Специфика твердофазных превращений заключается и в том, что контакт твердого тела с другим телом, жидкостью или газом происходит с поверхности. Частицы, расположенные на поверхности, вступают в реакцию первыми. Продвижение реакции в глубь объема твердого тела связано с осложнениями процесса, изменением скорости химического превращения, искажением пространственного распределения границы взаимодействующих фаз. Зародыши новой фазы (продукта реакции) растут и множатся, создавая своеобразные и характерные для данной реакции и условий ее проведения новообразования. Такие реакции называются топохимическими.

Очевидно, что трещины, поры и неоднородности образуют специфическое реакционное поле, в котором реакция начинается на отдельных наиболее уязвимых местах и затем распространяется вглубь, причем диффузные затруднения для выхода газа влияют на кинетику реакции. Скорость такой реакции сильно зависит от размеров частиц. Диспергирование широко используется для регулирования и управления такими реакциями.

На реакционную способность твердых веществ существенно влияет и число потенциальных центров зародышеобразования, которые можно стимулировать введением примесей, увеличивая неравновесность вещества механической активацией.

В настоящее время уровень развития теории химии твердых тел позволяет целенаправленно синтезировать новые материалы, а также прогнозировать их физико-химические свойства. Например, важнейшая часть рубинового лазера — кристалл рубина, который преобразует полихроматическое излучение в монохроматическое — когерентный луч. Химический состав и структура рубина соответствуют альфа-корунду. Характерной окраске и специфическим свойствам такой кристалл обязан примесным ионам Cr³⁺ (примесь 0,05% Cr₂O₃), которые замещают часть ионов Аl³⁺. Облучение инициирует колебание ионов Cr³⁺, которые генерируют вторичное уже когерентное излучение. Остальная масса кристалла играет пассивную роль — является проводящей прозрачной средой. Поэтому при создании лазеров материаловедческая задача выглядела так: рабочий кристалл должен быть прозрачен для света и содержать небольшое количество ионов с соответствующей структурой, выдерживать интенсивный нагрев и не иметь дефектов оптической неоднородности.

Полупроводниковые материалы на базе оксидов переходных металлов должны иметь вполне определенную концентрацию вакансий, что достигается одним из способов управления дефектообразованием. Например, в оксид никеля NiO вводится добавка оксида лития Li₂O. Разница зарядов Ni²⁺ и Li⁺ в структуре материала компенсируется за счет образования из ионов Ni²⁺ ионов Ni³⁺ в количестве, равном количеству примесных ионов Li⁺.

Эти два примера иллюстрируют современное состояние химии твердого тела, когда от методов поиска типа «проб и ошибок» переходят к целенаправленному синтезу новых материалов на базе изучения закономерностей, определяющих зависимость комплекса свойств твердых веществ от их состава и реальной структуры.

Полезная информация:

Одним из самых известных мультфильмов созданных в Советском Союзе, по праву считают «Снежную королеву» Николая Фёдорова. Созданная в 1957 году «снежная королева» завоевала несколько первых премий на престижных международных кинофестивалях. Так в 1958 году, на международном кинофестивале в Каннах, мультфильм «Снежная королева» получил Первую премию как лучший анимационный фильм. Если вы еще не видели этот мультфильм, обязательно его посмотрите.