13.1. Типи міжатомної взаємодії в кристалах. Кристалічні гратки. Дефекти в кристалах.

Якщо порівнювати тв. тіла за їх фіз.. власт. та аналізувати природу сил між мол. взаємодії, то виділяють 4 основні типи між мол. зв’язків: взаємодія Ван-дер-Ваальса, іонний зв’язок, ковалентний зв’язок, металічний зв’язок.

Ван-дер-Ваальсівська взаємодія має місце у всіх тв. тілах, але визначальною вона є в кристалах інертних речовин. По своїй природі є дипольною взаємодією і виникає між ел. нейтральними атомами. Іонний зв’язок є характерним для металів 1 групи, у яких на зовн. оболонці лише 1 електрон, який х-зується дуже слабким зв’язком цього електрону із атомним залишком. У атомів елементів 7 групи на зовн. електронній оболонці до повного “заповнення” не вистачає 1 електрона, і вони легко приймають лишній електрон для формування стійкої електронної групи, перетворюючись при цьому в негативний іон. Прийняття чи віддача атомом електрона приводить до перетворення атома у відповідним чином заряджений іон, і між іонами виникає значна кулонівська взаємодія. Іонні кристали х-зуються великою Е зв’язку (високі Т плавлення), а в механічному відношенні вони х-зуються високою міцністю і твердістю. Якісною х-кою ковалентного зв’язку є усуспільнення зовнішніх електронів двома або більшим числом атомів з утв. стійких електронних груп. Найбільш чітко утв. ковалентного зв’язку проявляється у речовин 4 групи. Кристали з ковалентним типом зв’язку в більшості за нормальних умов – діелектрики, у них також значні Т плавлення, х-зуються твердістю і міцністю. В атомів металів на зовнішній електронній оболонці міститься мала к-ть електронів, якої недостатньо для утв. ковалентного зв’язку і при чому ці електрони слабо взаємодіють з атомним залишком, через що вони можуть легко покидати межі атомів. В металах не може існувати також іонний зв’язок, бо всі іони одного знаку. Утв. відбувається завдяки взаємодії вільних електронів металу (електронний газ) із (+) зарядженими атомними залишками. Оскільки до металів відносяться елементи 1-3 групи, як 1-валентні так і 3-валентні, то різною для різних металів є Е зв’язку, Т плавлення, як і механічні властивості суттєво різняться.

Під атомним рядом розуміють напрям в кристалічному тілі, в якому розташовується дуже велике число атомів. Атомна площина – площина виділена в тв. тілі в якій розташовується дуже велике число атомів. Під кристалічною граткою розуміють просторово-періодичну структуру, яка утворилася при перетині всеможливих атомних рядів у тв. тілі. Для того, щоб описувати положення вузлів кристалічної гратки виберемо відповідну кристалографічну с-му координат. Її вибираєм так, щоб симетрія системи координат mах відтворювала симетрію кристадічної речовини. В такій системі координат положення атома А буде задавати радіус-вектор .a,b,c – вектори трансляції, а їх модулі – періоди гратки. Паралелепіпед побудований на векторах трансляції наз. елементарною коміркою.

Дефекти в кристалах

В монокристалічних тілах існує дальній порядок в розташуванні атомів. Проте в реальних монокристалах завжди існують такі області, в яких порушується періодичність в розташуванні атомів. Такі області наз. дефектами. В залежності від розмірів дефектних областей проводять їх класифікацію.

Точкові дефекти – розміри яких співрозмірні з розмірами атомів в 3 взаємоперпендикулярних напрямках.

Лінійні – у двох напр. співрозмірні, а в третьому >>

Плоскі – в 1співрозмірні, а в 2-х >>

Об’ємні – у всіх 3 рапрямках дефект >> за розміри атома

До точкових дефектів відносять: вакансії – місця, де згідно дальнього порядку повинен бути атом, але він відсутній; атоми заміщення – у вузлі гратки, де повинен знаходитися атом одного сорту, знаходиться атом іншого сорту; атоми втілення – атоми, які знаходяться в місцях ”не передбачених” дальнім порядком.

Вакансії відіграють одну з основних ролей при протіканні дифузійних процесів в тв.тілах, вони є термодинамічно рівноважними дефектами. Поблизу точкових дефектів має місце зміщення сусідніх атомів із рівноважних положень

До лінійних дефектів відносяться в основному крайові і гвинтові дислокації. Крайову дислокацію можна розглядати як лінію обриву атомної площини в кристалі. Значні порушення в розташуванні атомів мають місце издовж “лінії обриву”.

Поверхневі деформації утв. в основному в процесі отримання кристалічних матеріалів, і інколи при механічній дії на кристал.

До об’ємних дефектів відносяться: включення іншої фази, мікропори, мікротріщини. Мікропори і включення іншої фази утворюються в кристалах в процесі їх вирощування, а мікротріщини – при механічній дії на кристал.