2.1.3. Дефекти в кристалах
Дефектами кристалів називаються порушення ідеальної кристалічної структури. Таке порушення може полягати у відсутності атома у вузлі гратки (вакансія), в заміні атома даної речовини (свого атома) чужими атомами (атомом домішок), у внесенні зайвого атома (свого чи чужого) у міжвузольний простір. Подібні дефекти називаються точковими. Вони викликають порушення правильності гратки, що поширюється на відстані порядку декількох періодів.
Крім точкових, існують дефекти, зосереджені поблизу деяких ліній. Їх називають лінійними або дислокаціями. Дефекти такого виду порушують правильне чергування кристалічних площин. Найпростішими видами дислокації є крива і гвинтова дислокації.
Рис. 2
Крайова дислокація обумовлена зайвою кристалічною півплощиною, всунутою між двома сусідніми шарами атомів. Край цієї площини утворює дислокацію даного виду. Лінією дислокації є перпендикуляр по площині малюнка пряма.
Рис. 3
Гвинтову дислокацію можна представити як результат розрізу кристалу по півплощині і наступного зсуву частин гратки, що лежать по різні боки розрізу, назустріч одна одній на величину одного періоду.
Внутрішній край розрізу утворює гвинтову дислокацію (пунктирна лінія). Кристал з гвинтовою дислокацією фактично складається з однієї кристалічної площини, яка зігнута по гвинтовій поверхні (гелікоїд). Лінія дислокації співпадає з віссю гвинта. При кожному обході навколо цієї лінії кристалічна площина зміщується на один період.
2.1.4. Теплоємність кристалів
Розташування частинок у вузлах кристалічної гратки відповідає мінімуму їх взаємної потенціальної енергії. При зміщенні частинок з положення рівноваги в будь-якому напрямку з’являється сила, що прагне повернути частинку в початкове положення внаслідок чого виникають коливання частинки.
Кожній частинці в кристалі слід приписувати три коливальні ступені свободи (коливання можна представити як накладання коливань вздовж трьох взаємно перпендикулярних напрямів).
На кожен коливальний ступінь свободи в середньому приходиться енергія:
.
Тоді на кожну частинку в середньому приходиться енергія :
W=3kT.
Енергія 1 моль речовини:
,
N – кількість частинок в 1 моль речовини
лише у
випадку хімічнопростих речовин.
Наприклад,
для NaCl
–
.
Розглянемо лише прості речовини, що утворюють атомні і металічні кристали. Для внутрішньої енергії 1 моля речовини можна записати:
.
Приріст внутрішньої енергії, що відповідає підвищенню температура на 1К дорівнює теплоті при постійному об’ємі:
.
Оскільки об’єм твердих тіл при нагріванні змінюється мало:
.
І можна говорити просто про теплоємність твердого тіла.
Лекція 6
2.2. Рідини та їх властивості
2.2.1. Будова рідини
Рідина – проміжний стан між кристалом і газом. Має проміжні риси:
- наявність певного об’єму;
- рідина приймає форму наданої посудини;
- у відношенні характеру розташування частинок спостерігається ближній порядок.
Тобто по відношенню до будь-якої частинки розташування найближчих сусідів є впорядкованим. Проте по мірі віддалення від даної частинки розташування по відношенню до неї інших частинок стає все менш впорядкованим і доволі швидко порядок в розташуванні частинок зникає.
Наявність в рідинах ближнього порядку є причиною того, що структуру рідин називають квазікристалічною.
Через відсутність дальнього порядку рідини, за деякими виключеннями не виявляють анізотропію.
В рідинах з продовженими молекулами спостерігається однакова орієнтація молекул в межах значного об’єму. Такі рідини отримали назву рідких кристалів.
Згідно Френкелю, тепловий рух в рідинах має наступний характер: кожна молекула протягом деякого часу коливається навколо певного положення рівноваги. Час від часу молекула змінює місце рівноваги, скачком переміщуючись у нове положення, що відстає від попереднього на відстань порядку розмірів самої молекули. Таким чином молекули повільно переміщуються всередині рідини, перебуваючи частину часу біля певних місць.