Ответ:
1) См. риунок 1.
2) Дырка – возбужденное квантовое состояние многоэлектронной системы, характеризующееся тем, что одно из одноэлектронных состояний свободно (из физической энциклопедии). Дырка – точка, откуда ушел электрон и которую можно представить как квазичастицу с положительным зарядом, равным заряду электрона (по-простому).
3) Люминесценция – это излучение атомов, молекул, ионов и других более сложных частиц, возникающее в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного в нормальное состояние.
4) Очевидно, что для кристалла радиусом 1 см добавка, связанная с квантовым поведением, будет пренебрежимо мала, в этом случае Eg = E0 = 2.88×10-19 Дж. Для кристалла радиусом 1 нм по формуле получаем Eg2 = 8.29×10-38 + (6.26×10-68)/ (1.09×10-31) = 8.29×10-38 + 5.74×10-37 = 6.57×10-37 Дж2 (все расчеты приведены в единицах СИ). Отсюда Eg = 8.1×10-19 Дж.
5) Видимый свет имеет диапазон 400-750 нм. Чем меньше длина волны, тем больше энергия, тем меньше радиус наночастицы. То есть минимальный размер наночастицы будет отвечать люминесценции света с длиной волны 400 нм, что отвечает энергии Eg = hv = hc/l = (6.62×10-34 Дж×с) × (3 ×108 м/с) / (4×10-7 м) = 4.97×10-19 Дж. Преобразуя выражение для нахождения Eg, получим r2 = (E0×h2) / [2 × (Eg2 – E02) × m] = 1.26×10-85 / 3.58×10-68 = 3.52×10-18 м2, откуда r = 1.88×10-9 м или 1.88 нм.
6) Cd(C17H33COO)2 + SeP(C8H17)3 = CdSe + PO(C8H17)3 + (C17H33CO)2O
7) Атмосфера аргона нужна для предотвращения окисления исходных и конечных продуктов. Растворитель выбирается высококипящим и инертным по отношению к квантовым точкам. Нагревание в ходе синтеза необходимо для получение хорошо закристаллизованных одномерных квантовых точек. Реагенты подбираются таким образом, чтобы обеспечить растворимость в соответствующем растворителе и исключить химическое взаимодействие с ним. Также реагенты должны быть удобными в получении и хранении, а также иметь как можно большую молекулярную массу (тогда при заданной погрешности взвешивания можно взвесить компоненты с большей точностью). Предложенный во второй части вопроса способ совершенно неприемлем.
а) Температура кипения воды на 100ºС ниже, чем оптимальная температура синтеза.
б) Как известно, соли кадмия заметно гидролизуются по катиону и имеют кислую реакцию среды, а селениды - по аниону, следовательно, их растворы имеют щелочную реакцию. При сливании растворов произойдет взаимоусиливающийся гидролиз. А если учесть, что реакцию предлагается проводить в кипящей воде, а при сливании растворов произойдет разбавление каждого из них, то, вспоминая, что нагревание и разбавление как раз существенно ускоряют гидролиз, можно точно утверждать, что основными продуктами реакции в этом случае будут бесполезный гидроксид кадмия на дне сосуда и ядовитый газообразный селеноводород в лаборатории.
8) Квантовые точки на основе селенида кадмия уже сейчас широко используются в следующих областях:
а) в светодиодных лампах с основными характеристиками, на порядок превосходящими традиционные лампы накаливания и ртутные лампы;
б) в качестве компонентов чувствительных сенсорных устройств, так как интенсивность люминесценции квантовых точек чувствительна к наличию минимальных количеств паров некоторых веществ (амины, арены) и минимальных количеств некоторых бактерий, в том числе и вредоносных;
в) Квантовые точки селенида кадмия, легированные магнитными компонентами (например, железом) позволяют сместить люминесценцию в ближний ИК-диапазон, где слабо поглощают вода и гемоглобин. Это используется в магнитно-резонансной томографии внутренних органов и тканей.
