Физическая химия

Физическая химия материалов изделий электронной техники (ФХМИЭТ)

Индивидуальные задания для студентов ФЗО специальности МиКПРЭС

Минск 2016 Таблица вариантов индивидуальных заданий № варианта

Тема 1. Химия металлов

1. Классификация металлов по периодической таблице: s‑, р‑, d‑металлы, их электронное строение. Химическая связь, типы кристаллических решеток. Применение в конструкционной технике.

2. Металлические кристаллы. Основные типы кристаллических решеток (приведите их графическое изображение), координационные числа. Явление изо ‑ и полиморфизма, поясните его на конкретных примерах.

3. Характеристика р‑металлов III группы периодической системы: электронное строение атомов; физические и химические свойства; применение в конструкционной технике.

4. Общие физические и химические свойства металлов подгруппы ванадия Взаимодействие их с элементарными и сложными окислителями (вода, кислоты, щелочи); приведите уравнения соответствующих реакций.

5. Способы получения металлов и сплавов. Легкие и тяжелые конструкционные металлы и их применение в технике.

6. Металлы подгруппы титана. Физические и химические свойства (уравнения реакций взаимодействия). Применение указанных металлов в конструкционной технике.

7. Характеристика основных физических и химических свойств металлов подгруппы хрома. Примеры реакций их взаимодействия с кислотами. Применение в конструкционной технике.

8. Химические и электрохимические методы защиты металлов от коррозии: охарактеризуйте данные методы, приведите конкретные примеры.

9. Металлы подгруппы меди. Основные физические и химические свойства. Взаимодействие с кислородом, водой и минеральными кислотами (уравнения реакций). Применение в конструкционной технике.

10. Примеры получения различных металлов пиро–, гидро– и электрометаллургическим способами. Охарактеризуйте каждый из указанных способов получения металлов.

11. Общие физические свойства металлов: их обусловленность особенностями химической связи и строением кристаллических решеток металлов.

12. Характеристика основных физических и химических свойств металлов подгруппы железа. Взаимодействие с кислородом, водой и минеральными кислотами (уравнения реакций). Применение в конструкционной технике.

13. Общие химические свойства металлов: взаимодействие с элементарными и сложными окислителями (уравнения реакций).

14. Области применения хрома, молибдена, вольфрама. Охарактеризуйте физические и химические свойства данных металлов, определяющие их использование в конструкционной технике.

15. Общие методы получения свободных металлов и металлов  высокой чистоты; приведите конкретные примеры.

Тема 2. Элементарные и сложные полупроводники

16. Элементарные полупроводники и их классификация по периодической таблице. Особенности химической связи у элементарных полупроводников IV группы. Правило Юм-Розери.

17. Физические и химические свойства кремния. Взаимодействие с элементарными окислителями: O2, N2, C (примеры реакций взаимодействия). Охарактеризуйте получаемые при этом соединения кремния и применение их в технике.

18. Кремний: основные физические свойства, электронная формула и химическая связь. Взаимодействие кремния со сложными окислителями (уравнения  реакций).

19. Основные физические и химические свойства германия. Взаимодействие с элементарными окислителями: O2, N2, C (уравнения реакций). Охарактеризуйте получаемые при этом соединения и применение их в технике.

20. Германий: электронная формула и химическая связь. Характер взаимодействия германия с водой, кислотами и щелочами (приведите уравнения реакций).

21. Углерод и его аллотропические модификации: алмаз, графит и т.д. Особенности структуры. Физические и химические свойства. Применение графита и его модификаций в технике.

22. Общая характеристика элементарных полупроводников и их соединений; применение в технике.

23. Кремний: нахождение в природе; получение технического кремния и кремния для полупроводниковой техники.

24. Элементарные полупроводники V группы периодической таблицы. Охарактеризуйте их физические и химические свойства и применение в полупроводниковой технике.

25. Особенности химической связи и структуры в элементарных и сложных полупроводниках. Правила Юм-Розери и Музера-Пирсона.

26. Сложные полупроводники и их классификация по периодической таблице. Соединения AIIBVI, AIIIBV, AIBIIIC2VI и применение их в полупроводниковой технике.

27. Германий: физические свойства, нахождение в природе. Получение технического германия и германия для полупроводниковой техники.

28. Элементарные полупроводники VI группы периодической таблицы. Основные физические, химические свойства и применение их в полупроводниковой технике.

29. Химическая связь в сложных полупроводниках AIIBVI, AIIIBV. Правило Музера-Пирсона для бинарных и тройных полупроводниковых соединений.

30. Химическое травление полупроводников. Полирующее и селективное травление. Травление германия и кремния (уравнения химических реакций при травлении).

Тема 3. Фазовые равновесия. Диаграммы состояния

31. Постройте диаграмму плавкости системы Mg – Sb, учитывая, что в ней образуется химическое соединение, содержащее 77 мас. % Sb и плавящееся при 940 °С; , . Координаты и температура плавления эвтектик:  — 40 мас. % Sb и ;  — 95 мас.% Sb и . Обозначьте фазовые поля, приведите полное название указанной диаграммы. Для состава, содержащего 60 мас. % Sb, постройте кривую охлаждения, рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения и укажите, как будут изменяться составы жидкой и твердой фаз в ходе кристаллизации.

32. Постройте диаграмму плавкости системы Si – Au, если , ,  и соответствует 31 ат. % Si. Как называется такая диаграмма? Обозначьте фазовые поля, постройте кривую охлаждения для состава, содержащего 80 ат.% Si, рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения. Укажите, как будут изменяться составы жидкой и твердой фаз в ходе кристаллизации.

33. Постройте диаграмму плавкости системы Cu – Ag в координатах «температура – состав» по следующим данным:

содержание Cu, мас. %

100

80

70

60

40

28

20

0

содержание Ag, мас. %

0

20

30

40

60

72

80

100

t нач. кр, °С

1083

960

930

880

800

778

820

962

t конца кр, °С

1083

778

778

778

778

778

778

962

К какому типу диаграмм относится указанная диаграмма? Обозначьте фазовые поля и укажите инвариантные точки. Для состава, содержащего 60 мас. % Cu, постройте кривую охлаждения и укажите, как изменяются составы фаз в ходе кристаллизации, рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения. Рассчитайте для указанного состава количество меди и серебра в жидкой фазе при 800 °С, если общая масса смеси составила 2 кг.

34. В системе Cu – Ni образуется непрерывный ряд твердых растворов неограниченной растворимости. Начертите диаграмму плавкости указанной системы, если , . Обозначьте фазовые поля на диаграмме и ин­ва­ри­ант­ные точки. Для состава, содержащего 65 мас. % Ni, определите: а) тем­пе­ра­ту­ру начала кристаллизации расплава; б) при какой температуре закристаллизуется полностью; в) состав первых выпавших кристаллов; г) состав последней капли расплава; д) постройте кривую охлаждения и рассчитайте число степеней свободы на каждом ее участке.

Рис. 4.3. Диаграмма состояния серы

35. Начертите диаграмму состояния воды при низких давлениях в Р – t — координатах. Объясните значение всех линий и фазовых полей на диаграмме. Рассчитайте число степеней свободы в однофазных областях и на линиях двухфазных равновесий; установите инвариантную точку на диаграмме. Используя уравнение Клапейрона – Клаузиуса, объясните наклон кривых плавления и испарения.

36. Нарисуйте диаграмму состояния серы (рис. 4.3) и определите, какие фазы, их количество находятся в равновесии в точках а, b, Н, В, G, C, на линиях АВ, ВС, CD, BG, GF, CG и рассчитайте для них число степеней свободы. Могут ли в данной системе в равновесии находиться четыре фазы? Ответ необходимо об­ос­но­вать.

37. Постройте диаграмму состояния системы Cd – Bi в координатах «состав-тем­пе­ра­ту­ра» по следующим дан­ным:

содержание Bi, мас. %

0

20

40

60

80

100

содержание Cd, мас. %

100

80

60

40

20

0

t нач. кр., °С

320

290

240

145

190

270

t конца кр., °С

320

145

145

145

145

270

Приведите полное название диаграммы, обозначьте фазовые поля. Укажите эвтектический состав и эвтектическую температуру. Для состава, соответствующего эвтектическому, постройте кривую охлаждения и укажите, как изменяются составы фаз в ходе охлаждения. Рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения.

38. Начертите диаграмму состояния Ge – Si (рис. 4.4) и определите: а) к какому типу она относится; б) количество, природу и состав фаз в точках а, b, с, d, e. Постройте кривую охлаждения для состава d и рассчитайте число степеней свободы на каждом ее участке.

39. Начертите диа­грам­му состояния, приведенную на рис. 4.5 и укажите, к какому типу диаграмм она относится. Ус­та­но­ви­те на ней об­лас­ти двух‑, одно‑ и ин­ва­ри­ант­но­го состояний, указав при этом какие фазы и их число находятся в равновесии. Определите процентный состав химического соединения. Рассчитайте число степеней свободы в точках 1, 2, 3, 4, 5, указав число независимых компонентов и число фаз. Для точки 3 рассчитайте весовые количества твердой и жидкой фазы, если общая масса смеси составила 2 кг.

Рис. 4.4. Диаграмма состояния
системы Ge – Si

Рис. 4.5. Диаграмма состояния системы А – В

40. Начертите диаграмму состояния (см. рис. 4.5) и определите: а) тип диаграммы; б) названия и значения всех линий и фазовых полей; в) укажите, какая фаза будет выделяться первой при охлаждении составов, содержащих 20, 40, 55 мас. % компонента В, и температуру начала и конца их плавления. Рассчитайте формулу химического со­еди­не­ния, ес­ли атом­ная мас­са ком­по­нен­та А рав­на 27, а атомная масса ком­по­нен­та В — 197.

41. Нарисуйте диаграмму состояния (см. рис. 4.5) и приведите ее полное название. Укажите точки эвтектики и перитектики. В точках 6, 7, 8, 9, 10 рассчитайте число степеней свободы, указав при этом число компонентов, количество и состав равновесных фаз. Для точек  и  постройте кривые охлаждения и укажите, как изменяются составы жидкой и твердой фаз при кристаллизации.

42. Постройте диаграмму состояния системы Cd – Bi по следующим данным: , ,  эвтектики 145 °С и соответствует 60  мас % Bi. Укажите, к какому типу диаграмм она относится. Обозначьте фазовые поля и рассчитайте число сте­пе­ней свободы в них. Оп­ре­де­ли­те, какой из металлов и при какой температуре нач­нет выделяться первым при охлаждении жидких спла­вов, содержащих а) 20 мас.% Bi, б) 60 мас. % Bi, в) 70 мас. % Вi. Постройте кривую охлаждения для состава, содержащего 60 мас. % Bi, и укажите, как из­ме­няют­ся составы фаз.

43. Нарисуйте диаграмму состояния Pb – Sn (см. рис. 4.6) и определите: а) тип диаграммы состояния; б) название и значение всех линий и фазовых полей на диаграмме состояния. Рассчитайте число степеней свободы в точках 1, 2, 3, 4, 5, указав при этом количество компонентов, число фаз. Для состава, соответствующего фигуративной точке , постройте кривую охлаждения и укажите, как изменяются при кристаллизации составы фаз.

44. Нарисуйте диаграмму состояния Pb – Sn (рис. 4.6), постройте кривую охлаждения для состава, соответствующего фигуративной точке . Рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения, указав при этом, как будут изменяться составы жидкой и твердой фаз. Для состава точки 2 рассчитайте количество свинца и олова в жидкой и твердой фазах, если общая масса смеси равна 2 кг.

45. Нарисуйте диаграмму состояния Pb – Sn (см. рис. 4.6) и рассчитайте число степеней свободы в точках 6, 7, 8, 9, 10, указав при этом число компонентов, число и составы фаз. Укажите температуру начала и конца плавления состава, соответствующего точке 8. Обозначьте на диаграмме фазовые поля. Определите, к какому типу относится указанная диаграмма, и приведите ее полное название.

Рис. 4.6. Диаграмма состояния системы Pb – Sn