химический каталог




Дефекты кристаллов неорганических соединений

Автор неизвестен

Дефекты кристаллов неорганических соединений характеризуются так называемым эффективным зарядом (относительно нормальных частей решетки), который может быть равен нулю или быть отличным от нуля (для дефектов в ионизированной форме).

Одна из важнейших функций точечных дефектов связана с их донорно-акцепторной активностью. Если дефект характеризуется дефицитом электронов, т. е. образует дырки, он является акцептором, потребителем электронов. Если же дефект приводит к избытку электронов, то он является донором.

Например, если в кристалле кремния атом кремния, имеющий четыре электрона, заместить на атом галлия с тремя валентными электронами, то возникает примесный центр с акцепторными свойствами. Но при легировании кристалла кремния мышьяком, у которого пять валентных электронов, появляется электронная проводимость.

Здесь речь идет уже о примесных дефектах. Для модификации свойств твердых материалов издавна используется легирование. Радикальное изменение свойств веществ при их очистке от примесей особенно показательно на примере так называемых сверхчистых веществ, о которых уже упоминалось. Примеси могут создавать дефекты разного типа. Если примесные атомы невелики по размерам, то они могут внедряться в междоузлия. В случае относительного сходства с основными атомами решетки примесные атомы могут замещать их в узлах решетки кристалла. Примесь может быть не распределена равномерно по всему объему твердого тела, а сосредоточиться на поверхностях зерен или даже составить трехмерные включения — новую фазу — самостоятельные зерна.

Модификацию свойств твердых тел путем создания дефектных структур можно проиллюстрировать на примере материала, из которого изготавливают электрод для процесса фотолиза воды. Наилучший материал по многим критериям — оксид титана (IV). Однако чистый оксид титана (IV) —диэлектрик. Если убрать из кристаллической решетки немного кислорода, то электрическая проводимость возрастает на много порядков. Для TiO1,98 и TiO1,995  электрическая проводимость разнится на 14 порядков! Такие же результаты можно достичь, если TiO легировать атомами Re и Сг. Еще более эффективным оказалось использование и того и другого пути одновременно.

Еще в начале века Н. С. Курнаков, исследуя силикаты и сплавы металлов, обнаружил среди них химические соединения с нестехиометрическим составом. Позднее было доказано существование обширного класса химических соединений, имеющих переменный состав.

Например, оксид титана (II) TiO существует в диапазоне соотношений от TiO0,7 до TiO1,3, а вот оксид железа (II) вюстит существует в соотношениях от FeO1,12 до FeO1,05, причем в образцах с точным соотношением 1 : 1 всегда есть примесь свободного железа.

Отклонения от стехиометрии имеют принципиальное значение для формирования свойств кристаллов. Используя метод статистической термодинамики, В. Шоттки и К. Вагнер установили взаимосвязь между дефектностью кристаллической решетки и нестехиометрией, доказав неизбежность появления нестехиометрии в любом ионном кристалле.

При малой концентрации дефектов взаимодействие между ними отсутствует, а распределение в пространстве случайно. По мере увеличения нестехиометрии дефекты вступают во взаимодействие, упорядочиваются и создают сверхструктуру. Взаимодействие дефектов может приводить к образованию кластеров, которые упорядочиваются силами кулоновского взаимодействия.

Наличие дефектов оказывает влияние на фундаментальные свойства твердых тел: теплопроводность, электрическую проводимость, магнитные, оптические и механические свойства, температуру плавления и структурных переходов и др. Естественно, что и реакционная способность твердых веществ в значительной мере определяется наличием дефектов. Можно утверждать, что химия твердого тела — это химия дефектов, которые облегчают возникновение зародышей твердых продуктов реакций; способствуют диффузии атомов, ионов, электронов; способствуют возникновению локальной неравновесности структуры, напряженности, а отсюда и центров зарождения превращений; принимают непосредственное участие в химических превращениях; являются основными виновниками плохой воспроизводимости многих твердофазных реакций (трудно приготовить два образца с идентичными дефектами) .

Таким образом, если, например, скорость гомогенных газофазных реакций зависит в основном от таких параметров, как температура, концентрация, давление, то скорость твердофазных реакций — от многих других факторов: дисперсности, состояния поверхности, предыстории образца и др.

Полезная информация:

Двухъярусные кровати идеальное решение для малогабаритной детской комнаты. Сэкономленное пространство дети оценят по достоинству, ведь, как известно, им рекомендуется как можно больше двигаться. Многие считают, что двухъярусная кровать дорого, дешевле купить две одинарных. Это не так. Существуют дешевые двухъярусные кровати, найти их не так сложно, достаточно немного побродить в Интернете. Не бойтесь экспериментировать, уверен результат вас порадует.


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
зимняя щетка стеклоочистителя
купить гироскутер умка
двойная рамка гос номера
обслуживание чиллеров evr прайс

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(30.05.2017)