Физическая химия твердого тела. — М.: Химия, 1982. — 320 с., ил.
Дано систематическое изложение наиболее важных разделов современной физической химии твердого тела — теории разупорядоченности в кристаллах с различными типами химической связи, теории явлений переноса, определяющих протекание химических реакций в твердых телах, адсорбционных явлений и кинетики роста твердых фаз.
В книге используется единый математический аппарат, основанный на методах статистической термодинамики, для описания как статических, так и кинетических характеристик твердых тел с различными типами химической связи: металлов, валентных полупроводников и ионных кристаллов.
Предназначена для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, специализирующихся в области химии и физики твердого тела.
Содержание
Предисловие ................
Основные обозначения.............. °
Глава 1.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ.......... И'
1.1. Кристаллические и аморфные твердые тела...... . 11
1.2. Металлы................ 12
1.3. Неметаллические твердые тела.......... 14
1.4. Диффузия и ионная проводимость. Атомные дефекты ... 20
1.5. Эффективные заряды дефектов.......... 26
1.6. Электронная проводимость неметаллических кристаллов. Электронные дефекты......-........ 28
1.7. Энергетические состояния электронов в нестехиометрических кристаллах ................ 41
1.8. Протяженные дефекты............ 44
1.9. Твердые тела со структурной разупорядоченностью .... 50
1.10. Структура и транспортные процессы в стеклах..... 54
Глава 2.
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ДЕФЕКТНЫХ КРИСТАЛЛОВ ............... 57
2.1. Модельные представления........... 57
2.2. Химические потенциалы точечных дефектов . ..... 59•
2.3. Закон действия масс для квазихимических реакций между дефектами ................. 65
2.4. Химические потенциалы атомов и ионов....... 69
Глава 3.
РАЗУПОРЯДОЧЕННОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ............ 71
Разупорядоченность чистых металлов........ 72
Разупорядоченность интерметаллических соединений .... 76 Концентрации дефектов в нестехиометрических интерметаллических соединениях ............. 79
3.4. Упорядочение твердых растворов замещения...... 87
3.5. Фазы внедрения.............. 97
Глава 4.
РАЗУПОРЯДОЧЕННОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ .... 101
4.1. Собственные полупроводники.......... Ю2
4.2. Примесные полупроводники........... 104
4.3. Собственно-дефектные полупроводники........ Ш
4.4. Нестехиометрические полупроводниковые соединения . . . . 115
Глава 5.
РАЗУПОРЯДОЧЕННОСТЬ ИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ... 129
5.1. Собственная ионная разутюрядоченность....... 131
5.2. Примесная ионная разупоря-доченность ....... 136
5.3. Ассоциация дефектов в примесных ионных кристаллах 141
5.4. Разупорядоченность чистых неетехиометрических ионных кристал-
ЛОВ ....... с 1 л г.
5.5. Разупорядоченность примесных нестехи'ометрических 'кристаллов 159 Глава 6.
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ..... 168
6.1. Феноменологические уравнения.......... 168
6.2. Статистический вывод основного уравнения переноса . . . 173
6.3. Подвижность дефектов. Ионная проводимость..... 179
6.4. Подвижность электронов и дырок. Электронная проводимость . 189
6.5. Числа переноса ионов............ 206
6.6. Диффузия при хаотических блужданиях .....\ 212
6.7. Корреляционный эффект при самодиффузии ...... 221
6.8. Корреляционные эффекты при гетеродиффузии..... 229
6.9. Основное уравнение переноса при коррелированной диффузии . 233
6.10. Химическая диффузия............ 238
6.11. Взаимная диффузия в сплавах замещения...... 244
6Л2. Сопряженная диффузия заряженных частиц...... 249
6.13. Взаимная диффузия в твердых электролитах...... 253
6.14. Термоэлектрический эффект в твердых электролитах .... 256 6.16. Термоэлектрический эффект в невырожденных электронных проводниках . .............. 262
Глава 7.
КИНЕТИКА РОСТА ТВЕРДЫХ ФАЗ ....... 268
7Л. Феноменологические уравнения.......... 268
7.2. Рост интерметаллических фаз при диффузионном контроле . . 271
7.3. Окисление металлов при диффузионном контроле .... 274
7.4. Поверхностная разупорядояенность кристаллических фаз . . 281
7.5. Переход частиц через поверхность раздела твердых фаз . . 284
7.6. Адсорбция газов на твердых телах ........ 289
7.7. Рост интерметаллических фаз при замедленном переходе через межфазные границы............. 293
7.8. Окисление металлов при замедленных межфазных процессах . 296
Приложение. Некоторые сведения из химической термодинамики 305
Литература............... 319
Предисловие
Большие и все возрастающие потребности новых областей техники стимулируют бурное развитие сравнительно молодой области современного естествознания — химии твердого тела, основными задачами которой являются синтез твердых веществ, изучение их различных физико-химических свойств, реакций с их участием и в конечном итоге создание материалов с заранее заданными свойствами. Успешное решение этих задач немыслимо без глубокого развития физической химии твердого тела, которая, являясь составной частью химии твердого тела, призвана изучать физические основы механизмов химических процессов в твердых телах. Совершенно очевидно, что область ее применения столь же необъятна, как и материаловедения в целом, и включает в себя такие направления, как вопросы структуры, химической связи, транспортных процессов и химического взаимодействия, в частности химических реакций в кристаллических и аморфных твердых телах.
Перечисленные направления сравнительно долгое время развивались в значительной мере изолированно друг от друга, однако в настоящее время становится все более очевидной органическая связь между, казалось бы, совершенно различными явлениями. Поэтому физическая химия твердого тела как единая область науки формируется именно сейчас. Процесс этот пока далек от завершения и, вероятно, потребует еще одного-двух десятилетий. Тем не менее в настоящее время имеются важные предпосылки для объединения различных существующих подходов к решению многих задач в единую теорию, которая в рамках единого формализма описывала бы достаточно широкий круг явлений. При этом желательно, чтобы такая теория опиралась на достаточно простые физические принципы и использовала по возможности простой математический аппарат.
Данная книга является одной из первых попыток решения этой задачи; ее автор стремился к охвату возможно более широкого круга фундаментальных физико-химических явлений в кристаллах в рамках единого и вместе с тем достаточно простого формализма.
Излагаемая здесь теория опирается на представления о ра-зупорядоченности кристаллических тел, приводящей к нарушению строгой периодичности их кристаллической структуры. Основы таких представлений, заложенные в 20—30-х годах в классических работах советского физика Я. И. Френкеля и немецких физикохимиков К- Вагнера и В. Шоттки, явились рево-
Цена: 150руб.
