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UNTERHALTIGE ERFAHRUNGEN ZU HAUSE
Der Strahl fiel auf den Kristall. Chemische Experimente
Unterhaltsame Erlebnisse zu Hause / Chemieexperimente für Kinder Kommen wir zur Herstellung des Halbleiters. Sobald es Ihnen bereits gelungen ist - Erfahrungals man einen Aluminiumlöffel in einen Gleichrichter verwandelte. Jetzt ist die Erfahrung nicht weniger interessant und mit theoretischen Erklärungen. Es ist besser, es in einem Chemiezirkel oder in einem Schullabor unterzubringen, und zwar nicht, weil die Erfahrung gefährlich ist: Sie haben höchstwahrscheinlich einfach nicht die benötigten Substanzen zu Hause. Erste, vorläufige Erfahrung. Bereiten Sie eine Lösung aus Bleinitrat oder -acetat vor und leiten Sie Schwefelwasserstoff durch (unter Zugluft arbeiten!). Trocknen Sie das ausgefällte Bleisulfid PbS und prüfen Sie, wie es Strom leitet. Es stellt sich heraus, dass dies der häufigste Isolator ist. Was ist also mit Halbleitern? Lassen Sie uns keine voreiligen Schlüsse ziehen, sondern das folgende, grundlegende Experiment durchführen. Für ihn müssen Sie gleiche Mengen, beispielsweise 15 ml, einer 3%igen Lösung von Thiocarbamid NH vorbereiten2C(S)NH2 und 6 % Bleiacetatlösung. Gießen Sie beide Lösungen in ein kleines Glas. Führen Sie mit einer Pinzette eine Glasplatte in die Lösung ein und halten Sie sie senkrecht (oder fixieren Sie sie in dieser Position). Gießen Sie mit Gummihandschuhen eine konzentrierte Alkalilösung fast bis zum Rand in das Glas (vorsichtig!) und rühren Sie vorsichtig mit einem Glasstab um, wobei Sie darauf achten, den Teller nicht damit zu berühren. Erhitzen Sie die Lösung leicht, damit Dampf entsteht. weiter rühren. Nach zehn Minuten die Glasplatte vorsichtig entfernen, unter fließendem Wasser waschen und trocknen. Und in diesem Fall handelt es sich um Bleisulfid – was ist also der Unterschied? Im zweiten Experiment verläuft die Reaktion langsam und der Niederschlag fällt nicht sofort aus. Wenn Sie die Lösung beobachteten, bemerkten Sie, dass sie zunächst trüb wurde und fast wie Milch wurde und erst dann dunkler wurde – diese Zwischenverbindungen bildeten bei der Zersetzung schwarzes Bleisulfid. Und es legt sich in Form eines dünnen schwarzen Films auf dem Glas ab, der aus sehr kleinen Kristallen besteht, die nur unter dem Mikroskop sichtbar sind. Dadurch wirkt die Folie sehr glatt, fast spiegelnd. Befestigen Sie zwei elektrische Kontakte an der Folie und leiten Sie den Strom weiter. Verhielt sich das Bleisulfid aus dem vorherigen Experiment wie ein Dielektrikum, leitet es jetzt Strom! Schließen Sie ein Amperemeter an den Stromkreis an, messen Sie den Strom und berechnen Sie den Widerstand: Er ist höher als der von Metallen, aber nicht so groß, dass er den Stromdurchgang behindert. Bringen Sie eine brennende Lampe ganz nah an die Platte und schalten Sie den Strom wieder ein. Sie werden sofort feststellen, dass die Bleisulfidbeständigkeit dramatisch gesunken ist. Ein schwarzer Film verhält sich ähnlich, wenn er einfach erhitzt wird. Steigt aber beim Anzünden und Erhitzen die Leitfähigkeit, dann haben wir es mit einem Halbleiter zu tun! Warum hat Bleisulfid eine solche Eigenschaft? Wir haben seine Formel als PbS aufgeschrieben, aber die wahre Zusammensetzung der Kristalle dieser Substanz stimmt nicht ganz mit ihr überein. Einige Verbindungen, darunter Bleisulfid, gehorchen nicht dem Gesetz der Zusammensetzungskonstanz. Und sie sind alle Halbleiter. (Gleiches gilt übrigens auch für das Aluminiumoxid, das den Wechselstrom gleichgerichtet hat.) In einem PbS-Kristall sollte die Anordnung der Partikel scheinbar streng wiederholt werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Konzentrationen der Lösungen, aus denen die Kristalle gewonnen werden, schwanken, kommt es jedoch häufig zu einer Verletzung der Reihenfolge. Der Einfluss der Temperatur, andere äußere Ursachen. Wie dem auch sei, in einem echten Kristall beträgt das Verhältnis von Schwefel- zu Bleiatomen nicht genau 1:1. Die Abweichungen von diesem Verhältnis sind sehr gering und betragen nur etwa 0,0005. Aber auch das reicht aus, um die Eigenschaften deutlich zu verändern. Blei- und Schwefelatome sind in einem Kristall durch zwei Elektronen verbunden: Blei gibt sie an Schwefel weiter. Nun, wenn das Verhältnis 1:1 verletzt wird? Befindet sich neben dem Bleiatom kein Schwefelatom, sind die Elektronen frei – sie dienen als Stromträger. Und solche Fälle sind nicht so selten, wie es scheint. Natürlich ist das Verhältnis 1,0005:1 fast gleich eins, aber wenn Sie sich daran erinnern, wie viele Atome sich in einem Kristall befinden, wird Ihnen dieser unbedeutende Unterschied nicht mehr so unbedeutend erscheinen. Die Zusammensetzung von Bleisulfid kann angepasst werden. Es ist dann notwendig, seine Leitfähigkeit zu ändern. Befinden sich mehr Schwefelatome im Kristall, sinkt die Leitfähigkeit, sind es weniger, werden mehr freie Elektronen gebildet und die Leitfähigkeit steigt. Kurz gesagt, durch Änderung des Verhältnisses von Schwefel- und Bleiatomen kann man die erforderliche Leitfähigkeit erhalten. Diese Erfahrung lässt sich nicht leicht in Worte fassen; Wenn Sie sich nicht trauen, ein Experiment durchzuführen, vertrauen Sie mir, dass es funktioniert. Nehmen Sie ein Quarzrohr und platzieren Sie ein Boot mit Bleisulfid in den Himmel. Führen Sie andererseits das gleiche Schiffchen mit Blei in das Rohr ein und erhitzen Sie das Rohr sehr stark, sodass das Blei zu verdampfen beginnt. Sulfid absorbiert in diesem Fall Dämpfe, reichert sich mit Blei an und erhöht seine elektrische Leitfähigkeit deutlich. Es bleibt nur noch die Frage zu beantworten, warum Bleisulfid so lichtempfindlich ist. Lichtquanten übertragen Energie auf Elektronen, wobei im Einzelfall Strahlen mit einer bestimmten Wellenlänge am effektivsten sind. Bei Bleisulfid handelt es sich um Infrarot-Wärmestrahlung. Deshalb empfehlen wir Ihnen, die Lampe näher an die Folie zu bringen. Übrigens verwenden Infrarotempfänger normalerweise einen hervorragenden Halbleiter – Bleisulfid. Autor: Olgin O.M.
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