2. Аумақтық теорияға сәйкес қатты денелердегі талдаңыз

3. Материалдардың классификациясын меншікті электрлік кедергісі бойынша түсіндіріңіз

Қатты денелердің меншікті кедергісі бойынша классификациясы Электрфизикалық қасиеттері бойынша (меншікті электрлік кедергісі ) негізгі үлкен 3 топқа бөлінуі мүмкін: : металдар: ρ=(10^-6-10^-4)Ом∙см жартылай өткізгіштер: ρ=(10^-4-10¹⁰)Ом∙см диэлектриктер: ρ>10¹⁰Ом∙см ρ = 1/σ, σ – меншікті электрөткізгіштік, [σ] = См/м = Ом^-1∙м^-1 (См – Сименс)

Металдар адам өмірінде үлкен орын алады. Дәуірдің аталуы (алтын, күміс, қола, темір ғасырлары) да бұған дәлел бола алады. Металдар - конструкциондық материалдардың бір тобы. Оның ерекшеліктері: ●«металдық жылтыр» (жақсы шағылдырғыш қасиеті) ● пластикалығы ● жоғары жылу өткізгіштігі ● жоғары электр өткізгіштігі

Барлық материалдар электрөткізгіштікке ие. Материалдар өткізгіштер, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер болып бөлінеді. Электрфизикалық қасиеттері бойынша (меншікті электрлік кедергісі ) негізгі үлкен 3 топқа бөлінуі мүмкін: металдар: ρ = (10^-6 – 10^-4) ом*см, жартылай өткізгіштер: ρ = (10^-4 – 10¹⁰) ом*см, диэлектриктер: ρ > 10¹⁰ ом*см.

метал, жартылайөткізгіш және диэлектриктриктердің электрондық құрылысы

Металдарда энергиясы жоғары деңгейде рұқсат етілген толтырылмаған деңгейлер болады. Ферми деңгейі толтырылған деңгейлерді толтырылмағаннан бөліп тұрады. - электрөткізгіштік (Т) – ток тасымалдайтын бөлшектердін дрейфтік қозғалғыштығы Ток тасымалдайтын бөлшектердін дрейфтік қозғалғыштығы дегеніміз бұл электр өрісінің кернеулігінің әсерінен пайда болған ток тасымалдайтын бөлшектердін жылдамдығы Металдарға:

Жартылай өткізгіштерде, валенттік электрондардан құралған зонаны – валенттік зона деп атайды (ол Т=0 болған жағдайда толығымен толтырылған болады). Валенттік зонаның төбесін деп белгілейді. Т=0 болған жағдайдағы бос зонаны (тыйым салынған зонадан кейінгі) өткізгіштік зона деп атайды. Өткізгіштік зонаның түбін белгілейді (ең төмен энергия). Зоналық моделі бойынша жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердін арасында аса айырмашылық жоқ.

4. Материалдық, термодинамикалық және физика-химиялық жүйелердің негізгі анықтамаларын, жабық, адиабаттық , ашық және жеке (жабық) жүйелерді сипаттаңыз

Материалдық жүйе

Материалдық жүйенің өзі органикалық емес табиғат жүйесі және органикалық (тірі) табиғат жүйесі болып бөлінеді. Органикалық емес табиғат жүйелеріне физикалық, геологиялық (қ. Геохронология), химиялық, т.б. жүйелер жатады. Органикалық жүйеге, яғни тірі жүйелерге қарапайым биолигиялық жүйелер, организмдер, популяциялар, түрлер (қ. жүйеленім), экожүйелер жатады. Органикалық жүйелердің ерекше түрі – әлеуметтік жүйе. Оған қоғамдағы қарапайым әлеуметтік бірлестіктерден бастап, сол қоғамның әлеуметтік-экономикалық құрылымына дейін енеді (қ. Әлеумет, Әлеуметтік байланыс).

Жабық жүйе

Тағы бір зерттеушілер жүйелерді жабық жүйе және ашық жүйе деп бөледі.

Жабық жүйелер сыртқы ортадан мейлінше оқшауланған. Барлық тұрғылықты жүйелер жабық жүйе болып саналады. Бірақ бұл жағдай олардың ішінде қандай да бір өзгеру процестерінің болуын жоққа шығармайды.

Ашық жүйе

Ашық жүйелер басқа жүйелермен және сыртқы ортамен ұдайы өзара әрекеттестікте болуымен ерекшеленеді. Олардың арасында зат, энергия және ақпарат алмасу процесі жүреді. Барлық ашық жүйелер қозғалмалы жүйелер болып табылады.

Термодинамикалық жүйе - бір-бірімен және сырткы ортамен энергия және зат алмаса алатын макроскопиялык денелер мен өрістердің жиынтығы.

Прежде чем рассматривать способы описания результатов взаимодействия химических элементов, введем необходимые термодинамические понятия.

Материальная система – это часть пространства, выделенная по тем или иным признакам и заполненное веществом или веществами.

Пространство, из которого выделена материальная система, называется внешней средой по отношению к системе.

Термодинамическая система – это материальная система, между частями которой возможен обмен энергией.

Физико–химическая система – термодинамическая система, между отдельными частями которой возможен обмен веществом. Например:

Система из двух тел – ампулы и помещенного в нее расплава. Расплав не смачивает стенки ампулы и между расплавом и ампулой нет химического взаимодействия. Совокупность этих тел (ампула с веществом) представляет собой 1 термодинамическую и 2 физико-химические системы (ампула и расплав).

Совокупность двух тел: кристалл в контакте с расплавом того же вещества – одна физико-химическая система. Одно вещество в твердой и жидкой фазах (при выращивании кристаллов).

Закрытая система – система, которая не может обмениваться веществом с внешней средой.

Адиабатическая система – система, которая не может обмениваться энергией с внешней средой.

Изолированная (замкнутая) система – система, которая не может обмениваться ни веществом, ни энергией с внешней средой.

Открытая система – система, которая может обмениваться и энергией и веществом с внешней средой. Получение металлов, полупроводников и диэлектриков – открытая система.

Системы могут находиться в равновесном и неравновесном состояниях.

Равновесное состояние системы – неизменное (постоянное) во времени состояние системы. Неизменность состояния не поддерживается протеканием какого-либо внешнего по отношению к системе процесса.

Гетерогенная система – это физико-химическая система, внутри которой есть поверхность раздела (или поверхности), отделяющая одни части системы от других, на которой происходит скачкообразное изменение, по крайней мере, одного из свойств системы. Пример: монокристалл в контакте с расплавом.

Гомогенная система – это физико-химическая система, внутри которой нет ни одной поверхности раздела на которой происходило бы скачкообразное изменение хотя бы одного из свойств системы. Пример: монокристалл, поликристалл.

Вещества, которые образуют систему, называются компонентами системы. Компоненты в системе присутствуют в разных фазах.

Фаза – это гомогенная система, находящаяся в равновесии или совокупность гомогенных частей в гетерогенной системе, находящейся в равновесии. Иными словами, это однородная часть системы, ограниченная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно.

Примеры: 1) однофазная система – кристалл кварца. А также много кристаллов кварца.

2) 2-х фазная система – а) кристалл Si, содержащий включения SiO₂;

б) кристалл льда в воде, а также много кристаллов льда в воде.

Процесс перехода из жидкого или газообразного состояния в твердое, в результате чего образуется кристаллическая решетка, и возникают кристаллы, называется кристаллизацией.

Чем объясняется существование при одних температурах жидкого, а при других температурах твердого состояния и почему превращение происходит при строго определенных температурах?

В природе все самопроизвольно протекающие превращения, а, следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Можно сказать, что чем больше свободная энергия системы, тем система менее устойчива, и если имеется возможность, то система переходит в состояние, где свободная энергия меньше.

Для твердых тел важнейшим признаком фазы является ее кристаллическая решетка (атомная структура). Каждая фаза обладает своей, только ей присущей кристаллической решеткой, отличающейся от решеток других фаз либо типом, либо размерами элементарной ячейки.

Аллотропия и полиморфизм – разные структуры одного и того же элемента с практически одинаковой энергией связи.

Энергия связи – энергия, необходимая для разъединения твердого тела на отдельные атомы, молекулы или ионы (в зависимости от состава твердого тела). Е_св – энергия связи равна разности потенциальных энергий системы изолированных атомов и связанной системы за вычетом кинетической энергии, которая, согласно принципу неопределенности, должна быть обусловлена локализацией ядер и электронов внешней оболочки.

Разные аллотропические модификации одного и того же химического элемента (α- и β- олово, α- и γ-железо и т.д.) представляют собой разные фазы; фазами являются также соединения, твердые растворы на основе элементов или соединений.

В твердом теле можно указать 3 основных типа возможных фаз при взаимодействии разнородных компонентов:

соединения;

твердые растворы;

механические смеси.