Bandgap
Tim stelde deze vraag op 13 mei 2023 om 21:02.Hoi
Zou iemand mij dit kunnen uitleggen vraag e uit examen vwo 2019-I, want ik zag dat het bij veel examens over die gaps gaat en ik begrijp het onderstaande niet:
Alle drie de stoffen absorberen fotonen met een energie gelijk aan of groter dan de energie van de band-gap. Deze moet dus groter zijn dan 3,26 eV (zodat zichtbaar licht niet geabsorbeerd wordt) en kleiner dan 3,76 eV (zodat alle UV-B geabsorbeerd wordt).
bron:
https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/3481/in-de-zon-vwo-examen-2019-1-opg-3
Voor een goede zonnebrandcrème gelden twee specificaties:
- De crème absorbeert het UV-B.
- De crème absorbeert geen zichtbaar licht.
In de tabel in figuur 8 staan drie stoffen met een band-gap gegeven die in zonnebrandcrème verwerkt kunnen worden. De stoffen worden in de vorm van nanodeeltjes toegevoegd aan de crème.
figuur 8.
Slechts een van de stoffen in tabel 1 is geschikt als werkend bestanddeel in zonnebrandcrème.
e) Voer de volgende opdrachten uit:
- Leg uit, onder andere met een berekening, welke stof dat is.
- Leg uit waarom de andere twee stoffen niet geschikt zijn.
Antwoord
UV-B heeft een maximale golflengte (met een bijhorende minimale energie) van 330 nm. De bijhorende energie is:
Ef=hcλ=6,626⋅10−34⋅3,0⋅108330⋅10−9=6,02⋅10−19=3,76 eV
Zichtbaar licht begint bij 380 nm. Op dezelfde manier als hierboven vind je daarbij een energie van 3,26 eV.
Alle drie de stoffen absorberen fotonen met een energie gelijk aan of groter dan de energie van de band-gap. Deze moet dus groter zijn dan 3,26 eV (zodat zichtbaar licht niet geabsorbeerd wordt) en kleiner dan 3,76 eV (zodat alle UV-B geabsorbeerd wordt).
Hier voldoet alleen titaandioxide aan.
Zilveroxide heeft een te kleine band-gap waardoor het ook zichtbaar licht absorbeert.
Galliumoxide heeft een te grote band-gap waardoor het niet alle UV-B absorbeert.
Reacties
Wat is er in het bovenstaande antwoord dat je niet begrijpt?
Groet, Jaap
Dit stukje begrijp ik niet;
Alle drie de stoffen absorberen fotonen met een energie gelijk aan of groter dan de energie van de band-gap. Deze moet dus groter zijn dan 3,26 eV (zodat zichtbaar licht niet geabsorbeerd wordt) en kleiner dan 3,76 eV (zodat alle UV-B geabsorbeerd wordt).
Als een atoom van de stof een foton absorbeert, springt het atoom naar een hoger energieniveau. In het rechter schema van figuur 7 zijn allerlei sprongen omhoog mogelijk. Tussen twee dicht bij elkaar liggende niveaus is de sprong klein. Dat betekent dat het geabsorbeerde foton weinig energie had. Zo'n foton hoort niet bij de UV-B-straling die geabsorbeerd moet worden, maar bij infrarode straling of zichtbaar licht. Zo'n kleine sprong voldoet daarom niet. Een grotere sprong is mogelijk als het atoom gaat van de ondergrens van de bandkloof naar een of ander hoger niveau. Voor alle drie stoffen staat in tabel 1 een bandkloofenergie. Alle drie de stoffen kunnen dus fotonen absorberen met een energie gelijk aan of groter dan de energie van hun eigen bandkloof.
De stof moet UV-B-straling absorberen en kortere golflengten mag ook. UV-B-straling heeft volgens figuur 6 een golflengte van ten minste 330 nm; dat is de grens tussen UV-A en UV-B. Volgens je berekening komt 330 nm overeen met een fotonenergie van 3,76 eV.
De stof mag geen (zichtbaar) licht absorberen. Volgens Binas zijn dat fotonen met een golflengte van ten hoogste 380 nm, ofte wel 3,26 eV.
De stof moet dus een bandkloofenergie hebben van ten minste 3,26 eV (zodat geen licht wordt geabsorbeerd) en ten hoogste 3,76 eV (zodat alle UV-B-straling wordt geabsorbeerd).
Succes gewenst morgen, groet, Jaap
Ik wil jullie in ieder geval even bedanken ik heb de afgelopen jaren veel aan jullie site gehad! Dankjewel daarvoor!
