半导体物理学的主要研究内容
研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。是固体物理学的一个分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
满意请采纳，祝你学习进步。
什么是场效应？
化学中的场效应（Field effect，记作F）是指通过空间的分子内静电作用，即某取代基在空间产生一个电场，它对另一处的反应中心发生影响。场效应，场效应的作用方向与诱导效应作用方向往往相同，一般很难将这两种效应区分开。相关知识：诱导效应在有机化合物分子中，由于电负性不同的取代基（原子或原子团）的影响，使整个分子中的成键电子云密度向某一方向偏移，使分子发生极化的效应，叫诱导效应。由极性键所表现出的诱导效应称做静态诱导效应，而在化反应过程中由于外电场（如试剂、溶剂）的影响所产生的极化键所表现出的诱导效应称做动态诱导效应。诱导效应只改变键内电子云密度分布，而不改变键的本性。且与共轭效应相比，无极性交替现象。诱导效应的特征是电子云偏移沿着σ键传递，并随着碳链的增长而减弱，最终消失。诱导效应是一种短程力，传递到第三个碳时已经很弱，传到第五个碳时几乎完全消失。诱导效应是一种静电作用，是永久性的，属于电子效应的一种。
有机化学请列举出常见基团的电子效应（勿抄）
第二章 电子效应和空间效应
2.1 共价键极性
非极性共价键:相同原子(基团)成键,电子云分布对称
极性共价键:不同原子(基团)成键,电子云分布偏向
共价键极性:取决成键原子的相对电负性.是结构与反应性能关系的基础
2.2 诱导效应
2.2.1 诱导效应含义
与相邻键的极性也有关
诱导效应(I): 因键的极性变化并通过键链依次诱导传递的效应
吸电诱导效应(-I): 电负性比氢大的原子与碳相连引起的诱导效应
供电诱导效应(+I): 电负性比氢小的原子与碳相连引起的诱导效应
吸电子能力
2.2.2 诱导效应传递
沿键链传递,以静电诱导方式进行,只涉及电子云分布和键极性改变,一般不引起整个电荷转移和价态变化.
氯原子吸电诱导
甲基供电诱导
2.2.3 诱导效应相对强度
取决于官能团中心原子相对电负性大小.
周期表位: -F > -Cl > -Br > -I
-F > -OH > NH2 > CH3
所带电荷: 带正电荷的吸电诱导效应强
-N+R3 > -NR2
带负电荷的供电诱导效应强
-O- > -OR
饱和度: 随不饱度增大,吸电诱导效应增强
动态诱导效应: 因外界电场影响使原共价键上电子云改变,键的极性发生变化
动态和静态诱导效应: 通常一致.但有时各异
静态 碳-卤键极性次序: C-F > C-Cl > C-Br > C-I
动态 亲核取代反应活性: R-I > R-Br > R-Cl
原因: 同族元素中,随原子序数增大其电子云受核束缚也相应减弱,反应活性增大
2.2.4 动态诱导效应
静态诱导效应:分子固有性质,可促进反应进行,也可阻碍反应进行
动态诱导效应:进攻试剂引起,只有助于反应进行,不可能阻碍或延缓反应
在化学反应过程中,动态主导
2.3.1 电子离域与共轭效应
电子离域: 成键电子受分子中其它原子核作用产生电子的离域现象(离域键)
共轭体系: 包含离域键的体系
共轭效应: 共轭体系中原子间相互影响的电子效应
CH2=CH-CH=CH2
结果:键长平均化
2.3 共轭效应
2.3.2 共轭体系
π-π 共轭:单双(叁)键交替,p轨道电子离域
p-π 共轭:p轨道未共用电子对与π键直接相连
σ-π 超共轭: σ键-π键(p轨道)之间的离域现象
超共轭效应 σ-π共轭
共轭强度远弱于π-π和 p-π共轭.
p-π共轭
羧酸为什么具有酸性
苯胺为什么比脂肪族胺碱性弱
酰胺为什么碱性更弱
Problem 1:
Problem 2: 完成下列方程式
2.3.3 动态共轭效应
静态共轭效应:固有/基态
动态共轭效应:反应过程/暂时效应/外电场影响
+
静态时:
(分子没参加反应)
-I > + C
动态时:
(分子处于反应中〕
+ C > -I
2.4 空间效应 (立体效应, 场效应)
pka = 7.16 pka = 8.24
空间效应对反应的影响
堵位基团的空间效应
空间效应影响
讨论芳环亲电取代反应活性
2.5 烷基的电子效应
1. 烷基连碳: 拉电子. 诱导效应
2. 烷基连不饱和键: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
3. 烷基连碳自由基: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
4. 烷基连碳正离子: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
5. 烷基连N,O,S: 给电子. 电负性
6. 烷基连Mg, Al, Zn, B, Na : 拉电子. 电负性
1. 连碳: 拉电子. 诱导效应
酸性大小
亲电反应活性
2. 连不饱和键: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
3. 连碳自由基: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
4. 连碳正离子: 给电子. σ-π共轭>诱导效应
讨论酸性大小
取代基效应
电子效应
场效应
空间效应
诱导效应
共轭效应
超共轭效应
(位阻)
(σ, π )
(
π-π, p-π)
(σ- π, σ- p )
空间传递
物理相互作用
超共轭效应作用
由相同原子或基团所形成的共价键,成键原子之间电子云的分布是完全对称的,因此没有极性.
由不相同原子或基团所形成的共价键,由于成键原子对电子的作用不同,电子云并不是平均分布的,而是偏向共价键的一端.共价键的一端带有部分正电荷,另一端带有部分负电荷,该共价键具有极性.
共价键的极性主要决定于成键原子的相对电负性.共价键的极性是有机化合物结构与反应性能关系的基础.
Inductive effects.
共价键的极性不仅与成键原子的电负性有关,而且与相邻键的极性,和不直接相连的原子之间的相互影响也有关.
由于邻键的极化引起键的极性变化,并通过键链依次诱导传递.这种效应称为诱导效应(I).
电负性比氢大的原子与碳相连引起的诱导效应称为吸电诱导效应(-I), 如
诱导效应沿键链的传递是以静电诱导的方式进行的,只涉及电子云分布状的改变,只涉及键的极性的改变,一般不引起整个电荷的转移,价态的变化.
在化学反应过程中,当进攻试剂接近反应分子时,因外界电场的影响也会使共价键上电子云分布发生改变,键的极性发生变化,这称为动态诱导效应.
动态诱导效应和静态诱导效应多数情况下是一致的,但由于起因不同,有时导致的结果也各异.如碳-卤键的极性次序为: C-F > C-Cl > C-Br > C-I
但卤代烷的亲核取代反应活性却恰恰相反,实际其相对活性为: R-I > R-Br > R-Cl
Reason: 在同族元素中,随原子序数的增大电负性降低,其电子云受到核的束缚也相应的减弱,所以极化性增大,反应活性增大.
在化学反应过程中,动态因素往往起主导作用.
成键电子不仅受到成键原子的原子核的作用,而且受分子中其它原子核的作用,这种现象称为电子的离域由于电子离域的结果,单键不再是一般的单键,双键也不是一般的双键,而表现为键长平均化
电子离域(delocalization): 成键电子受分子中其它原子核作用产生电子的离域现象(离域键).
共轭体系: 包含离域键的体系.
共轭效应: 共轭体系中原子间相互影响的电子效应(Conjugative Effects).
通过空间因素所体现的原子之间的相互影响.
烷基的电子效应和有机化学
反应空间效应
引言:
烷基取代了有机化合物中的氢原子
后,对原来分子的性质有较大的影响,
从化合物的稳定性到分子的空间效应,
到化合物发生反应的历程都有不同程度
的影响.而烷基对化合物产生影响的
方式,不外乎通过电子效应和空间效
应.
烷基的电子效应和有机化学
反应空间效应
1 烷基的电子效应
2 有机反应空间效应
烷基的电子效应
烷基在有机化合物中表现出的究竟是供
电子还是吸电子效应,曾有过长期的争
论,在有机化学中,为了解释一些物质
的酸碱性强弱,不饱和烃的加成反应反
应方向,正碳离子的稳定性,以及核磁
共振谱中质子的化学位移值大小等问
题,常常遇到烷基的电子效应问题.
烷基的电子效应
为了把问题弄清楚,让我们先看一些化
学事实,然后作讨论
烷基是给电子基团的化学证据
烷基是给电子机团的证据
1 甲苯与苯的亲电取代反应速
率
反应溴代氯代甲基化硝化
相对速率
k甲苯/苯
60535011023
烷基是给电子机团的证据
2 碳正离子的稳定性
(CH3)C+>(CH3)2C+H>CH3C+H2>H3C+
3 烯烃的亲电加成反应活性
为:
(CH3)2C=C(CH3)2>(CH3)2C=CHCH3
>(CH3)2C=CH2>CH3CH=CH2
>H2C=CH2
烷基是给电子机团的证据
4 氮原子上正电荷密度
R3N+H5 水溶液中醇的酸性
R3COHCH3CH2OH>
CH3OH
烷基是吸电子机团的证据
2 核磁共振谱上的证据(13CNMR)
*CH4*CH3CH3 (CH3)C*H2(CH3)C*H
δ(ppm) -2.3 1.5 15.9 25.0
(CH3)4C*
δ(ppm) 32.6
烷基是吸电子机团的证据
3 烷烃及其取代乙酸中烷基为吸电子基团的
1HNMR证据
RCH3 R2CH2R3CH
δ(ppm) 0.9 1.25 1.50
CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH
δ(ppm) 2.0 2.36 2.52
烷基是吸电子机团的证据
41960年美国的D.R.Lide测定各类烷烃
的偶极矩
CH3 CH3
CH3 C H CH3 C D
CH3 CH3
=0.132D =0.143D
烷基是吸电子机团的证据
5 13CNMR显示(CH3)C+与(CH3)2C+H相
比,带正电荷的中心炭原子的δ值增高
了10ppm
烷基电子效应的探讨
由以上化学事实可以看出,烷基时而表现
为给电子效应,时而表现为吸电子效
应.那么烷基究竟何时表现为供电子效
应,何时表现为吸电子效应呢 决定因
素是什么
烷基的诱导效应
定义:
由于某对成键原子之间电负性不同所
产生的键的极性对于分子其他部分的影
响.
该键的极性通过静电诱导作用沿分子链
渐远渐减.诱导效应有吸电子(+I)和
给电子(-I)两种情况.
烷基的诱导效应
诱导效应电子流向的决定因素--
键合原子间的电负性差异
即烷基何时表现为吸电子的诱导效应何时
表现为给电子诱导效应取决于基团之间
的电负性差.
烷基的诱导效应
从另一方面探讨问题:
与H相比,烷基的电负性较大,故此,
若以H为标准,当烷基取代有机化合物分
子中的氢时,烷基总表现为吸电子的诱
导效应.
烷基的超共轭效应
定义:
根据分子轨道理论的基本原理,应由烷
基的最高占有轨道或最低空轨道与相邻
的Л键轨道(可以是占有电子的成键轨
道,也可以是未占有电子的反键轨道)
重叠(σ-л共轭)或与非键轨道重叠
(如σ-p共轭)而使电子云运动区域扩
大,从而使体系能量降低.
烷基的超共轭效应
超共轭效应的电子的偏向依赖于参与
轨道中原来的电子情况及相关原子的电
负性大小.但烷基一般表现为给电子的
共轭效应.
烷基的总电子效应
烷基的吸电子诱导效应(对于H,下
同)和给电子的超共轭效应,是在不断
地竞争的,这对矛盾的竞争结果就是烷
基的总电子效应.
烷基的总电子效应
由13CMNR谱δ值观察烷基对烯烃的电子效应
RCαH=CβH HCH=CH2 CH3CH=CH2
βc的δ值123.5114.7
αc的δ值123.5135.0
ET-CH=CH2 t-Bu-CH=CH2
βc的δ值112.1 108.1
αc的δ值139.30 148.1
影响烷基电子效应的其他因素
烷基的电子效应还受到诸多外部效应的
影响,如溶剂化效应,电场,位阻等等
如前所举的水溶液中醇的酸性的例子:
R3COH这显然与溶剂化效应和位阻效应有关
有机化学反应中的空间效应
空间效应的分类:
1 空间位阻
2 环张力
