Ионные твердые тела

По природе связей между атомами твердые тела делят тоже на две группы ионные, к которым относятся полупроводники и изоляторы, и ковалентные, включающие металлы. К ионным твердым телам относят вещества с большой долей ионной связи—типа галогенидов щелочных металлов, а также некоторые тела, у которых ионность невелика и преобладают ковалентные связи. Общим для них является изменение электрических свойств — от свойств, типичных для изоляторов, до свойств, проявляющихся у полупроводников. Такие вещества связывают адсорбат посредством электронной пары либо за счет проявления полярности. К ковалентным твердым телам помимо металлов относят элементарные полупроводники и отдельные полупроводниковые соединения. Объединяет их способность связывать адсорбат за счет свободных связей. [c.180]

Кислотные и основные центры на ионных кристаллах проявляют большую активность в каталитических реакциях, удаляя из молекулы углеводорода ионы Н+ или вводя ионы Н+, например в процессах крекинга (расщепления), риформинга (изомеризации и переформирования связей), дегидратации спиртов и др. [И]. Хемосорбция воды на кремнеземе —процесс, широко распространенный в природе и в технике (например, в производстве вяжущих веществ и др.). — являет пример кислотно-основного связывания на поверхности ионного твердого тела и перемещения поверхностных атомов адсорбента. [c.143]

Особое состояние поверхностных атомов (молекул или ионов) твердого тела приводит к тому, что вблизи поверхности электроны распределяются не так, как в объеме. Это значит, что энергетическое состояние электронов поверхностного слоя твердых тел отличается от такового в объеме. Это было доказано академиком Таммом квантовомеханическим расчетом в тридцатых годах и позднее доказано экспериментально на чистой поверхности германия и кремния, полученной путем разлома кристаллов в очень глубоком вакууме. Из приведенных рас-суждений следует, что электрические, химические, каталитические и адсорбционные свойства даже заведомо чистых поверхностей существенно отличаются от объемных свойств кристалла. [c.169]

На практике наиболее часто наблюдается адсорбция ионов на поверхности кристалла. Представим себе, что в раствор иодида калия внесены кристаллы иодида серебра (рис. 67 а). На поверхности этих кристаллов в определенном порядке расположены ионы Ад+ и 1 . Раствор содержит ионы К" " и 1 , Иодид-ионы, которые могут образовывать с ионами серебра, находящимися в кристаллической решетке, малорастворимое соединение, будут адсорбироваться из раствора на поверхности кристалла, создавая на ней избыток отрицательных зарядов. Ионы калия не адсорбируются, так как они не образуют с иодид-ионами твердого тела малорастворимого соединения, но под действием электростатического притяжения будут располагаться вблизи поверхности. Иодид-ионы, сорбированные поверхностью, и ионы калия, нахо [c.172]

Как уже говорилось, дисперсионные силы свойственны любому веществу. Они действуют как в твердом теле, так и в газе. Однако, если твердое тело относится к типу ионных, а газ — полярный, т. е. его молекулы обладают постоянными дипольными моментами, то в полное взаимодействие будут давать вклад. и электростатические силы. К типичным ионным твердым телам относятся хлорид калия, иодид натрия и окись магния, типичными полярными веществами являются вода, аммиак и спирты. [c.26]

В спектре масс наблюдаются ионы твердого тела — адсорбента, ионы физически адсорбированных молекул, ионы поверхностных химических соединений и ионы примесных элементов из объема твердого тела. Первичные ионы даже с относительно высокой энергией не проникают глубоко в образец. Состав и состояние адсорбционного слоя существенно влияют на состав вторичных ионов. Прямая пропорциональность между регистрируемым в масс-спектрометре током вторичных ионов поверхностного происхождения и концентрацией соответствующих частиц па поверхности адсорбента дает возможность исследовать этим методом поверхностные процессы. [c.49]

Р и с. 2. Кривые плотности состояний для щелочных металлов (а) и ионного твердого тела (б). [c.82]

Р и с. 5. Кривые потенциальной энергии основного и возбужденного состояний для ионных твердых тел. [c.91]

Адсорбция И катализ в наиболее типичных случаях сосредоточены в самом поверхностном слое атомов (ионов) твердого тела. Молекулы, которые непосредственно участвуют в катализе, даже при больших покрытиях составляют обычно лишь некоторую, небольшую, часть монослоя. Поэтому при измерении физических и физико-химических свойств молекул, хемосорбированных на активных центр-ах, нередко приходится иметь дело с очень малыми абсолютными концентрациями и притом на фоне тех же характеристик для молекул, адсорбированных на других (неактивных или побочных) центрах, и молекул второго, а иногда и последуюш их слоев. К этому следует добавить и осложнения, вызванные аналогичными характеристиками самого твердого тела. [c.13]

Вопрос о том, будет ли МР представлять собой ионное твердое тело или ковалентный газ (для которого теплота конденсации в молекулярное твердое тело невелика), может быть [c.82]

Поверхности металлов и ионных твердых тел по своей природе обладают высокой химической реакционной способностью. Причина этого явления понятна. Структура кристалла в объеме такова, что каждый атом внутри него имеет наилучшие условия для связывания с окружающими его соседними атомами в любом из трех измерений. Но на поверхности способность атомов к связыванию не исчерпывается полностью, поскольку по крайней мере с одной стороны у них нет соседей. Таким образом, поверхность представляет собой область особых химических свойств, которые очень интересны для химиков. Важность таких особых свойств переоценить трудно. Например, коррозия, конечно, протекает на поверхности железа, оказывая одинаково плохое воздействие и на огромную Эйфелеву башню и на маленькую иголку. Оценки показывают, что коррозия ежегодно обходится США в миллиарды долларов. На поверхности алюминия протекает очень быстрая реакция с кислородом воздуха. В результате образуется защитная пленка из весьма инертного оксида. Поэтому мы спокойно пользуемся на кухне алюминиевой фольгой, хотя известно, что при достаточно высокой температуре сам алюминий воспламеняется. Но самое большое внимание химия поверхности привлекает в связи с тем, что именно поверхности могут обладать чрезвычайно высокой каталитической активностью. Способность поверхности твердого тела на несколько порядков увеличивать скорость химических реакций, оставаясь при этом неизменной, называется гетерогенным катализом. В разд. 1П-Б и Ш-В мы уже отмечали очень большое значение гетерогенного катализа, на котором основаны промышленные процессы, имеющие чрезвычайно важное экономическое значение. Это одна из самых важных и быстро развивающихся передовых областей химии. [c.184]

При изучении кристаллической структуры и способа упаковки важно установить объем, занимаемый атомами или ионами твердого тела. Рассматривая ионы в галогенидах щелочных металлов в виде жестких сфер, можно приписать ионный радиус каждому из ионов, а межионные расстояния в кристаллах в свою очередь выразить в виде простой суммы соответствующих ионных радиусов. Полинг [c.22]

Многие химические процессы сопровождаются переносом атомов и ионов твердого тела на большие расстояния. Особенности этого переноса существенным образом зависят от дефектности структуры твердого тела. Рассмотрим подробнее процесс диффузии в твердом теле. [c.108]

Ионные твердые тела [c.114]

ИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА [c.117]

ИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА 121 [c.121]

ИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА 125 [c.123]

ИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА [c.129]

Какие два фактора дают основные вклады в энергию связи ионных твердых тел [c.129]

ИОННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА 131 [c.131]

В модели жесткой сферы расстояние М+—X устанавливается по сумме радиусов М+ и X . Известно, что реальные атомы не являются жесткими сферами и их равновесное расстояние в ионных твердых телах должно поэтому быть следствием некоторой короткодействующей силы отталкивания, обусловленной перекрыванием их электронных облаков, которая начинает действовать, когда атомы сближаются. Борн сделал простое допущение, что силу отталкивания между двумя ионами можно представить выражением В 1г", где В и п — постоянные, пока еще не определенные и являющиеся характерными для рассматриваемой ионной пары. Поэтому для энергии отталкивания отдельного иона в кристалле можно написать следующее выражение [c.54]

Несмотря на то что эта тема не является частью общей теории ионных твердых тел, она до некоторой степени связана с общей теорией и ее удобно изложить здесь, так как другие термодинамические циклы в принципе похожи на циклы Борна — Габера. Их [c.58]

Сорбцией называется процесс поглощения одного вещества другим, например, поглощение одной жидкостью другой или газов жидкостями. Но в большинстве случаев под этим термином понимают процесс поглощения молекул газов, паров, жидкостей или ионов твердыми телами, который может происходить по двум механизмам [1] [c.492]

Силы притяжения поверхностных молекул, атомов и ионов твердых тел, подобно поверхностным молекулам жидкости, не уравновешены притяжением молекул другой фазы и результирующая сила направлена внутрь твердого тела. Вследствие этого твердые тела, так же как и жидкости, обладают определенным запасом свободной поверхностной энергии и стремятся уменьшить величину этой энергии до минимального при данных условиях значения. Этим объясняется способность твердых тел, особенно в состоянии высокой дисперсности, адсорбировать газы, пары жидкостей и растворенные вещества. То вещество — твердое или жидкое,— которое в гетерогенной системе является поглотителем, называется сорбентом, а вещество поглощаемое — сорбти-вом. Сорбционные процессы в зависимости от того, насколько глубоко проникают частицы сорбтива в сорбент, а также в зависимости от характера взаимодействия компонентов в этих процессах, носят различные названия. [c.282]

Благодаря наличию ионов твердые тела с ростом температуры проявляют проводимость. Этот эффект можно использовать для создания газового сенсора. Особенно важны твердотельные электроды с проводимостью за счет оксидных ионов. Эти электроды являются редокс-электродами. Обычно материалом служит 2гОг, легированный СаО или YbaOa, в кристаллической решетке которого имеются катионные вакансии, что и объясняет ионную проводимость. Твердотельные электролитные сенсоры из 2гОг подходят для определения кислорода в выхлопных газах или для контроля металлургических процессов, где нужно определять кислород в расплавленном железе при температуре свыше 1000°С. Ионы 0 , образующиеся в результате окислительно-восстановительной реакции [c.497]

Химический процесс в очень редких случаях идет самопроиз-, вольно при простом смешении реагентов. Пример — взаимодействие растворов электролитов или рекомбинация свободных радикалов. Чтобы инициировать химический процесс, будь то получение продуктов органического или неорганического синтеза, химическая переработка минерального сырья или топлива в двигателях внутреннего сгорания, как правило, необходима активация реакционной смеси. Принято считать, что благодаря активации молекулы газовых смесей атомы или ионы твердых тел переходят в возбужденное состояние — становятся реакционноспособными. Самый простой, но вместе с тем не всегда эффективный способ активации связан с нагревом, т. е. подведением тепловой энергии. Недостатком теплового возбуждения является то, что оно дает по-разному возбужденные молекулы реагентов, что, в свою очередь, делает их неравноценными друг другу в энергетическом отношении и способными взаимодействовать с образованием целого спектра, или набора химических продуктов. Тем самым утрачивается возможность осуществить селективный химический процесс с максимальным выходом целевого продукта. Это, в свою очередь, создает немало трудностей, начиная с необходимости отделения целевого продукта от побочных и кончая проблемой использования последних. [c.89]

Последний вывод дает основание ожидать, что существует определенная корреляция между величиной ширины запрещенной зоны и разностью лект)1оотрина1ельностей аниона н катиона. Большая разность электроотрицательностей способствует образованию ионных связей. В таких случаях обратного пе])е-носа заряда от аниона к катиону ожидать трудно, и это хорошо коррелирует с тем, чю ионные твердые тела имеют широкую запрещенную. зону. Ширина запрещенной юны ряда неорганических соединений приведена в табл. 14.2. Количественное соотношение между шириной запрещенной. зоны и степенью ионности связи предложено Филиппсом и Ван Фехтеном [уравнение [c.86]

Поверхностные химические реакции возможны в том случае, когда соприкасающиеся фазы различны. При этом реальные твердые растворы можно рассматривать как химические соединения переменного состава. Образуемые в результате этих реакций поверхностные химические соединения (в отличие от объемных) не представляют отдельной самостоятельной фазы и их состав сте-хиометрически неопределен. Вступившие в поверхностную реакиик атомы и ионы твердого тела не порывают связей с атомами и ио- [c.18]

Существующие методы расчета энергий кристаллических решеток, применимые, строго говоря, к ионным твердым телам, а минералы в большинстве своем неионогениы Поэтому А. Ф. Капу-стинский полагал, что энергия решеток не может иметь здесь не- [c.9]

Для аккумуляторов с твердым электролитом необходимы высокие показатели проводимости электролитов, т, е. они должны принадлежать к суперионным проводникам. Подвижность ионов твердом теле является следствием определенной организация структуры, при которой ионы одного вида оказываются разупоря-дочениыми в пределах относительно жесткой упорядоченности других. Причем жесткость кристаллического каркаса, в котором как бы разлита ионная жидкость, благоприятствует ее текучести. [c.60]

I треннего сгорания, как правило, необходима активация реакционной смеси. Принято считать, что благодаря активации молекулы газовых смесей атомы или ионы твердых тел переходят в возбуж- денное состояние — становятся реакционноспособиыми. Самый. простой, но вместе с тем не всегда эффективный способ активации связан с нагревом, т. е. подведением тепловой энергии. Недостатком теплового возбуждения является то, что оно дает по-разному возбужденные молекулы реагентов, что, в свою очередь, делает их неравноценными друг другу в энергетическом отношении и способными взаимодействовать с образованием целого спектра, или набора химических продуктов. Тем самым утрачивается возможность осуществить селективный химический процесс с максимальным выходом целевого продукта. Это, в свою очередь, создает немало трудностей, начиная с необходимости отделения целевого продукта от побочных и кончая проблемой использования последних. [c.89]

При квазистатических условиях (рис. 1.2) потенциальная энергия и г) каждого атома или иона твердого тела по мере растяжения, начиная от положения равновесия (го — равновесное расстояние между атомами до приложения сил), непрерывно увеличивается, а квазиупругая сила взаимодействия между атомами / — —du r)[dr, или ее абсолютное значение F, проходит через максимум (точка М на рис. 1.2). При квазистатиче-ском (медленном) растяжении до точки М напряжение растяжения а, приложенное к образцу, уравновешивается в каждый момент времени внутренними силами взаимодействия Ni атомов в единице площади сечения, перпендикулярного направлению растяжения. Максимальной силе взаимодействия Fm соответствует теоретическая прочность am.= iFm- [c.12]

При низких температурах в основном наблюдается физическая адсорбция, при которой молекулы веществ переходят из газовой фазы на поверхность твердого тела практически в неизменном виде и удерживаются на ней слабыми ван-дер-вааль- совыми силами. С повышением температуры характер адсорбции изменяется в этом процессе все большую роль начинают играть силы химического взаимодействия между адсорбируемой молекулой и поверхностными атомами (ионами) твердого тела или находящимся на его поверхности адсорбированным кислородом (активированная адсорбция, или хемосорбция). Такое взаимодействие может вызвать различного рода изменения в адсорбируемой молекуле перераспределение зарядов между атомами в молекуле, разрыв кратных связей, деструкцию молекулы, образование кислородсодержащих адсорбированньк соединений или углеводород-кислородных комплексов [c.84]

Расчет показал, что величина поля у поверхности ионных твердых тел на расстояниях, соответствующих удаленности адсорбированной молекулы от поверхности, сильно зависит от зтого расстояния. Экспериментальный метод измерения расстояния до сих пор еще не разработан. При использовании для расчета предполагаемой величины расстояния величина поля для аргона, адсорбированного на иодистом цезии, получается равной 5,7-10 ej M [136], а для аргона на КС1 — равной 4,3- 10 в/см [137]. Так как поверхность кварцевого стекла не является полностью ионной, приведенная выще экспериментальная величина поля (7- 10 в/см) достаточно хорощо согласуется с этими теоретическими величинами. [c.280]

Это И имеет место для щелочных металлов. Напротив, как видно из рис. 2, в ионных твердых телах все энергетические состояния первой зоны заняты поэтому она называется заполненной зоной. Заполненная зона отделена потенциальнылг барьером в несколько электроновольт от следующей зоны, которая совершенно не занята. В заполненной зоне в каждом состоянии имеется максимально возможное число электронов, которое, согласно принципу исключения Паули, равно двум. Электронная проводимость здесь поэтому невозможна, и вещества, ха- [c.82]

Бомбардирующие и выбитые частицы, обладающие большой скоростью, находятся в интервале скоростей, при которых возможна ионизация, благодаря чему они будут выбивать электроны и создавать положительные ионы, которые могут диссоциировать при вторичных процессах. Если в данном окружении возникшие ионы стабильны, то выбитые электроны будут снова захвачены, и, таким образом, могут воссоздаться первоначальные молекулы. Если, однако, как это часто бывает, положительный ион не стабилен, то хотя обратный захват электрона и будет происходить, но при этом образуются новые молекулы. Рекомбинация возможна, поскольку выбитые электроны обладают низкой энергией, которая несомненно меньше 30 еУ, т. е. суммарной средней энергии ионизации. Вследствие малой величины энергии расстояние, на которое уходит электрон в конденсированных средах, будет невелико и рекомбинация в большинстве случаев будет происходить очень быстро, хотя имеются некоторые твердые тела с ионной решеткой, в которых выбитые электроны могут находиться в метастабильных состояниях благодаря сильным электростатическим полям в решетке твердого тела они могут оставаться диссоциированными в течение очень продолжительного времени. В случае газов рекомбинация протекает медленнее, так как эффект ячейки почти отсутствует и возникающие электроны уходят на значительно большие расстояния от положительных ионов. Это снижает электростатические силы притяжения, и рекомбинация становится более зависимой от случайной диффузии, чем это имеет место, например, для жидких углеводородов. В ионных твердых телах рекомбинация будет-итти медленнее по аналогичным причинам, а именно электростатические силы ионов в решетке будут уменьшать благодаря диэлектрическому действию силы между выбитым электроном и положительным ионом. [c.222]

Во всех соединениях катионы окружены анионами или нейтральными молекулами. Группы, непосредственно окружающие катион,, называют лигандами, а область неорганической химии, изучающая совместное поведение катионов и их лигандов, носит название координационной химии. Конечно, не существует четких границ между координационной химией и, с одной стороны, химией ковалентных молекул, а с другой — химией ионных твердых тел. По традиции метан и ЗРе рассматривают как ковалентные молекулы, а ВНГ и А1Р как координационные соединения, т. е. как В +Ч-4Н и АР+-Ь6Р- соответственно. Нр с точки зрения фундаментальных электронных свойств такое деление не обосновано. Аналогично связи между металлом и лигандами в МазА1Рб и А1Рз(тв.) не могут качественнр слишком сильно различаться, хотя по традиции их называют первое — координационным соединением с комплексным анионом А1Р , второе — солью. [c.151]

Поскольку ионы обычно обладают сферически симметричной электронной конфигурацией (см. предыдущий параграф), их можно считать жесткими несжимающимпся заряженными шарами. В твердом состоянии ионы упакованы так плотно, что каждый из них окружен возможно большим числом ионов противоположного заряда. Это число ионов, окружающих данный ион, называют координационным числом этого иона. Следовательно, в случае высоких координационных чисел кулоновская стабилизация в ионном твердом теле наибольшая. Межионное расстояние г в кристалле состава МХ мон но рассматривать как сумму радиуса катиона М+(гм) и радиуса аниона Х (гх), предполагая, что эти ионные радиусы постоянны независимо от окружения иона. Это предположение справедливо только в случае, если ионы действительно несжимаемы. Экспериментальные определения дают только межионное расстояние г, и его необходимо распределить между этими двумя ионами. Для этого применяют три метода [c.72]