48. Общая характеристика элементов ivа группы. Олово и свинец. Их получение; взаимодействие с кислородом, галогенами, растворами кислот и щелочей. Применение в технике.

В IVA группу периодической системы входят следующие р-элементы: углерод, кремний, германий, олово и свинец. Из этих пяти только олово и свинец по их физическим свойствам можно отнести к металлам. Общая электронная формула этих элементов s²p², они вступают в химические реакции после возбуждения атома и гибридизации орбиталей. Химические свойства р-элементов изменяются с увеличением порядкового номера и главного квантого числа от неметаллических к металлическим.

В виде простых веществ олово и свинец обладают ярковыраженными металлическими свойствами, химически устойчивы. В мягкой воде при свободном доступе СО₂ и О₂ свинец постепенно растворяется, вследствие образования растворимых гидрокарбонатов свинца: 2Pb+O₂+2H₂O+4CO₂2Pb(HCO₃)₂. В соляной кислоте олово и свинец окисляются до степени +2. Со свинцом эта реакция идет только в концентрированной кислоте и при нагревании, так как образующийся PbCl₂ в холодной кислоте малорастворим: Sn+HCL=SnCl₂+H₂; Pb+HCl_(к)=H[PbCl₃]+H₂. Разбавленная серная кислота на олово, а особенно на свинец практически не действует, вследствие образования пленки из малорастворимых солей PbSO₄,SnSO₄. В концентрированной серной кислоте Sn и Pb окисляются: Sn+4H₂SO₄=Sn(SO₄)₂+2SO₂+4H₂O; Pb+3H₂SO₄=Pb(HSO₄)₂+2SO₂+2H₂O; 3Sn+8HNO₃=3Sn(NO₃)₂+2NO+4H₂O; Sn+4HNO_3(к)=H₂SnO₃+4NO₂+H₂O; Pb+4HNO_3(к)=Pb(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O.

Олово и свинец с кислородом образуют монооксиды SnO₂ и PbO₂. В воде оксиды почти нерастворимы, поэтому их гидрооксиды получают действием щелочей на растворы соответствующих солей. Оксиды и гидрооксиды олова и свинца амфотерны. Реагируя с избытком раствора щелочи оксиды и гидрооксиды этих металлов образуют соли. Свинец образует кроме оксидов PbO и PbO₂ также смешанные оксиды, в том числе сурик. Соли олова (II) легко переходят в соли олова (IV). Для свинца более устойчивы соли свинца (II). В водных растворах соли олова и свинца подвергаются гидролизу.

Олово и свинец – пластичные легкоплавкие металлы, имеющие широкое применение. Олово – химически пассивный металл и создает хорошие покрытия металлических поверхностей (лужение). Олово входит в состав различных сплавов, в том числе бронзы и эвтектику со свинцом. Из свинца производят различные легкоплавкие сплавы, в чистом виде применяется для кабельной изоляции, защиты от радиоактивного излучения. Свинцом покрывают металлические поверхности для защиты от серной кислоты и других агрессивных сред.

49. Физические и химические свойства кремния и германия. Собственная и примесная проводимости элементарных полупроводников. Способы получения и методы очистки полупроводниковх материалов.

Для кремния и германия характерны ковалентные связи.Кремний и германий – классические полупроводники – вещества, электрическая проводимость которых резко изменяется по величине и характеру в зависимости от условий. Они называются собственными полупроводниками в отличие от веществ, в которых явление полупроводимости зависит от введенных примесей – примесные полупроводники. Собственная проводимость: Возбуждение -связи приводит к освобождению одного электрона из пары, образующей -связь. В этом случа5е появляется электрон, обладающий подвижностью и способностью перемещаться в электрическом поле, и электронная вакансия, или дырка, в которую захватываются электроны из близко расположенных связей, что вызывает как бы перемещение этой дырки в направлении, противоположном движению электрона.

Примесная проводимость: Внедрение в кристалл полупроводника атома примеси вызывает изменение его электрических свойств. Это изменение электрических свойств вызвано нарушением химических связей между атомами матрицы (Si, Ge) и атомом примесей. Если у атомов примеси число электронов на внешнем уровне больше, чем у атома матрицы, то состояние примесного атома в кристалле устойчиво в том случае, если он обратится в положительный ион, отдав лишний электрон в состояние электронов проводимости – донор. В этом случае электропроводимость за счет электронов будет доминировать над дырочной проводимостью. Сурьма в кристаллах германия и кремния является донором. Если у атома примеси число электронов на внешнем уровне меньше, чем у атома матрицы, то его состояние в решетке устойчво в виде отрицательного иона, в который он обращается, захватывая электроны проводимости – акцептор. В этом случае дырочная проводимость доминирует.

Исходными материалами для получения чистого кремния и германия являются тетрахлориды. Из тетрахлоридов, представляющих собой жидкости выделяют элементарный кремний и германий, которые подвергают вакуумной плавке для удаления примесей и превращают в монокристаллы. В монокристалле создается с помощью интенсивных источников энергии узкая расплавленная зона, медленно дижущаяся по монокристаллу. Примеси из твердой фазы уходят в жидкость и при своем перемещении жидкая фаза освобождает от примесей один конец кристалла, обогощая ими другой.