So észecséből álló edszee leíása Fdy Judt egyetem taá 013 ovembe 7 észecse: atom, atomcsopot moleula maomoleula so: 6x10 3 gyszeű példa So észecse ölcsöhatásba V, p, T Levegő egy szobába. Hogya telesít a gáz észecsé a maoszópus ellemzőet? Mt csála? Redező elv a észecsé szté a ucó szté?
Ké: setmag Atomo Moleulá Maomoleulá: pl. ehéé H O C S. H-hda. Va de Waals. ölcsöhatáso Pos: at lametum elsődleges ötése 0.153 m De: sóhda S-hda s Zöld:motubuluso A edezett szeezet a észecsé özött ötésee alapul pot = B m A ötéstávolság ( o ) és ötés eega a ölcsöhatás eegaüggvéye oét üggvéyalaától ügg (A,B) pot = A taszítás m> vozás = ölcsöható észecse távolsága o gyesúly ötéstávolság = ötés eega Hemoglob moleula: 4 alegység hem csopotoal, amelye 0 moleuláat öte O Kédés: ha mde ötéstávolság álladóa = 0, ao hogya ut el az oxgé a hem csopothoz? Mt csála az alotó atomo, atomcsopoto? Mozdulatlaul üle az eegammuma megelelő helyee? Bológa szeezeteet meghatáozó ötése eegá ~ elsődleges ötése : ovales oos (émes) ~ másodlagos ötése 6 ev/ötés ~ 150-600 J/mól H-híd 0.1 1 (víz: 0. ev) Hdoób ölcsöhatás ~ 0.1 va de Waals dpól pottöltés ~ 0.1-0. dpól dpól ~ 0.0 dpól duált dpól ~ 0.01 dőleges dpól ~ 0.0 (dszpezós) eletovolt 1 ev= 3 cal/mole ~ ~ 100 J/mól
Példa a vozó ölcsöhatáso üggvéyomáa Az eletosztatus ölcsöhatáso potecáls eegááa távolságüggése, és ötés eegáa Kölcsöhatás ega-üggvéy távolság-üggése Átlagos ölcsöhatás eega (J/mól) o-o 1 00-300 o - álló dpólus 10-0 álló dpólus - álló dpólus dpólus dpólus hőmozgás mellett dszpezós ölcsöhatás 3 6 6 1-0.3 A ötése ellemző ötéstávolsága lem Redszám Va de Waals sugá (m) Kovales sugá (m) Iosugá (m) H 1 0,10 0,037 H C 6 0,170 0,077 0,09 C 7 0,155 0,075 0,05 O 8 0,15 0,073 0,140 O - F 9 0,147 0,071 0,117 F - P 15 0,180 0,106 0,058 P 3 S 16 0,180 0,10 0,184 S - Gyegébb ölcsöhatás agyobb ötéstávolság Io Atom áduszo ételmezése: 0 = A B A edezett szeezet a észecsé özött ötésee alapul pot = B m taszítás m> Hemoglob moleula: 4 alegység hem csopotoal, amelye 0 moleuláat öte O Boltzma eloszlás, megülöböztethető, üggetle észecse Temus egyesúlyba (zát edszebe), T= 0 hőmésélete egy észecse lehetséges eegáa az eegával bíó észecsé száma = = Ludwg duad Boltzma 1844-1906, osztá zus pot = A vozás = ölcsöható észecse távolsága o gyesúly ötéstávolság = ötés eega Kédés: ha mde ötéstávolság álladóa = 0, ao hogya ut el az oxgé a hem csopothoz?, A Boltzma eloszlás üggvéyomáa T Δ T Boltzma ato A ötéstávolság ( o ) és ötés eega a ölcsöhatás eegaüggvéye oét üggvéyalaától ügg (A,B) Mt csála az alotó atomo, atomcsopoto? Mozdulatlaul üle az eegammuma megelelő helyee? 1, 1 0,, 0 Az eega-szte bámely (,) ombácóáa gaz
Boltzma eloszlás ételmezés = = Populácó: a észecsé eloszlaa az eega-sztee T Δ T Boltzma eloszlás példá 1. Redezett szeezete (maomoleulás omplexe) ötése Mde ötése az egyesúly távolság és eegammum ellemző? Lehetee temus ooból elszaadt ötése T=310 K e?,, 0 T 0 T Mde hőmésélete gaz, hogy a betöltöttség a s eegá elé ő. Alacsoyabb hőmésélete az alsó ívó populácóa megövesz T 1 <T <T 3 Ugyaazo észecse eloszlása, eltéve, hogy 0 =0 elszaadt Δ = ötés Δ T T ~ 0.07 ev T? ötés T=310 K, =1.38x10-3 JK -1 Boltzma álladó ötés (ev) Δ T elszaadt e eletovolt 1 ev= 3 cal/mole ~ ~ 100 J/mole 1, 1 0,, 0 gy választott > 0 agyobb eegáú ívó populácóa az eegammum populácóához est ő a hőmésélettel. T 1 <T <T 3 0 azoos 0 T 0 lsődleges ötése: oos, ovales (émes) 6 ~ 0 cs Másodlagos ötése: H ötés ~ 0. hdoób ölcsöh. ~ 0.1 dpól ölcsöhatáso 0.01 0.1 va de Waals (dszpezós) 0.0 ~ 0.5 so > 0 Pl. vaa-e elszaadt H-ötése a T7 bateoág dsds-ébe T=300K e? Δ = ha elszaadt ötés << Δ T A T7 ág DS-e b. 40000 bázspából áll H ötése száma b. 100 000 = 100 000 Δ = Δ T ötés 0.06 0. = 0. ev = 0.00046 elszaadt ~ 46/DS dő-átlag! A másodlagos ötése eletős számba elszaadhata lexbltás omplexzésél lehetőség lgadumo ötésée és éma eacóa. Ayagcsaládo edezettség oa.1. Gázállapot (deáls gáz) teles alalmazható a Boltzma eloszlás = 1 mv = T = 3 pv = T 1 mv potszeűoészecsée = 1 mv Gázállapot (deáls gáz) cs ölcsöhatás =0 szeezete edezetle észecsé azoosa ( potszeűe) zotóp: tuladosága üggetlee a méés áyától deomálható téogatát a tatály hatáozza meg Temus egyesúly az egyed észecsé sebessége (abszolút étée) eloszlást övet MaxwellBoltzmaéle sebességeloszlás O
.. Szlád teste stályos(amo szeezetet em tágyalu) Részecsé: atomo elsődleges ötése edezett szeezet : stályszeezet moleulá másodlagos ötése s edezettség csöe Ideáls: egystály mostályos Kstályállapot tuladosága: azotópa: tuladosága a méés áyától ügge mechaa szládság hatáozott téogat hatáozott ala acl S lem cellá peodus edbe: stály ács Hosszú távú edezettség: Ismétlődés távolság >> 100xötéstávolság ( 0 ~0.15 m) 14éle elem cella valósul meg temészetbe 14éle elem cella: Bavas ácso.. Szlád teste stályos(amo szeezetet em tágyalu) Folyt. Boltzma eloszlás szeepe: töéletes edezettség csa T=0 hőmésélete lehetséges stályhbá pothbá : ácspot háy (vaaca) ácspot többlet (testtum) pothba e Δ T.3. Folyadéo Részecsé: moleulá Köcsöhatás :gyegébb mt a stályoba ~ másodlagos ötése edezett és edezetle tatomáyo átlagos cs so elszaadt ötés Víz moleulá olyadéba és stályos állapotba Hosszú távú ed pothbá dúzóával voalmet vagy elület hbá ( szemcsehatá) Szlád teste za tuladoságat a stályhbá ellege és dúzóa eletőse beolyásola szlád test za tudomáyág Időlegese alauló és megszűő edezett tatomáyo ~ 510 moleula övd távú ed Folyadéállapot tuladosága: zotópa deomálhatóság elvesz a tatály alaát hatáozott téogat Amo szlád teste~megagyott olyadéo
.b..3b. Folyadéstályo mezomo ayago Kölcsöhatás eega átlag ~ olyadéoé (cs) Hosszú távú ed ~ stálya ellemző Deomálhatóság Specáls alaú észecsé ~ oog, oal Megvalósuló edezettség omá szmetus Folyadéstályo(F) gyaolat példá 1. Temotópa oleszteus edezettség eseté F étege sze elz a hőméséletet otat temogáa. letoopta elesége: eletomos té hatásáa a éyáteesztés megváltoz F étege eletódáal elző 3. Lotópa:aml szálalú moleulá (pl. oszolpde) oldószebe edezett ettős v. többszöös étegeet alota lpd membáo ematus Ks ölcsöhatás eega a edezettség omá ézéeye ülső petubácóa Setmembá: ettős lpd éteg Lposzómá oleszteus hőmésélet oldósze moleulá eletomos té Más ellegű példá a Boltzma eloszlása 3. Kéma eacó eacósebességée üggése a hőmésélettől Reacó : A B A AB és BA eacósebessége aáyosa azo eagese számával, amelye eegáa elé az atvácós gát agyságát. AB BA K = = cost e = cost e BA AB bae A T bae B T A B T A hőméséletet változtatva és méve a eacósebességeet, az adatoból az atvácós eega meghatáozható Aheus éle ábázolás A B log K = log e 1 T Redezett edszeebe (stályoba) a észecsé özött ölcsöhatás megváltoztata az eletoállapotoat 4. Baometus magasságomula A levegő sűűsége az atmoszéába a tegeszttől mét magassággal (h) csöe: ρ( h) ρ(0) mgh T m a levegő észecsée átlagos tömege g gavtácós gyosulás
A észecsé ölcsöhatása szélesít az atom eegaszteet Kstályba ölcsöható azoos atom egy atom ívó ívóa hasad 11a atom egasávo tuladosága és a Boltzma eloszlás eletomos tuladoságo opta tuladoságo ües betöltött eega 1s s p 6 3s 1 A elhasadás legobba a ülső ívóat ét A1 A B A csopot Ües vezetés sáv: cs eleto, amely eegát vehete el az eletomos téből letomos vezetés eltétele : eletopopulácó Δ eegával A1 család: vezetés vegyété pl. gyémát: Δ= 5.4 ev vez vegy Δ T Δ >> T 5.4 0.03 35 = 0 Tltott sáv szélessége T=0.03 ev > vezetés sáv temusa em populálható szgetelő cs VIS oto elyelés átlátszóa (UV és IR geesztés lehetséges) Vez. sáv Vegyété sáv A család S Ge Δ vez vegy 0.75 0.03 Δ(eV) 1.1 0.75 e 33 = 7 10 15 vegyété tpusú vezetés (eleto vezetés) p tpusú vezetés (eletolyu vezetés) Δ 1eV Δ > T 3 6 10! vezetés 4 10 8 Δ σ e T /cm 3 A temusa geesztett eletoo száma eáls meység, elegedő a vezetéshez Tszta élvezető vezetőesség ő a hőmésélettel VIS otooal geeszthető átlátszatlao
A család Tszta élvezető Fotos gyaolat alalmazáso Temoezszto hőméséletméés Féy elyeléssel vezetés duálható Fotodetetoo UV éy h VIS > Δ σ = gap cost e T Gyegé ügg Ttől B csopot ayaga 1 és vegyétéű éme a, Mg, Cu.. (töltéshodozó)/m 3 Fal.elleállás (Ohmxm) Jó vezető VIS tatomáyba átlátszalao A észlegese betöltött vezetés sáv lehetővé tesz az eletomos eegaelvételt a VIS otoo elyelését σ Cu 1 T S 9x10 8 1x10 16 x10 8 3x103 T=93 K A al.vezetőesség csöe a hőmésélettel élvezető A** család Szeyezéses/adaléolt élvezető Dopg 4 vegyétéű Ge stály, 5 vegyétéű Asel Szeyezés: tszta élvezető stályácsába ge s meységbe egy más ompoest ültete be élv. szeyez ő 10 6 Az adalé atom zolált a hodozó stályácsba A gyegé ötött többleteleto öye ozálható tpusú vezetés Két ombácó 4 vegyétéű hodozó 5 vegyétéű szeyező tpusú szey.élvezető 4vegyétéű hodozó 3vegyétéű szeyző ptpusú szey.élvezető hodozó: Ge, S adalé: 5vegyétéű : P, As, B 3vegyétéű : B, Al, Ga, I Vezetés sáv Vegyété sáv Doo ívó loalzált a szeyező
Dopg 4 vegyétéű Ge stály, 3 vegyétéű Gaal gy eleto háy va a Gaatomoál, z a ötés öye beogad Geeletooat ptpusú vezetés Szeyezéses élvezető gyaolat alalmazása 4vegyétéű atomo (S v. Ge) élvezető stályácsába zolálta 3 v. 5 vegyétéű adalé ú, a szeyező atomo loalzált eletoállapot a tltott sávba eetív Δ lecsöe (0.010.05eV) vezetés öye egulálható vagy ptpusú töltéshodozó száma megő Δ 1eV p Vezetés sáv Vegyété sáv dóda: egyeáyító Vezetés sáv Accepto ívó csa a szeyező loalzálva, eletolyua dudála a Geácsba 0.05 0.01 ev bemeet p p p vezet em vezet Vegyété sáv letoa alapáamöö egyeáyító, eősítő ge s méetbe Moeletoa tazszto : eősítő ad p typeo doped semcoductos ae combed to costuct two basc uts o electocs: dode ad tassto owad based p dode: ecte lght souce ude voltage tasduce o lght to voltage gy szebb da de saos agolul tassto: electc cuet ample dgtal ut o computes p collecto base emtte Vége