Дефекты простых веществ

При изменении параметров состояния температуры и давления твердые вещества индивидуального состава могут переходить из одной структурной формы в другую без изменения стехиометрического состава. Примеры таких переходов — обратимые (энантиотропные) и необратимые (монотропные) превращения модификаций ряда простых веществ и соединений (разд. 33.2.2). Предпосылкой таких процессов является подвижность элементов решетки и перенос вещества, вызванный несовершенством строения твердой фазы. Некоторые свойства твердых веществ определяются не только их структурой и характером дефектов, но и строением микрокристаллитов, в том числе их формой, размерами и составом. Особенно большое влияние строение микрокристаллитов оказывает на механические свойства твердого тела, такие, как твердость, пределы пластической деформации. Проведением специально подобранной твердофазной реакции можно добиться направленного изменения структуры. В результате повышения температуры в достаточно длительного нагревания при постоянной температуре (отжига) можно ускорить рост отдельных кристаллических зерен до больших кристаллов и рекристаллизацию, что обеспечивает улучшение некоторых свойств материала. В отдельных случаях рекристаллизация играет отрицательную роль, например приводит к понижению активности некоторых катализаторов. [c.432]

Теория образования дефектов в кристаллах химических соединений во многом аналогична теории дефектов простых веществ, однако здесь возникает ряд новых вопросов. Основной из них — это равновесная нестехиометричность кристаллов. [c.241]

Рис. 4.11. Схема образования дефектов по Френкелю (а) и по Шоттки (6) в кристаллической решетке простого вещества

Рассмотренный механизм образования дефектов в решетке кристалла простого вещества представляется на первый взгляд единственно возможным. Однако возможен другой механизм образования вакансий, энергетически более выгодный, который заключается в том, что атом перемещается на поверхность кри- [c.173]

Скорости образования и исчезновения дефектов кристаллической структуры при определенной температуре равны, и каждой температуре соответствует свое, строго определенное число дефектов. С повышением температуры число дефектов возрастает. Наибольшее содержание вакансий, равное 1—2% от всего числа атомов в решетке простого вещества, достигается вблизи температуры плавления. При большем содержании вакансий кристалл термодинамически нестабилен (плавление). [c.174]

К точечным дефектам относятся уже обсуждавшиеся выше дефекты в кристаллах простых веществ чужеродные (примес-ные) атомы, или ионы, которые замещают в кристаллической решетке частицы основного вещества или внедряются в междоузлия (окраска рубина, изумруда, алмаза вызвана примесными атомами) комбинации вакансий с электронами (центры окраски) и др. [c.178]

Рис. 57. 0-мерные дефекты в кристаллах простых веществ [c.270]

Одним из важных достижений физики кристаллов явилась разработка теории равновесной разупорядоченности решетки. В этой теории использован обычный статистический аппарат, основанный на использовании сумм по состояниям. Энергия кристалла складывается из нулевой энергии частиц в решетке, их колебательной энергии и энергии разупорядочения решетки. В кристаллах простых веществ энергию разупорядочения для дефектов одного сорта можно записать в виде [c.271]

В сложных соединениях образование дефектов в подрешетках происходит с разной затратой энергии. Однако избыточная дефектность одной из подрешеток при общей электронейтральности кристалла сопровождается изменением стехиометрического состава и заряжением (точнее — нейтрализацией) части дефектов решетки. Поскольку образование дефектов и электронное возбуждение обусловлены тепловым движением ионов и электронов в кристаллах, нестехиометричность кристаллов ионных соединений является таким же правилом, как и дефектность решеток простых веществ. [c.278]

Определите дефект массы моля СО2, если известно, что образование СО2 из простых веществ сопровождается выделением 94 ккал. [c.227]

Точечные дефекты, связанные с примесными атомами. До сих пор мы рассматривали дефекты, получающиеся в идеально чистых кристаллах простых веществ и индивидуальных химических соединениях. Но это лишь предельная абстракция, таковых веществ в действительности не существует. Каждое вещество содержит то или иное количество примесей, т. е. атомов постороннего вещества. [c.258]

Изучение свойств простых веществ имеет фундаментальное значение в неорганической химии. Оно является первым этапом в описательной химии элементов. Последовательное и аналитическое восприятие фактического материала о свойствах простых веществ (физических, физико-химических, химических) позволяет составить общее представление о химическом облике элемента, предвидеть природу химической связи, состав и свойства его характеристических соединений, их кислотно-основные и окислительно-восстановительные характеристики и т.п. Принципиальная особенность простых веществ состоит в том, что при рассмотрении их свойств нет необходимости учитывать вопросы, связанные с постоянством или переменностью состава, поскольку состав простых веществ, естественно, всегда постоянен. Однако даже у простых веществ следует учитывать явление аллотропии и наличие собственных дефектов в реальном кристалле, что позволяет выявить зависимость свойств простых веществ от их химического и кристаллохимического строения. [c.239]

Начиная с 1969 г., появились сообщения [36, 60] о непосредственном микроскопическом наблюдении строения кристаллических решеток оксидов и простых веществ. Этот метод получил название просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Разрешающая способность при использовании этого метода составляет 0,2—0,3 нм, что позволяет получать двумерные снимки идеальных и дефектных кристаллических решеток, структур молекул, отмечать точечные дефекты и т. д. [c.151]

Дефекты Шоттки. Для простых веществ дефекты Шоттки — это просто отсутствующий атом в структуре (фиг. 88, а). Такое же представление применимо и для соединений однако следует отметить, что химический состав вещества, несмотря на нарушение порядка в кристалле, должен строго соблюдаться, поэтому соотношение количеств незанятых позиций для атомов или ионов должно отвечать химической формуле (см. фиг. 88, Ь). [c.146]

ДЕФЕКТЫ РЕШЕТКИ И ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В КРИСТАЛЛАХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ [c.231]

При образовании дефектов Шоттки происходит увеличение числа узлов решетки вследствие выхода атомов из объема на поверхность. Поэтому реакции образования вакансий по модели Шоттки в кристаллах простого вещества А и бинарного соединения МХ,. запишутся соответственно в виде [c.25]

Рассмотрим сначала кристалл простого вещества А, содержащий следующие дефекты вакансии междуузельные атомы А1 и примесные атомы Р, образующие дефекты замещения Ра - в узлах решетки А. Эффективные заряды дефектов е считаем произвольными. [c.59]

Формулы (2.14) — (2.16) выведены для кристалла простого вещества. В кристаллах химических соединений атомы размещаются в узлах нескольких подрешеток. При слабом взаимодействии между дефектами каждая подрешетка дает независимый от других вклад в изобарный потенциал и вычисление химических потенциалов дефектов производится независимо для каждой подрешетки совершенно аналогично описанному для простого вещества. Поэтому химические потенциалы атомных дефектов в кристаллах как простых веществ, так и химических соединений определяются одними и теми же формулами [c.62]

Полученные здесь уравнения закона действия масс существенно отличаются от выражений, приведенных в разделе (3.1) для кристалла простого вещества. Если в простых веществах концентрации дефектов при фиксированной температуре постоянны, то в бинарных соединениях постоянно произведение концентраций дефектов обоих сортов. Эти соотношения аналогичны уравнению для произведения растворимости , связывающего концентрации противоположно заряженных ионов в насыщенных водных растворах слаборастворимых солей согласно этим соотношениям увеличение концентрации одних дефектов ведет к уменьшению концентрации других. [c.78]

В настоящей главе рассматриваются кристаллы полупроводников или изоляторов — простых веществ или химических соединений с неметаллическим характером энергетического спектра электронов, в основном состоянии которых валентная зона полностью занята, а зона проводимости пуста. Будем рассматривать главным образом кристаллы с преобладающей ковалентной связью, в которых атомные дефекты в их основном состоянии электронейтральны [46—48]. [c.101]

Однако в случае бинарных соединений количественные соотношения между концентрациями дефектов гораздо более сложны, чем в случае простых веществ, вследствие отклонений их состава от стехиометрического, подробно рассматриваемых в следующем разделе. [c.114]

Б. Зависящие от тем пер а ту р ы концентрации дефектов, участвующих в переносе. Такая ситуация типична для кристаллов простых веществ, а также для стехиометрических соединений в области собственной атомной (ионной) разупорядоченности, когда концентрации дефектов определяются константами равновесия реакций разупорядочения и экспоненциально растут с температурой [c.219]

Таким образом, найдены наиболее вероятные значения концентраций дефектов, т. е. их значения, соответствующие равновесию в кристалле простого вещества. [c.163]

В некоторых работах было отмечено [1], что химические свойства твердых тел, включая гетерогенные катализаторы, в сильной степени зависят от дефектов решетки. Однако экспериментальное подтверждение этой точки зрения было получено в опытах с твердыми химическими соединениями или с загрязненными поверхностями, а не с чистыми простыми веществами [2, 3]. Известно, что в случае гетерогенного катализа загрязнения поверхности оказывают большое влияние на активность. Отмечалось, что некоторые примеси в больших количествах [c.144]

Молекулярное движение в кристаллах полимеров очень похоже на молекулярное движение в молекулярных кристаллах более простых веществ. В кристаллах многих низкомолекулярных веществ, состоящих из почти сферических молекул, происходит интенсивное свободное вращение целых молекул при сохранении кристаллической решетки. У молекул с ко4>откой цепью, например молекул парафинов, кетонов и спиртов, крутильные колебания или вращение возникают в кристаллах при температурах, которые намного ниже температуры плавления В кристаллах полимеров движение должно отличаться только тем, что в него включаются ограниченные части, или сегменты, молекулы. К тому же это движение, по-видимому, наиболее интенсивно происходит в непосредственной близости от дефектов в кристаллах. Существование молекулярного движения в полимерах при температурах намного ниже температуры плавления подтверждается данными ядер-ного магнитного резонанса Молекулярные колебания кристаллов политетрафторэтилена (тефлона) сильно влияют на дифракцию рентгеновских лучей при температурах на 300° ниже Tin. Однако вращение сегментов молекулы вокруг оси решетки требует кооперативного перемещения соседних молекул, что несколько ограничивает подвижность цепи. [c.19]

Если атомы, находящиеся в междоузлиях, стремятся перейти на поверхность кристалла, то вакансии, наоборот, к этому не стремятся. Образованию вакансий, как и любых других несовершенств, благоприятствует стремление всех систем перейти в состояние с максимальной степенью беспорядка или максимальной энтропией. Рассмотренный механизм образования дефектов в решетке кристалла простого вещества представляется на первый взгляд единственно возможным. Однако существует другой механизм образования вакансий, энергетически более выгодный. Суть его заключается в том, что тепловые колебания атомов поверхности кристалла выбрасывают атом на поверхность (рис. 41). [c.170]

Выращивание монокристаллов простых веществ и соединений постоянного состава. Если основной состав монокристалла образует фазу постоянного состава (к таковым относятся простые вещества — кремний, германий и др. — и лишь немногие полупроводниковые соединения), т. е. управление основным составом не нужно, то прибор для получения кристаллов в этих условиях имеет две температурные зоны зону испарителя Гг и зону кристаллизации Т . Абсолютные значения Т. и на химическом составе отразиться не могут. Изменяются лишь реальная структура и концентрация дефектов, иной раз сильно влияющие на свойства. [c.450]

Поглощение, обусловленное ионизацией дефектов, наблюдалось для боль-июго числа веществ галогенидов щелочных металлов, соединений типа ZnS, твердых простых веществ, таких, как германий и кремний, и т. д. Оно обычно используется для получения сведений о положении энергетических уровней дефектов. Обзор систем, в которых обнаружено дополнительное поглощение, связанное с присутствием примесных атомов, сделан в работе [49] (см. также табл. XVI.1). [c.175]

Дефекты в кристаллах чистых простых веществ [c.237]

Обратимся к дефектам по Френкелю. Картина, показанная на рис. 57, б, является схематической. В действительности дефекты по Френкелю в решетках простых веществ вообще не возникают, так как в подобных решетках междоузлия слишком малы, чтобы без разрушения решетки в целом туда могла перейти частица. Дефекты по Френкелю характерны для решеток сложных веществ, содержащих частицы, заметно различающиеся по размерам. Обычно речь идет об объемистых анионах и сравнительно небольших катионах, которые занимают определение междоузлия в анионной подрешетке. Так, например, в оксидах и смешанных оксидах металлов катионы располагаются в междоузлиях плотно упакованной подрешеткн анионов кислорода. Как известно, при плотной упаковке сферических частиц в решетке появляются два типа междоузлий — с тетраэдрическим и октаэдрическим окружением. Для катионов каждого типа характерно заполнение междоузлий только одного типа. Образование дефекта по Френкелю в данном случае связано с перемещением катиона в нехарактерное для него междоузлие. Примером подобных систем могут служить решетки 2пО, РеО, различных шпинелей (смешанных оксидов). [c.275]

С теоретической точки зрения чистое вещество представляет собой физически и химически однородное простое вещество или химическое соединение, состоящее из одного определенного вида атомов, молекул, или определенного набора ионов, обладающее особым, присущим только этому веществу комплексом свойств. К кристаллическим веществам применимо следующее положение химическая чистота те1у1 выше, чем меньше число физических нарушений в кристаллах (дислокаций, вакансий, границ зерен и т.д.), так как химические примеси преимущественно скапливаются в области физических дефектов. [c.63]

Под этим названием мы можем объединить две очень важные группы твердых тел, имеюнщх дефекты. Первая группа включает системы, представляющие твердый раствор одного простого вещества в другом вторая группа охватывает полупроводники с регулируемой валентностью, которые широко использовались [25] в каталитических исследованиях. [c.220]

В общем случае образование дефектов в различных подре-шетках происходит с различной затратой энергии. Однако избыточная дефектность одной из подрешеток при общей электро-тгейтральнрстп кристалла возможна только за счет изменения стехиометрического состава и заряжения (точнее — нейтрализации) части дефектов. Поскольку образование дефектов и электронное возбуждение обусловлены тепловым движением частиц в кристалле, нестехиометричность кристаллов химических соединений является таким же правилом, как и дефектность решеток простых веществ. [c.242]

Одномерные (линейные) дефекты описываются линиями, протяженность которых велика по сравнению с межатомными расстояниями и во многих случаях достигает макроскопической протяженности кристаллов. Такими дефектами являются дислокации, особенно подробно изученные для монокристалли-ческих простых веществ — металлов и атомных полупроводников [2]. Схематическое изображение простейших видов дислокаций— краевой и винтовой — дано на рис. 1.7 и 1.8. Как видно из рис. 1.7, в случае краевой дислокации нарушение правильной периодичности кристаллической решетки достигается наличием неполной атомной плоскости, пронизывающей лишь [c.44]

Примечательно, что характер доминирующих дефектов в рассматриваемом предельном случае такой же, как и в случае собственно-дефектного кристалла простого вещества с акцепторными вакансиями. Однако природа этих дефектов несколько иная вакансии М и дырки хотя и являются собственными дефектами, в данном случае их доминирующая роль обусловлена избыточным содержанием X по сравнению со стехиометричес- [c.119]

В гл. VIII было рассмотрено применение статистико-термодинамического метода к проблеме упорядочения в твердых растворах. Здесь познакомимся с применением этого метода к описанию кристалла простого вещества и кристалла бинарной фазы, содержащих точечные дефекты. Мы постараемся проследить постановку задачи, аппарат теории и основные р,езультаты. [c.160]

Будем считать,. что в кристалле простого вещества имеется N узлов и N атомов (рещетку для простоты считаем атомной). В таком кристалле могут быть точечные дефекты двух типов вакансии, их число равно -V , и атомы в междоузлиях, их число равно AIK Тогда число атомов и число узлов будут связаны выражением [c.160]