Bạc bromua

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Buớc tưới chuyển hướng Bước tới tìm kiếm

Bạc bromide (AgBr), một loại muối mềm, không màu vàng, không tan trong nước nổi tiếng (cùng với các halogen bạc khác) vì độ nhạy cảm khác thườngvới ánh sáng. Khách sạn này đã cho phép halogen bạc trở thành nền tảng của các vật liệu ảnh hiện đại.  AgBr được sử dụng rộng rãi trong các bộ phim ảnh và được một số người tin rằng đã được sử dụng để làm Tấm vải liệm thành Torino.  Muối có thể được tìm thấy tự nhiên dưới dạng khoángbromargyrite (bromyrite).

Chuẩn bị[sửa | sửa mã nguồn]

Mặc dù hợp chất có thể được tìm thấy ở dạng khoáng chất, AgBr thường được điều chế bằng phản ứng của bạc nitrat với một bromua kiềm, điển hình là kali bromua:

AgNO 3 (aq) + KBr (aq) → AgBr (s) + KNO 3 (aq)

Mặc dù ít thuận tiện hơn, muối cũng có thể được điều chế trực tiếp từ các yếu tố của nó.

Chuẩn bị hiện đại của một bề mặt đơn giản, nhạy cảm với ánh sáng liên quan đến việc hình thành nhũ tương của các tinh thể halogen bạc trong gelatine, sau đó được phủ lên màng hoặc các chất hỗ trợ khác. Các tinh thể được hình thành do sự kết tủa trong môi trường được kiểm soát để tạo ra các tinh thể nhỏ, đồng nhất (thường có đường kính <1 μm và chứa ~ 10 12 nguyên tử Ag) được gọi là các hạt.

Phản ứng[sửa | sửa mã nguồn]

Bạc bromide phản ứng dễ dàng với amoniac lỏng để tạo ra nhiều phức hợp amine:

AgBr + nNH 3 → Ag (NH 3) 2 1+

{AgBr (NH 3) 2 }

{AgBr 2 (NH 3) 2 } 1−

{AgBr (NH 3)}

{AgBr 2 (NH 3)} 1−

Bạc bromide phản ứng với triphenylphosphine để tạo ra sản phẩm tris (triphenylphosphine):

Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Cấu trúc tinh thể[sửa | sửa mã nguồn]

AgF, AgCl và AgBr đều có cấu trúc mạng tinh thể đá khối (fcc) tập trung vào mặt với các tham số mạng sau:

Các ion halogen lớn hơn được sắp xếp trong một khối đóng kín, trong khi các ion bạc nhỏ hơn lấp đầy các khoảng trống bát diện giữa chúng, tạo ra cấu trúc 6 tọa độ trong đó ion bạc Ag + được bao quanh bởi 6 ion Br - và ngược lại. Hình dạng phối hợp cho AgBr trong cấu trúc NaCl là không mong muốn đối với Ag (I) thường tạo thành các phức tuyến tính, lượng giác (3 tọa độ Ag) hoặc tứ diện (Ag phối hợp 4).

Không giống như các halogen bạc khác, iodargyrite (AgI) chứa cấu trúc mạng kẽmite hình lục giác.

Độ hòa tan[sửa | sửa mã nguồn]

Các halogen bạc có một loạt các chất hòa tan. Độ hòa tan của AgF gấp khoảng 6 × 10 7 lần so với AgI. Những khác biệt này được quy cho các entanpy hòa tan tương đối của các ion halogenua; entanpy của sự hòa tan florua là lớn bất thường.

Độ hòa tan bạc
Hợp chất Độ hòa tan (g / 100 g H 2 O)
AgF 172
AgCl 0,00019
AgBr 0,000014
Agi 0,000003

Độ nhạy sáng[sửa | sửa mã nguồn]

Mặc dù các quy trình nhiếp ảnh đã được phát triển từ giữa những năm 1800, nhưng không có lời giải thích lý thuyết nào phù hợp cho đến năm 1938 với việc xuất bản một bài báo của RW Gurney và NF Mott.  Bài báo này đã kích hoạt một lượng lớn nghiên cứu trong các lĩnh vực hóa học và vật lý chất rắn, cũng như cụ thể hơn là trong các hiện tượng nhạy cảm với halogen bạc.

Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế này cho thấy tính chất ảnh của halogen bạc (đặc biệt là AgBr) là kết quả của sự sai lệch so với cấu trúc tinh thể lý tưởng. Các yếu tố như tăng trưởng tinh thể, tạp chất và khuyết tật bề mặt đều ảnh hưởng đến nồng độ của khuyết điểm ion và bẫy điện tử, ảnh hưởng đến độ nhạy với ánh sáng và cho phép hình thành một hình ảnh tiềm ẩn.

Frenkel khuyết tật và biến dạng tứ giác

Khiếm khuyết lớn trong halogen bạc là khiếm khuyết Frenkel, trong đó các ion bạc nằm ở vị trí xen kẽ (Ag i +) với nồng độ trống ion bạc tích điện tương ứng (Ag v -). Điều độc đáo ở các cặp AgBr Frenkel là Ag i + xen kẽ đặc biệt di động và nồng độ của nó trong lớp bên dưới bề mặt hạt (gọi là lớp điện tích không gian) vượt xa khối lượng bên trong.  Năng lượng hình thành của cặp Frenkel thấp ở mức 1,16 eV và năng lượng kích hoạt di chuyển thấp bất thường ở mức 0,05 eV (so với NaCl: 2,18 eV đối với sự hình thành của cặp Schottky và 0,75 eV đối với di chuyển cation). Những năng lượng thấp này dẫn đến nồng độ khuyết tật lớn, có thể đạt gần 1% gần điểm nóng chảy.

Năng lượng hoạt hóa thấp trong bạc bromide có thể được quy cho tính phân cực tứ cực cao của các ion bạc; nghĩa là, nó có thể dễ dàng biến dạng từ một hình cầu thành hình elip. Đặc tính này, là kết quả của cấu hình điện tử d 9 của ion bạc, tạo điều kiện cho việc di chuyển trong cả hai vị trí của ion bạc và ion bạc, do đó tạo ra năng lượng di chuyển thấp bất thường (đối với Ag v -: 0,29 0 0,033 eV, so với 0,65 eV đối với NaCl).

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng nồng độ khuyết tật bị ảnh hưởng mạnh mẽ (lên đến vài sức mạnh 10) bởi kích thước tinh thể. Hầu hết các khuyết tật, chẳng hạn như nồng độ ion bạc xen kẽ và các kẽ bề mặt, tỷ lệ nghịch với kích thước tinh thể, mặc dù các khuyết tật khuyết là tỷ lệ thuận. Hiện tượng này được cho là do những thay đổi trong trạng thái cân bằng hóa học bề mặt, và do đó ảnh hưởng đến từng nồng độ khuyết tật khác nhau.

Nồng độ tạp chất có thể được kiểm soát bằng cách tăng trưởng tinh thể hoặc bổ sung trực tiếp tạp chất vào dung dịch tinh thể. Mặc dù các tạp chất trong mạng lưới bromide bạc là cần thiết để khuyến khích sự hình thành khuyết tật Frenkel, các nghiên cứu của Hamilton đã chỉ ra rằng trên một nồng độ tạp chất cụ thể, số lượng khuyết tật của các ion bạc xen kẽ và các kink dương giảm mạnh theo một số bậc. Sau thời điểm này, chỉ có các khuyết tật khuyết ion bạc, thực sự tăng theo một số bậc độ lớn, là nổi bật.

Bẫy điện tử và bẫy lỗ

Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt hạt halogen bạc, một quang điện tử được tạo ra khi một halogen bị mất electron vào dải dẫn:

X - + h → → X + e -

Sau khi electron được giải phóng, nó sẽ kết hợp với một Ag i + xen kẽ để tạo ra một nguyên tử kim loại bạc Ag i 0:

e - + Ag i + → Ag i 0

Thông qua các khiếm khuyết trong tinh thể, electron có thể giảm năng lượng và bị mắc kẹt trong nguyên tử.  Phạm vi ranh giới hạt và khuyết tật trong tinh thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của quang điện tử, trong đó các tinh thể có nồng độ khuyết tật lớn sẽ bẫy một electron nhanh hơn nhiều so với tinh thể tinh khiết hơn.

Khi một quang điện tử được huy động, một lỗ quang h • cũng được hình thành, cũng cần phải được trung hòa. Tuy nhiên, thời gian tồn tại của lỗ quang không tương quan với thời gian của quang điện tử. Chi tiết này cho thấy một cơ chế bẫy khác nhau; Malinowski gợi ý rằng các bẫy lỗ có thể liên quan đến khuyết tật do các tạp chất.  Sau khi bị mắc kẹt, các lỗ hổng thu hút di động, các khuyết tật tích điện âm trong mạng: chỗ trống bạc xen kẽ Ag v -:

h • + Ag v - ⇌ h.Ag v

Sự hình thành của h.Ag v làm giảm năng lượng của nó đủ để ổn định phức chất và giảm xác suất đẩy lỗ trở lại vào dải hóa trị (hằng số cân bằng cho phức hợp lỗ trong phần bên trong tinh thể được ước tính là 10 −4.

Các nghiên cứu bổ sung về bẫy điện tử và bẫy lỗ đã chứng minh rằng tạp chất cũng có thể là một hệ thống bẫy đáng kể.Do đó, các ion bạc kẽ có thể không bị giảm. Do đó, các bẫy này thực sự là các cơ chế mất và được coi là không hiệu quả bẫy. Ví dụ, oxy trong khí quyển có thể tương tác với quang điện tử để tạo thành một O 2 - loài, trong đó có thể tương tác với một lỗ để đảo ngược phức tạp và trải qua tái tổ hợp. Các tạp chất ion kim loại như đồng (I), sắt (II) và cadmium (II) đã chứng minh bẫy bẫy trong bạc bromide.

Tinh thể hóa học bề mặt;

Một khi các phức hợp lỗ được hình thành, chúng khuếch tán ra bề mặt của hạt do kết quả của gradient nồng độ được hình thành. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng thời gian sống của các lỗ gần bề mặt hạt dài hơn nhiều so với khối lượng lớn và các lỗ này ở trạng thái cân bằng với brom hấp phụ. Hiệu ứng ròng là một lực đẩy cân bằng ở bề mặt để tạo thành nhiều lỗ hơn. Do đó, khi các phức hợp lỗ chạm tới bề mặt, chúng tách ra:

h.Ag v - → h • + Ag v - → Br → FRACTION Br 2

Bằng cách cân bằng phản ứng này, các phức chất lỗ liên tục được tiêu thụ ở bề mặt, hoạt động như một bồn rửa, cho đến khi được loại bỏ khỏi tinh thể. Cơ chế này cung cấp đối tác cho việc giảm Ag k + thành Ag i 0, đưa ra phương trình tổng thể là:

AgBr → Ag + FRACTION Br 2
Hình ảnh và nhiếp ảnh tiềm ẩn

Bây giờ một số lý thuyết đã được trình bày, cơ chế thực tế của quá trình chụp ảnh bây giờ có thể được thảo luận. Tóm lại, vì một bộ phim ảnh phải chịu một hình ảnh, sự cố photon trên hạt tạo ra các electron tương tác để tạo ra kim loại bạc. Nhiều photon va vào một hạt cụ thể sẽ tạo ra một nồng độ lớn hơn các nguyên tử bạc, chứa từ 5 đến 50 nguyên tử bạc (trong số ~ 10 12 nguyên tử), tùy thuộc vào độ nhạy của nhũ tương. Bộ phim hiện có một dải nồng độ của các đốm nguyên tử bạc dựa trên ánh sáng cường độ khác nhau trên khu vực của nó, tạo ra một " hình ảnh tiềm ẩn " vô hình.

Trong khi quá trình này đang diễn ra, các nguyên tử brom đang được sản xuất ở bề mặt của tinh thể. Để thu thập bromine, một lớp trên cùng của nhũ tương, được gọi là chất nhạy cảm, hoạt động như một chất nhận brom.

Trong quá trình phát triển phim, hình ảnh tiềm ẩn được tăng cường bằng cách thêm một hóa chất, điển hình làhydroquinone, sự chọn lọc đó làm giảm các hạt có chứa nguyên tử bạc. Quá trình, nhạy cảm với nhiệt độ và nồng độ, sẽ làm giảm hoàn toàn các hạt thành kim loại bạc, tăng cường hình ảnh tiềm ẩn theo thứ tự 10 10 đến 10 11. Bước này cho thấy lợi thế và sự vượt trội của bạc halogen so với các hệ thống khác: hình ảnh tiềm ẩn, chỉ mất một phần nghìn giây để hình thành và không nhìn thấy được, đủ để tạo ra hình ảnh đầy đủ từ nó.

Sau khi phát triển, bộ phim được "cố định", trong đó các muối bạc còn lại được loại bỏ để ngăn giảm thêm, để lại hình ảnh "tiêu cực" trên phim. Tác nhân được sử dụng là natri thiosulphate và phản ứng theo phương trình sau:

AgX (s) + 2 Na 2 S 2 O 3 (aq) → Na 3 [Ag (S 2 O 3) 2 ] (aq) + NaX (aq)

Một số lượng không xác định các bản in tích cực có thể được tạo ra từ âm bản bằng cách truyền ánh sáng qua nó và thực hiện các bước tương tự được nêu ở trên.

Thuộc tính bán dẫn[sửa | sửa mã nguồn]

Vì bạc bromide được nung nóng trong vòng 100 °C so với điểm nóng chảy của nó, một biểu đồ Arrhenius về độ dẫn ion cho thấy giá trị tăng và "quay lên". Các tính chất vật lý khác như mô đun đàn hồi, nhiệt dung riêng và khoảng cách năng lượng điện tử cũng tăng lên, cho thấy tinh thể đang tiến đến sự bất ổn.  Hành vi này, điển hình của chất bán dẫn, được cho là do sự phụ thuộc nhiệt độ của sự hình thành khuyết tật Frenkel, và, khi được bình thường hóa chống lại sự tập trung của khuyết tật Frenkel, âm mưu Arrhenius đã tuyến tính hóa.