egale, energia potentiala are un minim.minim.Reteaua ionica este realizata prin alternarea ionilor de semne Reteaua ionica este realizata prin alternarea ionilor de semne contrarecontrare

Page 44: Structura cristalina

Legaturi chimice(III)Legaturi chimice(III)- legatura ionica II -- legatura ionica II -

Legatura dintre Legatura dintre ionii de Na si Cl in ionii de Na si Cl in sare este o sare este o legatura ionica legatura ionica tipica. In formarea tipica. In formarea acesteia, unul acesteia, unul dintre atomi dintre atomi cedeaza un cedeaza un electron, ceea electron, ceea cee reflecta in cee reflecta in dimensiunile dimensiunile atomilor inainte si atomilor inainte si dupa formarea dupa formarea legaturiilegaturii

Page 45: Structura cristalina

Legaturi chimice(III)Legaturi chimice(III)- legatura ionica III -- legatura ionica III -

Exemplu KClExemplu KCl

Page 46: Structura cristalina

Legaturi chimice(III)Legaturi chimice(III)- legatura ionica IV -- legatura ionica IV -

Cristale ionice heteropolareCristale ionice heteropolare

Cristalele ionice sunt slab conductoare la temperaturi joase, Cristalele ionice sunt slab conductoare la temperaturi joase, conductivitatea crescand odata cu cresterea temperaturii. Fiindca conductivitatea crescand odata cu cresterea temperaturii. Fiindca legatura ionica este puternica, caracterizata de importante energii legatura ionica este puternica, caracterizata de importante energii de legatura, cristalele ionice sunt dure, stabile cu temperaturi de de legatura, cristalele ionice sunt dure, stabile cu temperaturi de topire ridicate.topire ridicate.

Datorita diferentelor de energie intre straturile complete si Datorita diferentelor de energie intre straturile complete si incomplete de electroni, cristalele prezinta de multe ori transparenta incomplete de electroni, cristalele prezinta de multe ori transparenta in mediul vizibilin mediul vizibil

Defectele de structura cristalina, eventual native si impuritatile Defectele de structura cristalina, eventual native si impuritatile prezente in material pot determina culoarea cristaluluiprezente in material pot determina culoarea cristalului

Page 47: Structura cristalina

Legaturi chimice(IV)Legaturi chimice(IV)- legatura covalenta I -- legatura covalenta I -

Legaturile covalente apar intre atomii de acelasi tip care pun in comun cate Legaturile covalente apar intre atomii de acelasi tip care pun in comun cate un electron, astfel incat electronii lor de valenta sunt distribuiti in perechi cu un electron, astfel incat electronii lor de valenta sunt distribuiti in perechi cu spin antiparalel in regiunea dintre doi atomi vecini. Rezulta astfel o spin antiparalel in regiunea dintre doi atomi vecini. Rezulta astfel o concentratie importanta de electroni in jurul atomilor adiacenti ai materialului concentratie importanta de electroni in jurul atomilor adiacenti ai materialului cu legatura covalentacu legatura covalentaFortele de legatura, cuantice, se numesc forte de schimb. Ele sunt de Fortele de legatura, cuantice, se numesc forte de schimb. Ele sunt de atractie si respingere, de natura coulombiana atractie si respingere, de natura coulombiana Configuratia de gaz inert determina o stabilitate ridicata a materialelor cu Configuratia de gaz inert determina o stabilitate ridicata a materialelor cu acest tip de legaturaacest tip de legatura

Intoarcere la pagina principala

Page 48: Structura cristalina

Legaturi chimice(IV)Legaturi chimice(IV)- legatura covalenta II -- legatura covalenta II -

Cristale covalente homopolareCristale covalente homopolare

Legatura covalenta este o legatura puternica, iar materialele Legatura covalenta este o legatura puternica, iar materialele care prezinta astfel de legaturi au o temperatura de topire care prezinta astfel de legaturi au o temperatura de topire ridicata, duritate mare si maleabilitate redusa.ridicata, duritate mare si maleabilitate redusa.

Punerea in comun a electronilor modifica nivelele energetice de Punerea in comun a electronilor modifica nivelele energetice de excitatie electronica, determinand absorbtia radiatiei in infrarosu. excitatie electronica, determinand absorbtia radiatiei in infrarosu. Astfel , multe semiconductoare sunt opace in mediul vizibil si Astfel , multe semiconductoare sunt opace in mediul vizibil si prezinta o suprafata mata, metalicaprezinta o suprafata mata, metalica

La temperaturi scazute, materialele covalente au conductivitate La temperaturi scazute, materialele covalente au conductivitate electrica mare, care variaza pozitiv cu temperatura, fiind mult electrica mare, care variaza pozitiv cu temperatura, fiind mult influentate de impuritatile din metal.influentate de impuritatile din metal.

Intoarcere la pagina principala

Page 49: Structura cristalina

Legaturi chimice(IV)Legaturi chimice(IV)- legatura covalenta III -- legatura covalenta III -

ExempluExemplu

Cand atomii participanti la o Cand atomii participanti la o legatura covalenta sunt legatura covalenta sunt diferiti, unul dintre ei are diferiti, unul dintre ei are tendinta de a atrage mai tendinta de a atrage mai multi electroni. O astfel de multi electroni. O astfel de legatura se numeste legatura se numeste legatura covalenta polaralegatura covalenta polaraDaca atomii sunt de acelasi Daca atomii sunt de acelasi tip, nici unul dintre ei nu tip, nici unul dintre ei nu atrage mai puternic atrage mai puternic electronii, iar norii elctronici electronii, iar norii elctronici sunt egal distribuiti. sunt egal distribuiti. Legatura se numeste Legatura se numeste homopolarahomopolara

Page 50: Structura cristalina

Legaturi chimice(IV)Legaturi chimice(IV)- legatura covalenta IV -- legatura covalenta IV -

Exemplu 2:Exemplu 2:

Page 51: Structura cristalina

Legaturi chimice(V)Legaturi chimice(V)-Legatura metalica(I)--Legatura metalica(I)-

Acest tip de legatura apare exclusiv in metale, in cazul Acest tip de legatura apare exclusiv in metale, in cazul carora electronii de valenta care au o mare libertate de carora electronii de valenta care au o mare libertate de miscare pot parasi atomii asezati destul de aproape in miscare pot parasi atomii asezati destul de aproape in nodurile retelei cristaline. Acesti electroni joaca rolul unui nodurile retelei cristaline. Acesti electroni joaca rolul unui puternic elemente de coeziuneputernic elemente de coeziuneIn metale, concentratia electronilor liberi atinge valori In metale, concentratia electronilor liberi atinge valori importante. De exemplu, la cupru poate atinge valori de importante. De exemplu, la cupru poate atinge valori de circa 8.45*10circa 8.45*1028 28 electroni in metrul cub, considerand ca electroni in metrul cub, considerand ca fiecare atom de cupru contribuie cu un singur electronfiecare atom de cupru contribuie cu un singur electron

Page 52: Structura cristalina

Legaturi chimice(V)Legaturi chimice(V)-Legatura metalica(II)--Legatura metalica(II)-

Legatura metalica e data de o carcasa de ioni pozitivi in care se gasesc electroni liberi

Page 53: Structura cristalina

Legaturi chimice(VI)Legaturi chimice(VI)-Legatura de hidrogen--Legatura de hidrogen-

Intr-o serie de molecule, hidrogenul formeaza dipoli Intr-o serie de molecule, hidrogenul formeaza dipoli electrici permanenti cu atomii cu care se combina. De electrici permanenti cu atomii cu care se combina. De exemplu in molecula de apa cei doi electroni ai atomilor exemplu in molecula de apa cei doi electroni ai atomilor de hidrogen cauta sa completeze cei doi electroni lipsa de hidrogen cauta sa completeze cei doi electroni lipsa din invelisul exterior al oxigenului.din invelisul exterior al oxigenului.

Legaturi prin intermediul hidrogenului pot sa apara si la Legaturi prin intermediul hidrogenului pot sa apara si la alte molecule, tot prin formarea unor dipoli.alte molecule, tot prin formarea unor dipoli.

Page 54: Structura cristalina

Legaturi chimice(VII)Legaturi chimice(VII)Legatura van der WaalsLegatura van der Waals

Interactia universala van der Waals, care nu prezinta caracter Interactia universala van der Waals, care nu prezinta caracter directional si este foarte slaba apare in toate materialeledirectional si este foarte slaba apare in toate materialele

Fortele van der Waals sunt cu doua ordine de marime mai mici Fortele van der Waals sunt cu doua ordine de marime mai mici decat fortele de hidrogen, si sunt forte de valenta secundare. decat fortele de hidrogen, si sunt forte de valenta secundare.

Pot fi forte de dipol, de inductie si de dispersie. Primele doua tipuri Pot fi forte de dipol, de inductie si de dispersie. Primele doua tipuri de forte se exercita intre dipoli permanenti, iar al treilea tip se de forte se exercita intre dipoli permanenti, iar al treilea tip se datoreste miscarii electronice din atomii moleculelor legatedatoreste miscarii electronice din atomii moleculelor legate

Materialele care prezinta legaturi van der Waals se lichefiaza usor si Materialele care prezinta legaturi van der Waals se lichefiaza usor si cristalizeaza la temperaturi joase. Aceasta demonstraza ca gazele cristalizeaza la temperaturi joase. Aceasta demonstraza ca gazele compuse din atomi prezinta forte de atractie slabe intre molecule.compuse din atomi prezinta forte de atractie slabe intre molecule.

Page 55: Structura cristalina

Bibliografie:Bibliografie:

Irina Kleps – Irina Kleps – Filme elctrice subtiri si semiconductoare utilizate in Filme elctrice subtiri si semiconductoare utilizate in microelectronica. microelectronica.Bucuresti,Teza de doctorat 1998Bucuresti,Teza de doctorat 1998

Dumitru Negoiu - Dumitru Negoiu - Tratat de chimie anorganicaTratat de chimie anorganica. Bucuresti. Bucuresti Editura tehnica 1972 Editura tehnica 1972

C. D.NenitescuC. D.Nenitescu – – Chimie generalaChimie generala. Bucuresti Editura tehnica 1972. Bucuresti Editura tehnica 1972

G.Ivan si T.VolintiruG.Ivan si T.Volintiru - - Introducere in fizico-chimia PolimerilorIntroducere in fizico-chimia Polimerilor.Bucuresti .Bucuresti Editura tehnica 1972Editura tehnica 1972

Manea AdrianManea Adrian -Materiale pentru electronica.Bucuresti -Materiale pentru electronica.Bucuresti