Состояние вещества Скачать
презентацию
<<  Типы кристаллических решеток Инертные газы  >>
Лекция 1
Лекция 1
1.1.1. Энергетическое обоснование различных агрегатных состояний
1.1.1. Энергетическое обоснование различных агрегатных состояний
1.2. Зонный характер энергетического спектра электронов в твердых
1.2. Зонный характер энергетического спектра электронов в твердых
Лекция 2
Лекция 2
Элементы симметрии
Элементы симметрии
Трансляционная симметрия
Трансляционная симметрия
Решетки Бравэ
Решетки Бравэ
Решетки Бравэ
Решетки Бравэ
Лекция 3
Лекция 3
Структуры некоторых классов неорганических соединений
Структуры некоторых классов неорганических соединений
Структуры неорганических соединений (продолжение)
Структуры неорганических соединений (продолжение)
Структуры неорганических соединений (продолжение)
Структуры неорганических соединений (продолжение)
Лекция 4
Лекция 4
Точечные дефекты кристаллической структуры
Точечные дефекты кристаллической структуры
Точечные дефекты кристаллической структуры
Точечные дефекты кристаллической структуры
Точечные дефекты кристаллической структуры
Точечные дефекты кристаллической структуры
Линейные дефекты кристаллической структуры
Линейные дефекты кристаллической структуры
Лекция 5
Лекция 5
Сумма по состояниям дефектного кристалла
Сумма по состояниям дефектного кристалла
Термическое равновесие дефектного кристалла простого вещества М
Термическое равновесие дефектного кристалла простого вещества М
Термическое равновесие дефектного кристалла бинарного соединения АВ
Термическое равновесие дефектного кристалла бинарного соединения АВ
Разупорядоченность по Шоттки (продолжение)
Разупорядоченность по Шоттки (продолжение)
Резюме
Резюме
Лекция 6
Лекция 6
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов
Лекция 7
Лекция 7
Электронно-дырочное равновесие дефектов
Электронно-дырочное равновесие дефектов
Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)
Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)
Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)
Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)
Лекция 8
Лекция 8
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках
Лекция 9
Лекция 9
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)
Лекция 10
Лекция 10
Влияние примесей на равновесие дефектов
Влияние примесей на равновесие дефектов
Влияние примесей на равновесие дефектов
Влияние примесей на равновесие дефектов
Лекция 11
Лекция 11
Iii
Iii
3.1.1. Возникновение энтропии в неравновесных системах (продолжение)
3.1.1. Возникновение энтропии в неравновесных системах (продолжение)
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)
3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)
Лекция 12
Лекция 12
3.2. Феноменологические соотношения для потоков массы, заряда и тепла
3.2. Феноменологические соотношения для потоков массы, заряда и тепла
3.2.1. Перенос нейтральных частиц в химическом поле (продолжение)
3.2.1. Перенос нейтральных частиц в химическом поле (продолжение)
3.2.2. Перенос заряда в электрическом поле
3.2.2. Перенос заряда в электрическом поле
3.2.3. Совместный перенос тепла и заряда
3.2.3. Совместный перенос тепла и заряда
Лекция 13
Лекция 13
3.2.4. Совместный перенос массы и заряда
3.2.4. Совместный перенос массы и заряда
Пример
Пример
Пример
Пример
Пример
Пример
Лекция 14
Лекция 14
3.3. Диффузия в кристаллических телах
3.3. Диффузия в кристаллических телах
3.3.2. Хаотическая диффузия
3.3.2. Хаотическая диффузия
3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных
3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных
3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных
3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных
Лекция 15
Лекция 15
3.3.4. Химический коэффициент диффузии
3.3.4. Химический коэффициент диффузии
Лекция 16
Лекция 16
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
3.3.4. Перенос вещества в химическом поле
Лекция 17
Лекция 17
3.4. Электрические свойства твердых тел
3.4. Электрические свойства твердых тел
3.4.1. Электропроводность металлическая (продолжение)
3.4.1. Электропроводность металлическая (продолжение)
3.4.1. Электропроводность (продолжение)
3.4.1. Электропроводность (продолжение)
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
Лекция 18
Лекция 18
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Электропроводность
3.4.1. Твердые ионные проводники
3.4.1. Твердые ионные проводники
3.4.2. Числа переноса
3.4.2. Числа переноса
3.4.2. Числа переноса (продолжение)
3.4.2. Числа переноса (продолжение)
3.4.2. Числа переноса (продолжение)
3.4.2. Числа переноса (продолжение)
Лекция 19
Лекция 19
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
3.4.3. Термо-ЭДС
Слайды из презентации «Дефекты твердых тел» к уроку химии на тему «Состояние вещества»

Автор: Петров А. Н.. Чтобы увеличить слайд, нажмите на его эскиз. Чтобы использовать презентацию на уроке, скачайте файл «Дефекты.ppt» бесплатно в zip-архиве размером 4173 КБ.

Скачать презентацию

Дефекты твердых тел

содержание презентации «Дефекты.ppt»
СлайдТекст
1 Лекция 1

Лекция 1

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

2 1.1.1. Энергетическое обоснование различных агрегатных состояний

1.1.1. Энергетическое обоснование различных агрегатных состояний

вещества.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Ионные кристаллы обладают преимущественно ионной химической связью.

Рис.1. Энергетическое состояние системы двух взаимодействующих частиц.

3 1.2. Зонный характер энергетического спектра электронов в твердых

1.2. Зонный характер энергетического спектра электронов в твердых

телах.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рис.1. 3. Схема образования энергетических зон в кристаллах: а) - в изолированном атом; а) энергетические уровни в изолированном атоме; б) расположние атомов в одномерном ряду; в) потенциальное поле в одномерном ряду; г) расположение энергетических зон.

Рис.1.4. Возможны случаи зонной структуры твердых тел: а - металл, состоящий из одновалентных атомов; б - металл, состоящий из двухвалентных атомов: в - металл с малым перекрытием валентных зон с зоной проводимости (полумталл): г - полупроводник (kT??E1): д - диэлектрик (kT<<?E1): е- тврдое тело с нулевым значением запрещенной зоны (бесщелевой полупроводник).

4 Лекция 2

Лекция 2

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

5 Элементы симметрии

Элементы симметрии

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

6 Трансляционная симметрия

Трансляционная симметрия

Решетки Бравэ.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

7 Решетки Бравэ

Решетки Бравэ

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

8 Решетки Бравэ

Решетки Бравэ

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рис.3. Произвольный выбор элементарной ячейки в объмоцентрированной решетке.

Рис.2. Гранецентрированная тетрагональная ячейка сводится к объемоцентрированной в 2 раза меньше по объему.

Рис.1.Базоцентрированная тетрагональная ячейка сводится к примитивной в 2 раза меньшей по объему.

9 Лекция 3

Лекция 3

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

10 Структуры некоторых классов неорганических соединений

Структуры некоторых классов неорганических соединений

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

11 Структуры неорганических соединений (продолжение)

Структуры неорганических соединений (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

12 Структуры неорганических соединений (продолжение)

Структуры неорганических соединений (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

13 Лекция 4

Лекция 4

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

14 Точечные дефекты кристаллической структуры

Точечные дефекты кристаллической структуры

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рис.1. Образование вакансий в атомном кристалле:

Рис.2. Образование междлузельного дефекта в атомном кристалле:

15 Точечные дефекты кристаллической структуры

Точечные дефекты кристаллической структуры

Рис.3. Точечные дефекты в кристалле АВ по Шоттки

Рис.3. Точечные дефекты в кристалле АВ по Френкелю

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

16 Точечные дефекты кристаллической структуры

Точечные дефекты кристаллической структуры

Рис.5. Примесные дефекты замещения

Рис.6. Примесные дефекты внедрения

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

17 Линейные дефекты кристаллической структуры

Линейные дефекты кристаллической структуры

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

18 Лекция 5

Лекция 5

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

19 Сумма по состояниям дефектного кристалла

Сумма по состояниям дефектного кристалла

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Металлический кристалл М разупорядоченный по вакансионному типу ([MM]>>[VM]).

Общее число позиций, по которым возможно распределение [VM] дефектов в таком кристалле обозначим N = [MM]+[VM].

Энергия, пошедшая на образования всех дефектов в кристалле ?i[VM]= Еv.

Учтем, что [MM]>>[VM] и N?[MM], тогда получим

20 Термическое равновесие дефектного кристалла простого вещества М

Термическое равновесие дефектного кристалла простого вещества М

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Условием термодинамического равновесия такого дефектного кристалла при T,V=Const является минимизация F , при T,Р=Const –G .

Выражение (4) при T=Const имеет такой же вид, как и уравнение изохоры (изобары) химической реакции null=VM.

Структурные элементы кристалла рассматриваются как независимые компонент

21 Термическое равновесие дефектного кристалла бинарного соединения АВ

Термическое равновесие дефектного кристалла бинарного соединения АВ

Разупорядоченность по Шоттки.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

[АА] - число занятых узлов в подрешетке металла; [BB] - число занятых узлов в подрешетке металлоида; [VА] - число вакансий в подрешетке металла; [VB] — число вакансий в подрешетке металлоида.

NA - число узлов (занятых и свободных) в металлической подрешетке; NB - число узлов (занятых и свободных) в неметаллической подрешетке кристалла АВ.

22 Разупорядоченность по Шоттки (продолжение)

Разупорядоченность по Шоттки (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Учтем, что при температурах далеких от плавления соединения АВ, AA >> VA , NA=AA и lnN!=NlnN–N , тогда

[VA]=[VB], тогда окончательно выражение для термически равновесных концентраций дефектов Шоттки запишется

Полученное выражение определяет закон действия масс для реакции образования дефектов по Шоттки null=VA+VB

23 Резюме

Резюме

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

24 Лекция 6

Лекция 6

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

25 Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

Образование нейтральных дефектов

Ионизация дефектов

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Уравнения реакций с участием точечных дефектов должны удовлетворять трем требованиям: а) закону сохранения массы, б) закону сохранения заряда, в) постоянству соотношения позиций разных атомов в кристалле.

Реакция образования дефектов по Шоттки в кристаллическом веществе типа АВ2

Реакция образования дефектов по Френкелю в кристаллическом веществе типа АВ2

26 Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

(продолжение).

Или окончательно процесс образования дефектов в NaCl можно записать

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рассматриваемый подход к ионизации нейтральных атомных дефектов применим и для кристаллов с сильно выраженной ионной или ковалентной химическими связями

Образование нейтральных дефектов по Шоттки в NaCl

27 Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

Правила записи процессов образования и ионизации точечных дефектов

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

28 Лекция 7

Лекция 7

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

29 Электронно-дырочное равновесие дефектов

Электронно-дырочное равновесие дефектов

Здесь f(x) вероятность нахождения электрона на данном уровне. Для простоты возьмем ?0=0 – нуль отсчета энергии совпадает с дном зоны проводимости. Верхний предел энергии можно продлить до бесконечности, так как с ростом энергии ? функция f(x) очень быстро убывает

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Состояние электрона с энергией ? можно характеризовать значением его импульса

Определим число электронных состояний в промежутке между ? и d?. Наглядным образом может служить изо энергетическая поверхность, отвечающая всем значениям ? в пространстве импульсов ?+d?

Подсчитаем число ячеек g(?) по которым распределяются электроны (невырожденное состояние) в интервале энергий от ? до ?+d? объемом h3=dxdydzdpxdpydpz

Общее число электронов в зоне проводимости определяется из соотношения

30 Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)

Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Подставляем (2), (4) в (3) и получаем

Далее вынесем из под интеграла все величины, не зависящие от энергии, и превратим подынтегральное выражение в безразмерное. Для этого умножим и разделим его на (kT)3/2

Аналогичные вычисления дают число дырок в заполненной (валентной) зоне

Концентрации электронов и дырок взаимосвязаны. Действительно, умножением уравнений (1) и (2) получаем

,

,

31 Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)

Электронно-дырочное равновесие дефектов (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Полученное выражение (8) по своей сути представляет закон действия масс реакции образования электронных дефектов в твердом теле null=e/+h•.

32 Лекция 8

Лекция 8

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

33 Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

(Ge, Si).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Собственное электронное разупорядочение

Образование вакансий кремния (дефектов Шоттки)

34 Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

(Ge, Si) (продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Метод аппроксимации условия электронейтральности (м.Броуэра)

35 Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

Полное термическое равновесие собственных дефектов в полупроводниках

(Ge, Si) (продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Примем, что энтальпии реакций соотносятся как ?H2>?H1>?H3. Результаты точного и упрошенного (с использованием аппроксимации) решений представлены на рисунке 2.14.

36 Лекция 9

Лекция 9

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

37 Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел

Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел

АВ1??(тв)=В2(газ)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Проанализируем влияние давления компонента в газовой фазе на процессы дефектообразования в кристалле на примере оксида МО1??, находящегося при Т=Const в равновесии с газовой фазой, содержащей кислород.

38 Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

II. Средняя область рО2

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

39 Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Изотермическая диаграмма концентраций дефектов в оксиде МО1??

40 Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел (продолжение)

Изотермическая диаграмма концентраций дефектов в оксиде МО1??

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

41 Лекция 10

Лекция 10

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

42 Влияние примесей на равновесие дефектов

Влияние примесей на равновесие дефектов

Рассмотрим влияние примеси на дефектную природу соединения на примере оксида МО, в который внедрено некоторое иколичество примеси в виде оксида М2О3.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Недопированный матричный оксид МО при некоторой (Т=Const) имеет собственные дефекты типа Шоттки

Растворение в МО примеси М2О3 происходит по типу замещения

Общее условие электронейтральности для такого примесного кристалла запишется

43 Влияние примесей на равновесие дефектов

Влияние примесей на равновесие дефектов

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

44 Лекция 11

Лекция 11

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

45 Iii

Iii

Явления переноса в твердых телах.

3.1. Элементы неравновесной термодинамики

3.1.1. Возникновение энтропии в неравновесных системах.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

46 3.1.1. Возникновение энтропии в неравновесных системах (продолжение)

3.1.1. Возникновение энтропии в неравновесных системах (продолжение)

Поток - скорость реакции vj

Поток - массы Jm

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рассмотрим, например, тенденцию к минимизации энергии Гиббса в самопроизвольных химических процессах

В системе протекает k реакций; каждая реакция характеризуется скоростью vk химическим сродством Ak

Производство энтропии неравновесной системы, в которой наряду с химическими реакциями имеются градиенты температуры, химических потенциалов частиц и электрического поля, запишется в виде

Химические реакции

Диффузия

Электропроводность

Электрический ток Je

Теплопроводность

Поток энергии Ju

47 3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков

3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков

Принцип линейности. Сущность данного принципа состоит в утверждении, что не очень далеко от состояния термодинамического равновесия скорость необратимого процесса (поток) пропорциональна действующей силе. (Онзагер 1931 г.)

Принцип взаимности. Возникающие в неравновесной системе потоки влияют друг на друга. Другими словами потоки взаимны. . (Онзагер 1931 г.)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

И так, производство энтропии на единицу объема может быть записано в виде

Скорость любого процесса (теплопроводности, диффузии, электропроводности и др.) определяется как плотность потока (Ji) вещества, энергии, количества электричества и др., протекающего за единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной потоку.

48 3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)

3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Опыт показывает, что, при наложении какого-нибудь градиента на систему одновременно возникают потоки тепла, массы и электричества Т.н. «перекрестные» явления широко используются в технике

Принцип взаимности потоков согласно Онзагеру выражается аналитической системой уравнений

49 3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)

3.1.2. Принципы линейности и взаимности потоков (продолжение)

Кинетические коэффициенты обладают свойством взаимности

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

В условиях, когда справедливы линейные феноменологические соотношения (10, 11), производство энтропии (9) принимает квадратичную форму:

Входящие в выражение (15) потоки, в соответствии с принципами линейности и взаимности, и ур. (14) будут

50 Лекция 12

Лекция 12

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

51 3.2. Феноменологические соотношения для потоков массы, заряда и тепла

3.2. Феноменологические соотношения для потоков массы, заряда и тепла

3.2.1. Перенос нейтральных частиц в химическом поле.

Для одномерной задачи имеем

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Простейший случай - перенос нейтральной частицы А происходит за счет действия градиента химического потенциала.

Кинетический коэффициент переноса нейтральной частицы А в градиенте химического потенциала можно выразить через линейную скорость vA и абсолютную подвижность uA.

52 3.2.1. Перенос нейтральных частиц в химическом поле (продолжение)

3.2.1. Перенос нейтральных частиц в химическом поле (продолжение)

N - число перескоков за время t, s – длина одинарного перескока

? - Частота перескоков

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Согласно теории случайных перескоков частицы в направлении х поток определяется

53 3.2.2. Перенос заряда в электрическом поле

3.2.2. Перенос заряда в электрическом поле

Электропроводность.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Заряженные частицы движутся под действием внешнего электрического поля, но их перемещение не связано с переносом массы (например перенос электронных дефектов).

С учетом ур.(10) получаем еще один вид уравнения Нернста-Эйнштейна

54 3.2.3. Совместный перенос тепла и заряда

3.2.3. Совместный перенос тепла и заряда

Термоэлектрические явления.

Для одномерной системы

Закон Ома je=?Е

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Производство энтропии в единице объема

55 Лекция 13

Лекция 13

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

56 3.2.4. Совместный перенос массы и заряда

3.2.4. Совместный перенос массы и заряда

Электрохимический перенос.

Здесь ?i=?i+zie? - электрохимический потенциал

Потоки массы (J1) и зарядов (J2) взаимны

Ранее были получены соотношения:

Отсюда уравнение для потока можно выразить в различных физических величинах (коэффициента диффузии, удельной электропроводности и подвижности)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

1. Подвижная частица несет массу и заряд

2. Частицы каждого данного сорта (катионы, анионы, электроны) движутся независимо от частиц других сортов.

57 Пример

Пример

Перенос потоков массы и заряда в дефицитном по кислороду оксида МО1-?.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

58 Пример

Пример

Перенос потоков массы и заряда в дефицитном по кислороду оксида МО1-?. (продолжение).

Возьмём производные по толщине фазы оксида

Поток вакансий кислорода, согласно условию электронейтральности кристалла, равен

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

59 Пример

Пример

Перенос потоков массы и заряда в дефицитном по кислороду оксида МО1-?. (продолжение).

Поток кислорода в пересчете на 1 моль можно записать в виде

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

60 Лекция 14

Лекция 14

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

61 3.3. Диффузия в кристаллических телах

3.3. Диффузия в кристаллических телах

3.3.1. Механизмы диффузии.

Диффузия по вакансиям.

Диффузия по междоузлиям.

Диффузия по механизму замещения.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

62 3.3.2. Хаотическая диффузия

3.3.2. Хаотическая диффузия

Коэффициент хаотической диффузии.

Суммарное радиальное смещение диффундирующего атома после п. перемещений (Rn) определится суммой отдельных перескоков s1, s2,…si

Вакансионный механизм переноса

Междоузельный механизм переноса.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Число перескоков вакансий определяется выражением

В общем случае коэффициент хаотической диффузии по вакансионному механизму будет равен

63 3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных

3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных

вакансий от температуры и давления кислорода.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рассмотрим влияние температуры на коэффициент хаотической диффузии на примере переноса кислорода по вакансионному механизму в оксиде МО1-?

(13)

64 3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных

3.3.3. Зависимость коэффициента хаотической диффузии кислородных

вакансий от температуры и давления кислорода.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

65 Лекция 15

Лекция 15

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

66 3.3.4. Химический коэффициент диффузии

3.3.4. Химический коэффициент диффузии

Ci – концентрация,

Пример 1. Растворение примесного атома F донорного типа в твердой фазе А.

Рис.1. Схема направления потоков и изменение концентраций примесного дефекта и электронов в фазе А.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Vi - линейная скорость перемещения i-той частицы,

67 Лекция 16

Лекция 16

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

68 3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

Химический коэффициент диффузии.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Химическая диффузия - процесс вещества в химическом поле, когда имеется отличный от нуля градиент химического потенциала хотя бы одного из компонентов.

Выражение (1) является законом Фика для сопряженного переноса двух и более частиц

Пример 1. Растворение примесного атома F донорного типа в твердой фазе А.

69 3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Из условия стационарности Jm=Je находим градиент электрического потенциала

С учетом (4), (5) и (6)

Подставляем (7) в (3) и находим окончательно поток примесных атомов в твердую фазу А

Сравним полученное выражение с ур. (1) – законом Фика

70 3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Пример 2. Образование двухкомпонентного твердого раствора

Скорость образования фазы твердого раствора будет определяться соотношением

Воспользуемся уравнением Гиббса-Дюгема

71 3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

3.3.4. Перенос вещества в химическом поле

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Подставляем (13) в (12) и для сопряженных потоков компонентов получаем

Перекрестные кинетические коэффициенты равны L12=L21

(15)

72 Лекция 17

Лекция 17

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

73 3.4. Электрические свойства твердых тел

3.4. Электрические свойства твердых тел

3.4.1. Электропроводность.

Плотность электрического тока

Металлическая проводимость

Сравниваем это выражение с законом Ома

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

74 3.4.1. Электропроводность металлическая (продолжение)

3.4.1. Электропроводность металлическая (продолжение)

Выше температуры Дебая плотность фононов изменяется как Т1 и, следовательно, ?e=bT–1. , (19)

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

–3<r<3 является индексом рассеяния

Металлической проводимостью обладают некоторые оксиды и сульфиды металлов: 3d металлов TiO, CrO2, TiS, CoS2, CuS2; 4d – металлов NbO, MoO2, RuO2; 5d – металлов ReO3, AxWO3.

75 3.4.1. Электропроводность (продолжение)

3.4.1. Электропроводность (продолжение)

Полупроводники.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Для собственных полупроводников

Температурная зависимость электронной проводимости определяется концентрацией и подвижностью носителей.

Например, в собственной области разупорядочения окисла с дефицитом кислорода MO1–? и преобладанием двухзарядных кислородных вакансий

76 3.4.1. Электропроводность

3.4.1. Электропроводность

Полупроводники (продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

В кристаллах многих полярных неорганических соединений (например, окислов переходных металлов) электроны и дырки могут быть локализованы

Электрон вместе с поляризующим полем можно рассматривать как некоторую квазичастицу, которую обычно называют поляроном.малого радиуса

77 3.4.1. Электропроводность

3.4.1. Электропроводность

Полупроводники (продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

В изотермических условиях, при изменении парциального давления кислорода в газовой фазе электропроводность оксида MO1–? изменяется симбатно концентрациям доминирующих заряженных дефектов

78 Лекция 18

Лекция 18

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

79 3.4.1. Электропроводность

3.4.1. Электропроводность

Твердые ионные проводники.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рассмотрим в качестве примера галогенид серебра AgCl или AgBr, в котором разупорядоченность по Френкелю приводят к ионной электропроводности

80 3.4.1. Электропроводность

3.4.1. Электропроводность

Твердые ионные проводники.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Рассмотрим детальнее влияние примеси CdCl2 или CdB2

81 3.4.1. Твердые ионные проводники

3.4.1. Твердые ионные проводники

(продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

82 3.4.2. Числа переноса

3.4.2. Числа переноса

Электронный ток

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Здесь ??=??+е?? – градиент электрохимического потенциала.

Если положить, что ток не нарушает термодинамического равновесия (п?р=К.), т. е.

83 3.4.2. Числа переноса (продолжение)

3.4.2. Числа переноса (продолжение)

Ионный ток.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Считаем, что ток не нарушает термодинамического равновесия ([A+][B–]=Kion)

84 3.4.2. Числа переноса (продолжение)

3.4.2. Числа переноса (продолжение)

Ионный ток.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

Если через ячейку ток не протекает, то выполняется очевидное соотношение

85 Лекция 19

Лекция 19

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

86 3.4.3. Термо-ЭДС

3.4.3. Термо-ЭДС

Эффект Зеебека.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

(5)

87 3.4.3. Термо-ЭДС

3.4.3. Термо-ЭДС

Эффект Зеебека (продолжение).

Ионные кристаллы – твердые электролиты.

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

88 3.4.3. Термо-ЭДС

3.4.3. Термо-ЭДС

Эффект Зеебека (продолжение).

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

(9)

Равновесие будет нарушаться, если контактная разница потенциалов не равна нулю

89 3.4.3. Термо-ЭДС

3.4.3. Термо-ЭДС

Эффект Зеебека (продолжение).

Модель локализованных электронных дефектов

Курс: Химия дефектов. структура и свойства твердых тел.

«Дефекты твердых тел»
http://900igr.net/prezentatsii/khimija/Defekty/Defekty-tverdykh-tel.html
cсылка на страницу
Урок

Химия

64 темы
Слайды
Презентация: Дефекты твердых тел | Файл: Дефекты.ppt | Тема: Состояние вещества | Урок: Химия | Вид: Слайды