“Аморфты материалдар” лекциялары курсы
Аморфты заттарды соққы толқын әдісімен алу
жүктеу/скачать 5,58 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Лекция 4 Кристалдық емес күйдегі конденсирленген ортаға химиялық типтің әсер ету мүмкіншілігі.
| Аморфты заттарды соққы толқын әдісімен алу.
Тәжірибе жүзінде кварц монокристалының белгілі аймағында кварцтің аморфты пішінін алуға болады. Егер оған толқын соққы 360 кабр және максимал температура толқыны 873 К әсер еткенде. Алынған материал тығыздығы 2,22г/см3 және сыну көрсеткіші 1,46 бұл мәндер кварцті шыны қасиетіне сай келеді. Соққы импульсінің берілуі металдық пластина көмегімен іске асады. Ең жақсы нәтиже соққы толқын уақыты 10-5 с кезінде. α-кварцтің балқу температурасы 1673 К құрайды. SiO2 аморфты үлгісі 600 кбар соққы толқыны әсерінен алынған , тығыздығы тәжірибе жүзінде алынған үлгінің тығыздығына жақын және соққы толқын күші 360 кбар құрған. Осы нәтижелерге сай, жоғарыда монокристалды кварцты зерттеу көрсеткендей, кристалдық күй өзгеріссіз,аморфты зат, кварц шынысы тәріздес, термодинамикалық мағынада SiO2 модификациясын көрсетеді. Лекция 4 Кристалдық емес күйдегі конденсирленген ортаға химиялық типтің әсер ету мүмкіншілігі. Потенциалдық энергияның U қатты дене мен жазықтықтың ара қашықтығына Х (4.1 сурет) байланысын қарастырайық. Егер бөлшектер арасына сферикалық симметрия, қатты полярлы, металлдық немесе молекулааралық химиялық байланыстар әсер етсе, онда жылулық тербеліс бөлшектердің амплетудасы жеткілікті жоғары болады. Ол бөлшектердің ертіндідегі үлкен қозғалысын қамтамасыз етеді, оның кіші жиынтығы мен кристалл түрінде қатаюын қаматамасыз етеді. Бұндай бөлшектердің ара қашықтығы үлкею бөлшектің энергия байланысының азаюна алып келеді (4.1 а сурет). Қажеттіз энергия бөлу пройесі кезіндегі бөлшектердің жиынтығы осыған байланысты. Аз уақытта бағытталған химиялық күштердің байланысы кезінде, мысалы, қосалқы электрондық ковалентте немесе дипольдік, атомдардың кішігірім қоспасында энергияны қажет етеді, химиялық байланыстардың энергиямен бірге өлшенсін.(4.1б сурет). Өзіндік сұйықта ерітінділердің қайта топталған бөлшектері оның қатаюында қиындыққа әкеліп соқтырады, бұндай бөлшектердің қатты денеде ретсіз сақталуына әкеледі, 4.1-сурет U-Потенциялдық энергияның X-қашықтықтағы атомаралық тәуелділігі а -полярлық заттар үшін| Ui(x) | , б- ковалентті заттар үшін| Ua(x) | (Еа – активациялық энергия D –диссосациялану энергиясы) Осылай, реттсіз қашықтықта жүйеленген бөлшенктердің бір келкі статикалық орналасуы аморфты заттарға ұқсас болып келеді. Әр келкі ретсіз бөлшектердің кеңістікте орналасуы ол изотропты, аморфты дененің қасиетіне байланысты. 4.1 суретінде көрсетілгендей бірқалаыпты энергия Е, А бөлшекті жою үшін оның ара қашықтығы Δх2 полярлы бөлшектпен коваленнтік бөлшектің Δх1 , Δх2 >> Δх1. А бөлшекті жою үшін полярлық және коваленттік заттарды бір қашықтықта Δх, бірінші кезекте керегі қажетсіз энергияны ε жұмсау, кішкентай энергияларды Е (ε<<Е). Көбінесе иондық заттардың бөлшектері қайта топталады, егер де аз көлемде энергия активациясы болса, бұл энергия активациясы Δх3 қашықтықтағы х0 тепе теңдікте орналасқан бөлшектерді жою үшін қажет. Қисық потенциалды өрісті жапқан кезде ковалентті заттарға қарағанда , ерекшелігі байланыс үзілмейді. Бұл байланыстағы бөлшектер осы Δх3 қашықтықта орналасқан байланысқа үзілуге әкеледі. Заттың аморфтық күйі сұйық және кристаллдық арасында ауысатындықтан , ол термодинамикалық тұрақсыз болады. Бірақ қалыпты температура бұл бір күйден екінші күйге ауысуы мыңдаған жылдар бойы сақталады, яғни аморфты заттар көбісі кинетикалық тұрақты. Мысалы, Фива қаласындағы бейіттен өткен ғасырда жасалған жасыл түсті әйнек тәрізді моншақ табылды, оның жасы 5 мың жылға жуық. Вулкандық әйнек бұдан да көне болып келеді, яғни біздің заманымызға дейін (5 млн. жыл). Аморфтық заттың кристализациялау процесінің қозғалыс күйі жалпы жағдайда оның ішкі энергиясы мен ұзындықтың қатынасына байланысты болады, кристалдың және аморфтың күйдегі энтропиялар Гиббс теңдеуінен шығады. G = Н – TS G - Гиббстің ерікті энергиясы , Н –энтольпия, S энтропия Аморфты заттар геометриялық тәртібі болмайды, оның ішкі энергиясы немесе энтальпиясы ұқсастық құрамдық кристалдық заттан әрқашан үлкен болады. (Hам > Нкр). Бірақ осы жағдайлар болғанда аморфтық дененің энтрописяы кристалл энергиясынан үлкен (Sам > Sкр). Осыдан, анықталған құрамы мен температурасы мынандай жағдайлар бола алады, мынадай болғанда Σ (H – TS)кр > Σ (H – TS) және аморфтық заттар термодинамикалық тұрақты фазаға айналады. Бұндай аморфты денелерді температура төмендету температура балқыту интервалында кристаллдау әрдайым орындалмайды. Термодинамикалық факторлардан басқа әйнектің кристаллизацияға төзімділігіне және кристаллдық процесінің кинетикасын әсер етеді. 4.2-суретте кристаллизациялы әйнектің энергия диаграммасы берілген. Бұнда G1 – Гиббс кристалының ерікті энергиясы, G2 – аморфтық заттың Гиббс ерікті энергиясы, G3- активті жиынтығының Гиббс ерікті энергиясы. Еа' - бастапқы аморфты заттан құралған активті жиынтықтың энергия активациясы; Еа'' – балқыту температурасы төмен күйіндегі кері кристаллдық процесінің аморфтық күйге айналуының энергия активациясы. 4.2-сурет. Кристаллизациялық аморфты заттар процесінің қарапайым энергиялық диаграммасы Әйнектің экзотермикалық процесі қарастырылған. ΔG = G1 – G2 < 0 4.2 суреттен бастапқы аморфтық заттан активті жиынтық құру үшін Еа' анықталған энергиясын жұмсау қажет. Активация энергиясы қаншалықты жоғары болғандықтан, трмодинамикалық тұрақтсыз аморфтық заттың тұрақты кристалдық күйге өтуі ықтимал, бірақ бұндай күуйге өту термодинамикалық қолайлы, ол деген ерікті энергияның Гиббстің кішірейуімен байланысты жүреді. Аморфтық заттар дисперсттік және компакттік форма түрінде келеді. Дисперсттік форма ұнтақ түрінде де, және пленка түрінде де келеді. Аморфтық ұнтақ деп, мысалы, қызыл фосфор, куйі және тағы басқа қарапайым және күрделі заттар. Көптеген элементарлық шала өткізгіштер, кремний сияқты , германий, сұр мышьяк, сурьма, бор, сонымен қатар екілік шала өткізгіштің AIIIBV типі және одан күрделіліері бұны аморфтық ұнтақтар ретінде де және аморфтық пленка ретінде де немесе басқа жолымен да алуға болады. Сонғы жылдарда амоф күйдегі көптеген металлдар және олардың балқытулары жоғары суыту әдісімен алынады. Жіңішке ұнтақ түріндегі дисперсттік аморфтық күйі немесе аморфтық пленкасының заты бөлек агрегаттардан тұрады, реттеу мен құрылысы жоқ.Бұндай агрегаттар арасындағы химиялық байланыс болмайды, мысалы поликристалл немесе ұнтақкристалл ұнтақтары сияқты. Бірақ кристаллды ұнтақ ұсақ аморфтық кристалға қарағанда өзінің анықталғанбалқыту температурасы болады, көп жағдайда жұмсартылған куйге өтуі, содан кейін анықталған интервал температурада балқытылған куйі. жүктеу/скачать 5,58 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|