Энергия обмена мест при диффузи

Представления об атомных механизмах диффузии следует искать с учетом геометрии решетки. Периодическое расположение элементов решетки требует при обмене местами преодоления потенциальных барьеров, а вместе с тем накопления определенной энергии акти- [c.241]

В начале этого века в физике твердого тела господствовали кристаллографические концепции, согласно которым кристаллические твердые тела составлены из регулярно и плотно упакованных атомов или ионов, занимающих все разрешенные позиции— узлы кристаллической решетки. Такое представление не оставляло места сколько-нибудь плодотворным моделям процессов переноса вещества в кристаллах. Действительно, в целиком заполненной кристаллической решетке транспортные процессы могут осуществляться только путем непосредственного обмена местами соседних атомов. Такой механизм еще мог бы как-то объяснить диффузию в твердых телах, но никак не объясняет ионную проводимость. Действительно, обмен местами одноименно заряженных ионов не приводит к перемещению электрического заряда. Обмен же местами катиона и аниона требует настолько больших затрат энергии (л 15 эВ), что вероятность такого события ничтожно мала (при комнатной температуре один раз за 10 °° лет, при температуре плавления — один раз за 10 ° лет). [c.21]

Но что будет с этими избыточными вакансиями дальше Вспомним, что минимуму свободной энергии кристалла соответствует равновесная концентрация вакансий. Значит, избыточные вакансии должны уйти из металла исчезнуть. Куда уйти На свободную поверхность. Ясно, что по мере ухода лишних вакансий из кристалла электросопротивление будет уменьшаться. Можно экспериментально оценить время, за которое лишние вакансии уходят из металла. Оказалось, что это время обозначим его Тг,) пропорционально квадрату линейного размера образца. Мы уже знаем, что линейная связь между, квадратом длины и временем, или длиной и корнем квадратным из времени — характерный признак процесса диффузии. Является ли наш резуль тат удивительным Конечно, нет. Конечно, уход вакансии из кристалла — тоже диффузионный процесс. Вакансия движется, диффундирует, обмениваясь местами с разными атомами, продвигается все ближе к поверхности. И вот последний обмен с атомом, находящимся на поверхности, и вакансия исчезла. Пустота ушла из кристалла. По-видимому, к этому процессу — исчезновению избыточных вакансий — применимы все закономерности диффузионных процессов, в частности, связь между путем диффузии и временем - дифф ==1 2 ) . [c.99]

Энергия активации находится в тесной связи с другими свойствами кристалла. Она порождается тепловыми колебаниями. Поглощение тепловой энергии выражается не только в увеличении амплитуды колебаний частиц, но и приводит к тому, что атомы или ионы покидают свои нормальные места в рещетке. При высоких температурах, когда тепловые колебания достаточно велики, может произойти обмен местами — диффузия. Амплитуда По, которая соответствует энергии процесса обмена местами, находится (согласно теории Линдеманиа о появлении кристаллов — см. 4.3) в определенно.м соотношении с максимальной амплитудой а, при которой решетка разрушается [c.239]

Диффузия — это перемещение вещества в результате хаотического движения частиц, обусловленного кинетической энергией, или направленного движения их, определяемого градиентом концентрации или химического потенциала. В последнем случае диффузия протекает в сторону меньшей концентрации или большего химического потенциала. Движущей силой диффузии, как и любой другой реакции, является разность термодинамических потерщиалов. Механизм диффузии в твердых телах достаточно сложен. Согласно начальным представлениям (Хевеши), процесс диффузии рассматривался как попарный обмен местами соседних элементов решетки при их тепловом движении. Однако впоследствии появились другие взгляды (Иоффе) на механизм перемещения вещества в кристаллической решетке, послужившие основой для количественной теории диффузии (Френкель, Вагнер, Шоттки). [c.205]

Характеризуя основные механизмы перемещения атомов в решетках кристаллов, необходимо отметить, что механизм диффузии, связанный с обменом местами между соседними атомами, требует высокой энергии термического возбуждения, а поэтому маловероятен. Если бы он имел место, то не наблюдался бы эффект Киркендолла [5]. В опытах Смигельскаса и Киркендолла (рис. 60) ис- [c.196]

Если ионный радиус диффундирующих атомов значительно меньше атомов основного металла (растворителя), как в случае газов и некоторых металлов, то они перемещаются преимущественно по междоузлиям кристаллической решетки. Так как в твердых телах основным видом теплового движения являются колебания атомов около положения равновесия, то механизм диффузии при близких по размеру атомах диффузанта и основного металла представляет собой обмен вакансиями. При этом энергия активации растрачивается па образование вакансии и на работу, необходимую для преодоления потенциального барьера между диффундирующим атомом и вакансией. Обычно имеют место оба механизма диффузии. [c.14]

В области более высоких температур имеет место хорошее согласие между данными о реакции между Нг и Оз и опытами по обмену, что свидетельствует о справедливости в этих опытах одного механизма реакции, обусловливающего оба эффекта. Такой вывод никак не связан с типом механизма элементарной стадии реакции, и не представляется возможности судить о том, какой из различных предлагаемых механизмов лучше всего соответствует результатам опытов по обмену. Реакция между Нг и Ог в рассматриваемо.м интервале температур лимитируется диффузией и этим объясняется исевдо-линейный характер арре-ииусовых прямых, а также неожиданно низкое значение энергии активации, полученное в наших экспериментах и часто упоминаемое в литературе (около 3 ккал/моль). Вследствие диффузии эта величина составляет половину от энергии активации для реакции между Нг и Вг. При более высоких температурах начинают играть роль участки поверхности, характеризующиеся большими энергиями активации. [c.212]

С применением вакуумных адсорбционных весов измерены скорости адсорбции бензола и циклогексана на пористых таблетках аэросила в интервале температур от 15 до 50° С и при поверхностных покрытиях 0 от 0,1 до 2. Учитывая молекулярный поток внутри пор, можно рассчитать коэффициенты по верхностпой диффузии, которые имеют значение порядка 10 - см 1сек. Зависимости коэффициентов поверхностной диффузии от покрытия поверхности имеют максимум при покрытии менее одного монослоя. Это можно объяснить уменьшением энергии активации, а также вероятности обмена местами с увеличением покрытия поверхности. Методом спинового эха были измерены времена ядерно-магнитной релаксации для тех же образцов при температурах от —200 до +100° С. Времена релаксации составляют по порядку миллисекунды величины времен релаксации указывают на существование двух типов поведения молекул при низких температурах. Можно предположить, что в этом интервале адсорбированные молекулы фиксируются в определенных положениях и обладают вращательной степенью свободы. По мере увеличения температуры выше —120° С, устанавливается поступательное движение, приводящее к одинаковым временам релаксации благодаря спиновому обмену. Различия между величинами Тг, полученными методами Гана и Карра-Перселла, объясняются на основании того, что диффузия является заторможенным процессом. [c.164]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология