Газы в металлах

Предположение о том, что электроны в металле свободно перемещаются и в отсутствие электрического поля, подтверждается рядом экспериментальных фактов. Так, обнаруживается универсальная связь между электропроводностью и теплопроводностью металлов. Теплопроводность металлов значительно выше, чем теплопроводность изоляторов найдено, что отношение электропроводности и теплопроводности, по крайней мере при средних температурах, является универсальной функцией температуры и не зависит от природы металла (закон Видемана — Франца). Это указывает на общность механизма обоих процессов перенос тепла, как и перенос электричества, осуществляется за счет движения свободных электронов следовательно, свободные электроны в металле имеются и в отсутствие электрического поля. Факт существования в металлах свободно перемещающихся электронов подтверждается также явлением термоэлектронной эмиссии (испускание электронов нагретыми металлами). Следует отметить, что распределение скоростей электронов в металле, как показывает опыт, является максвелловым. Таким образом, наличие в металлах электронного газа можно считать экспериментально подтвержденным. Предположив, что электронный газ в металле обладает свойствами классического идеального газа, Друде дал теоретическое истолкование наблюдаемой на опыте зависимости между теплопроводностью и электропроводностью. Был объяснен ряд термоэлектрических явлений. Правда, возникли расхождения между теоретическими и экспериментальными значениями теплоемкости металлов. Согласно классическому закону равнораспределения энергии электронный газ должен давать вклад в теплоемкость металла, равный 3/2 Я а а 1 моль свободных электронов (если металл одновалентный, это вклад на 1 моль вещества). Однако экспериментально установлено, что вклад электронов в теплоемкость практически равен нулю. Это противоречие нашло объяснение наос- [c.183]

Более серьезное замечание было сделано Бударом [265] при обсуждении вопроса о постоянстве теплоты растворения газов в металлах. Основываясь на том, что теплота растворения водорода в металле не уменьшается с увеличением концентрации водорода. Будар сделал заключение, что аналогичная закономерность может иметь место и в случае поверхности. Теплота растворения водорода в (3-титане [269] при концентрациях, меньших 10 атомн. %, имеет постоянное значение, равное 27,83 ккал/моль, а повышении концентрации до 30 атомн. % она медленно растет, достигая лишь 28,3 ккал/моль. Это увеличение теплоты растворения обусловлено расширением решетки. В данном примере имеет также место обмен с электронами проводимости металла. Поэтому, если при растворении не происходит изменения теплоты процесса с увеличением концентрации, то можно ожидать, что оно не будет наблюдаться и при обмене электронами между хемосорбированными атомами и поверхностным слоем электронов. [c.145]

Многие двухатомные газы способны растворяться в металлах. При этом их молекулы диссоциируют на атомы, которые диффундируют внутрь металла. Находясь в растворенном состоянии, эти атомы ведут себя как частицы, обладающие положительным или отрицательным зарядом [1661 Атомы водорода, растворенные в палладии, никеле или железе, находятся частично в виде протонов [167]. Атомы кислорода при растворении в цирконии частично заряжаются отрицательно [168]. Растворение газа в металле во многих случаях представляет собой экзотермический процесс. Однако в ряде других случаев, в том числе ггри растворении водорода в никеле, железе и платине, этот процесс носит эндотермический характер. В последнем случае растворимость водорода повышается с увеличением температуры. [c.107]

Для практики существенно, что растворимость этих газов в жидком железе значительно выше, чем в твердом, и поэтому при кристаллизации жидкой стали могут возникать дефекты из-за присутствия газовых пузырей. Растворимость газов в металлах заметно зависит от концентрации других элементов. Так, присутствие углерода уменьшает растворимость азота в жидком железе, а ванадий значительно увеличивает ее. Влияние третьего компонента на растворимость газов впервые было установлено И. М. Сеченовым, изучавшим поглощение углекислого газа кровью. Им было найдено уравнение [c.91]

Из всех газов водород наиболее быстро растворяется в большинстве металлов. Под термином растворение следует понимать распределение газа в объеме металла. Процессу растворения газа в металле предшествует адсорбция его на поверхности металла и диссоциация на атомы. Заметная поверхностная диссоциация на атомы происходит при 200—300 °С [48]. [c.143]

Растворение водорода и других двухатомных газов в металлах сопровождается диссоциацией молекулы на поверхности. Равновесие системы в этом случае определяется равенством нулю химического сродства 2v/p-, = 0 (где v,- и (г — стехио.мет- [c.116]

Из всех газов водород наиболее быстро растворяется в большинстве металлов. Процессу растворения газа в металле предшествует адсорбция его на поверхности и диссоциация на атомы. [c.236]

Адсорбция водорода на слоях металлов Си, Ag, 2п, Сс1 при температурах от —195 до 50—200 С и давлениях от 10 до 2- 10 2—4-10"2 мм рт. ст. происходит практически мгновенно и не сопровождается растворением газа в металле при образовании прочных поверхностных соединений. В этом случае она незначительна, примерно пропорциональна давлению, равновесна и обратима. Адсорбция водорода на указанных металлах является молекулярной хемосорбцией, не связанной с диссоциацией На на атомы [31]. [c.20]

Большое значение имеет то, что скорость диффузии растворенных атомов в металлах часто бывает велика по сравнению со скоростью растворения газов в металлах или со скоростью десорбции с поверхности металла. Температурный коэффициент диффузии водорода через никель или платину полностью определяется теплотой десорбции с поверхности этих металлов водорода [169], выделяющегося в виде молекул. [c.107]

Вымывание адсорбированных газов занимает 15 мин и идет в такой последовательности водород, азот, метан, окись углерода. В конце столбика находится ионизационный детектор со слабым источником радия Д, который ионизирует часть газа-носителя (аргона). Возникающий ионизационный ток подается на усилитель и далее на самописец. Примесь газов, выделенных из металла, изменяет степень ионизации аргона, в результате чего на самописце наблюдается ряд пиков. Результаты записи анализа одной пробы показаны на рис. 11. При строго постоянных условиях вымывания адсорбированных газов аргоном высота пиков пропорциональна содержанию отдельных компонентов. На основании анализа образцов металла с известным содержанием газов (или соответствующих искусственных смесей) можно установить соотношение между высотой пика и процентным содержанием газа в металле. [c.70]

Интересно отметить, что растворимость азота в а-Ре увеличивается с повышением температуры, а в 7-Ре, наоборот, уменьшается. В некоторых случаях энергия взаимодействия атомов газа И металла столь велика, что превышает затраты энергии на диссоциацию и раздвижение атомов металла. Поэтому при растворении газа в металле происходит выделение тепла и растворимость уменьшается с ростом температуры. Это имеет место, например, при растворении водорода в титане. [c.90]

Таким образом, электронный газ в металлах не может быть описан статистикой Больцмана и требует применения статистики Ферми—Дирака. [c.234]

Для растворов двухатомных газов в металлах, как указывалось в гл. V, между парциальным давлением и концентрацией существует соотношение С = = к /"р. [c.381]

Рассмотрим случай растворимости газа в металле под давлением, если при растворении происходит диссоциация газов. Ввиду того что растворимость газа в металле незначительна, образующийся раствор можно считать бесконечно разбавленным. Так ка < газовая фаза практически представляет чистый газ, пои равновесии Тогда в соответствии г уравнением (IX, 10) [c.274]

В холодном полом катоде следы элементов определяются в сухих остатках из растворов. В табл. 3.13 приведены сравнительные данные по пределам обнаружения примесей в кремнии. Большое значение имеет полый катод прн определении трудновозбудимых элементов, газов в металлах. [c.69]

Имеется основание считать, что электронный газ в металле находится как бы в стесненном состоянии. Об этом, например, говорит такой опыт. Металлический натрий можно растворить в жидком аммиаке, 23 г натрия имеют объем около 22 а 93 г жидкого аммиака — 137 сж (при —33°), Сумма объемов исходных веществ равна 159 сл( , а объем раствора, приготовляемого из указанных количеств натрия и аммиака, составляет 200 см (при той же температуре). Таким образом, увеличение объема равно 41 сж , или 25%, Такое увеличение объема не наблюдается ни в одном из известных случаев растворения химических соединений в воде или других растворителях. [c.120]

Теоретическое обоснование гипотезы электронного газа в металле дала квантовая теория твердого тела (зонная теория). Квантово-механическое рассмотрение показывает, что при сближении атомов вследствие взаимодействия между ними электронные энергетические уровни смещаются (проявляется принцип Паули), причем это смещение в наибольшей степени затрагивает внешние, валентные электроны. В результате из одинаковых уровней далеко отстоящих атомов образуется энергетическая зона близко расположенных уровней (рис. IV. 10). [c.178]

Ферми-Дирака распределение (200, 203) — равновесное распределение по энергиям для частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу Паули ( фер-мионам ). Наибольшее значение имеет для описания свойств электронного газа в металлах. [c.315]

НО справедлив лишь при не очень низких температурах и то лишь в отношении поступательного и вращательного движений. Закон, однако, строго вытекает из классического распределения Больцмана для частиц идеального газа при описании движения молекул уравнениями классической механики. Как мы увидим позднее, ограниченная применимость закона равнораспределения — прежде всего результат того, что классическое описание движения молекул далеко не всегда допустимо (в особенности это относится к колебаниям ядер), и необходимо учитывать квантовые закономерности (правда, поступательное движение может быть описано классическим образом практически во всех случаях). Кроме того, оказывается, что классическая статистика Больцмана является лишь приближением, которое выполняется не для всякого идеального газа. Например, к электронному газу в металле даже при обычных условиях статистика Больцмана неприменима (см. гл. VHI о квантовых статистиках идеального газа). [c.107]

СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА В МЕТАЛЛЕ [c.189]

Газ в жидкости. Здесь (впрочем, как и в любых других системах) можно выделить два типа систем с образованием химических соединений и с их отсутствием. В первом случае (например, системы NHa—НгО, НС1—НгО) растворимость газов существенно выше, чем во втором (Ог—НгО, Ыг—НгО). В табл. П.2 приведены примеры, которые показывают также быстрое падение растворимости газа в жидкости с повышением температуры, так как процесс растворения всех газов в жидкостях экзотермичен, за исключением растворения простых газов в металлах, которое сопровождается их диссоциацией на атомы (рис. 11.2). [c.232]

Газ в твердом. Особое значение для практики имеют подобные системы с участием металлов. Растворение газа в металле сопровождается деформацией кристаллической решетки металла и часто диссоциацией газообразных молекул на атомы. Оба эти [c.232]

Растворы газов в металлах. Металлы могут растворять в себе газы, атомы которых имеют непарные электроны. Атомы инертных газов (Не, Ме, Аг) в металлах не растворяются, так как их электронные конфигурации имеют устойчивую форму. Атомы газообразных веществ, имеющие непарные электроны, в свободном виде объединяются в молекулы (Нд, О2, р2, N3 и т. д.), поэтому до процесса растворения они должны перейти в атомарное состояние. Галогены и кислород, обладая высокой электроотрицательностью, образуют с металлами устойчивые соединения с ионной или ковалентной полярной связью, не способные растворяться в металлах. [c.279]

Так как суммарная разность энтальпий растворения газов больше нуля (расход энергии на диссоциацию молекул газа), то при повышении температуры растворимость газов в металлах, которые с ними не образуют устойчивых соединений, растет. Растет она и с увеличением давления газа над поверхностью металла [уравнение (10.5)]. При изменении фазового состояния, например при плавлении, растворимость изменяется скачкообразно. [c.280]

Аргон и вода — жидкости, структурные элементы которых выражены четко. Частицы этих жидкостей почти те же, что и в разреженных газах. В металлах подобного сходства нет. Структурные элементы металлов — это атомы и почти свободные коллективизированные электроны, образующие с атомами единое целое. В парах металлов таких структурных образований нет. [c.10]

Растворы газов в металлах. В разбавленных растворах все выражения концентрации пропорциональны друг другу, поэтому закон Генри справедлив при любом способе выражения концентрации. Существенно, однако, что он выполняется только в том случае, если при растворении газа не происходит диссоциации или ассоциации его молекул. Например, растворение азота в воде, где он существует в виде двухатомных молекул, выражается следующим уравнением N2 (таз) =N2 (вода) и С N2 = ры,. [c.62]

Растворимость газов в металлах, например в стали, мала. Поэтому концентрация в жидкости медленно уменьшается с расстоянием от поверхности, вследствие этого медленно происходит диффузионный отвод вещества в глубь объема металлической ванны. По этой же причине мал перепад давления и в газовой фазе. В результате [c.260]

Точный учет требований симметрии существенно сказывается при вычислении термодинамических свойств систем, подчиняющихся статистике Ферми —Дирака или Бозе — Эйнштейна, и это влияние обнаруживается экспериментально, как, например, при изучении электронного газа в металлах или фотонного газа. [c.310]

Кроме того, на поверхности каждого металла существует еще один скачок потенциала, так как электронный газ в металле выходит за границы кристсллической решетки и на поверхности металла снаружи появляется избыточный отрицательный заряд, а изнутри — избыточный поло> птельный заряд. Это приводит к образованию двойного электрического слоя и соответствующего скачка потенциала. Разность этих скачков потенциала между двумя металлами называется контактным потенциалом. [c.300]

Водородная коррозия. ВоздейстВ Ие водорода на сталь при повышенных температуре и давлении связано в основном с разруще-нием карбидной составляющей и сопровождается необратимой потерей ее начальных свойств. Такое физико-химическое воздействие водорода на сталь называется водородной коррозией. Из всех газов водород наиболее быстро растворяется в большинстве металлов. Под термином растворение следует понимать распределение газа в объеме металла. Процессу растворения газа в металле предшествует адсорбция его на поверхности металла и диссоциация на атомы. Заметная поверхностная диссоциация на атомы происходит при 200—300 °С. Изменение свойств металла под воздействием водородной коррозии объясняется следующим. [c.252]

При растворении газов в металлах обычно тепло затрачивается, во-первых, на диссоциацию молекул, и, во-вторых, на раздвиже-ние атомов металла, что не компенсируется энергией растворения. Вследствие этого растворимость газов в металлах, как правило, увеличивается с повышением температуры. [c.90]

Иное положение наблюдается для газа, образованного электронами (электронный газ в металле). Вследствие малости массы частиц и большой плотности электронного газа в металле неравенства (VIII.29) и (VIII.19) не выполняются даже при весьма высоких температурах, вплоть до 3000 К. Металлы плавятся или возгоняются при температурах ниже тех, для которых величина kT сравнима с химическим потенциалом электронного газа. Для электронов в металле при 300 К значение — порядка 10 , так что классическое приближение [c.177]

При растворении газов в металлах обычно тепло затрачивается, во-первых, на диссоциацию молекул и, во-вторых, на раздвижение атомов металла, что не компенсиру- [c.110]