На главную

Внутренняя часть двойного слоя

Впервые Грехем, имея в виду прежде всего ДС на поверхности ртути, показал, что в слое Штерна хемосорбируются только анионы с частичным разрушением гидратных оболочек, в то время как катионы остаются гидратированными и связаны с поверхностью только электростатическими силами.

В дальнейшем было обращено внимание на то, что в строении двойного слоя взаимодействие растворителя с поверхностью может иметь не меньшее значение, чем гидратация ионов. Подобно первичному слою, связанному с малыми катионами и анионами в объеме электролита, на заряженной поверхности должен быть гидратный слой, в котором адсорбированные молекулы воды имеют преимущественную ориентацию.

Бокрис, Деванхатан и Мюллер считают, что гидратированные катионы не способны проникнуть в гидратный слой на поверхности электрода. Согласно их модели, центры не специфически адсорбированных катионов находятся на расстоянии от поверхности, равном сумме удвоенного диаметра молекулы воды и собственно радиуса катиона, т. е. еще дальше, чем внешняя плоскость Гельмгольца по Грехему.

Сопоставляя эти модели строения ДС, Конвей и Гордон обращают внимание на возможность аналогии с образованием ионных пар в объеме электролита. В последнем в зависимости от заряда и кристаллографического радиуса ионов возможны различные степени ассоциации ионов; предельными случаями их являются гидра тированная ионная пара (ионы в ней сохраняют свои гидратные оболочки) и контактная ионная пара.

Взаимодействие растворитель поверхность, растворитель ионы трудно учесть при построении статистической теории двойного слоя. Так, в теории Мартынова Мулера гидратация поверхности вообще не учитывается, а взаимодействие ион растворитель описывается посредством введения эффективного радиуса иона, характеризующего гидратацию. При этом сила электростатического взаимодействия ионов описывается таким образом, как если бы они находились в среде с макроскопическим значением диэлектрической проницаемости воды.

В теориях Кирьянова и Крылова влияние гидратации поверхности адсорбции ионов и строение двойного слоя учитываются посредством введения прослойки растворителя с аномальным значением диэлектрической проницаемости, поляризация которой описывается микроскопически, что также нелегко обосновать. В последних работах допускается возможность диэлектрической анизотропии гидратного слоя.

Критические замечания Спарная в адрес статистической теории диффузного двойного слоя Левина, Мингинса и Белла также касаются в основном необходимости учета дискретной природы растворителя. По-видимому, образование ионных пар между фиксированными или специфически адсорбированными ионами, с одной стороны, и не специфически адсорбированными противо ионами с другой в современных статистических теориях описывается неудовлетворительно, так как в них пока что не удается учесть дискретную природу растворителя.
Дальше...

Атомы и ионы

Атом, как известно, состоит из различных мельчайших частиц: электронов, имеющих наименьший, известный в природе отрицательный заряд и массу, в 1 837 раз меньшую массы водородного атома; протонов, имеющих положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона, и массу, почти равную массе атома водорода; нейтронов, не имеющих электрического заряда, но имеющих массу, почти равную массе иротона.

Эти элементарные частицы входят в состав всех атомов, но в различном количестве, что и обуславливает отличие атомов друг от друга. Согласно теории проф. Д. Д. Иваненко ядро атома состоит из протонов и нейтронов, общее число которых определяет атомный вес А элемента. Порядковый номер Z элемента в системе Менделеева равен числу протонов в ядре данною элемента; тогда число нейтронов равно А Z.

Количество электронов, составляющих внешнюю электронную оболочку данного атома, равно числу протонов, входящих в состав ядра этого атома, т. е. равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. В целом атом любого элемента является электрически нейтральной системой, так как число протонов ядра, имеющих положительный заряд, равно числу электронов внешней оболочки, имеющих отрицательный заряд такой же величины.

Разрушить атомное ядро большинства элементов очень трудно, но электроны внешней оболочки довольно легко отрываются от атома под действием различных внешних сил. Этот процесс отрыва электрона от атома носит название ионизации, а сам атом, потерявший электрон, уже перестает быть нейтральным и превращается в положительный ион, положительный электрический заряд которого равен по абсолютной величине заряду потерянного электрона.

Благодаря этой способности электронов довольно легко отделяться от атомов они чаще других частиц находятся в свободном состоянии. Простейшим атомом является атом водорода Н, в составе которого имеется ядро из одного протона и электронная оболочка из одного электрона. Атом гелия Не состоит из ядра с двумя протонами и двумя нейтронами и электронной оболочки из двух электронов. Вообще, чем тяжелее атом, тем сложнее его структура.

Все частицы в атоме удерживаются действующими между ними силами, вследствие чего для разрушения атома, или даже только для раздвижения его частиц, обычно необходимо совершить работу, направленную против действия этих сил, т. е. увеличить энергию атома, которую мы будем называть его внутренней энергией. Электроны в твердых телах

Все, что выше говорилось о внешних электронах оболочки атомов, относилось к изолированным атомам, которые можно считать находящимися весьма далеко от всяких других частичек (атомов, ионов, электронов и макроскопических тел), как, например, можно почти всегда рассматривать атомы газа. Если же атомы начинают сближаться или остаются в этом состоянии длительное время, то внешние электроны каждого из атомов испытывают действие электрических сил от соседних частиц, в результате чего ослабляется связь этих электронов со своим атомом.
Читать статью

Светодиоды

Светодиоды - полупроводниковые источники некогерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на явлении электролюминесценции при инжекции не основных носителей заряда через гомо или гетеро переход.

Как правило, светодиоды работают в спектральном диапазоне 0,4... 1,6 мкм Приборы, излучающие в видимом диапазоне, принято называть светоизлучающими диодами СИД (в этом названии слово свет употребляется в узком смысле)- В своем большинстве они используются как индикаторы для отображения информации. а также как малоинерционные источники света для генерации световых импульсов малой длительности. Приборы, излучающие в ближней инфракрасной области спектра, принято называть ИК светодиодами.

Они, как правило, предназначены для работы в качестве источников излучения в различного рода оптоэлектронных устройствах, в системах автоматического контроля, в датчиках, в системах накачки, ИК подсветки т. п. Более высокая по сравнению с лазерами надежность и стабильность характеристик а также сравнительно простая конструкция светодиодов делают их особенно подходящими для систем связи короткие расстояния при невысокой информационной пропуск ной способности.

Светодиоды работают при пропускании через них тока в пря мом направлении. В светодиоде важно обеспечить такие условия, чтобы рекомбинация инжектированных не основных носителей заряда происходила излучательным путем. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к переходу, определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материал. и уровнем его легирования.

Основные достоинства светодиодов как видимого, так и ИК диапазонов обусловлены возможностью непосредственного преобразования электрической энергии в световую с высокой эффективностью. Поэтому важными характеристиками светодиодов являются эффективность и спектральный состав излучения. Эффективность. Спонтанное излучение генерируется в активной области вблизи перехода и испускается изотропно во все направления.

Оказалось, что к качеству полупроводниковых материалов, предназначенных для изготовления светодиодов. предъявляются еще более жесткие требования, чем к материалам для обычных полупроводниковых приборов типа диодов и транзисторов. В первую очередь такие материалы должны содержать минимум дефектов, в том числе глубоких центров, на которых происходит эффективная безызлучательная рекомбинация.

Важно, чтобы скорость излучательной рекомбинации превышала скорость безызлучательной. Это условие значительно проще выполнить в прямозонных полупроводниках, поскольку вероятности излучательных переходов там существенно выше, чем в не прямозонных материалах. По этой причине для изготовления свето диодов предпочтительней использовать полупроводники с пря мой структурой энергетических зон. Однако круг материалов, на основе которых могут быть изготовлены светодиоды, весьма ограничен.
Источник: izuchenie-nelineynoy-optiki.ru