;

Химия твердого тела

Хи́мия тве́рдого те́ла, раздел физической химии, изучающий строение, реакционную способность и превращения веществ в твердой фазе и методы их получения.
Химия твердого тела тесно связана с физикой твердого тела, кристаллографией, минералогией, физико-химической механикой, механохимией, радиационной химией и является основой технологии неорганических, полимерных и композиционных материалов. Особенности строения твердых веществ проявляются в наличии у них ближнего (аморфные вещества и стекла) и дальнего (кристаллы) порядка, а также в способности твердых веществ отклоняться от законов стехиометрии. Реальная кристаллическая структура твердых веществ содержит дефекты и отличается от идеального кристалла. На свойства и поведение твердых тел влияют состояние твердого тела (кристаллическое или аморфное), тип кристаллической модификации, наличие и характер фазовых переходов. В химии твердого тела используется особый набор методов исследования (дифракционные методы, электронная микроскопия). Реакции твердых тел носят топохимическийхарактер, происходят на границе раздела твердых фаз, определяются скоростью диффузии в твердых телах. Диффузия в твердых телах отличается от диффузии в газах и жидкостях: она может протекать на внешней поверхности, по границам кристаллитов, в объеме твердого тела и характеризуется высокими значениями кажущейся энергии активации. Одна из концепций в кинетике твердофазных реакций (введена С. Хиншелвудом в 1925) состоит в протекании процессов в результате последовательного образования и роста на поверхности или в объеме исходной фазы зародышей новой твердой фазы. В химии твердого тела используется набор методов синтеза: с применением низких и сверхвысоких температур, рекордно высоких давлений и сверхглубокого вакуума, сильнейших центробежных полей, физических методов активирования процессов, при полном отсутствии гравитации.
Считается, что основы химии твердого тела заложил А. Муассан, который в 1892 году ввел в лабораторную практику электродуговые печи и положил начало исследованиям свойств твердых тел при высоких температурах. Как самостоятельная наука она сформировалась в середине 20 века главным образом в связи с развитием электроники и технологии неорганических материалов. Основой физической химии кристаллов с дефектами послужили работы Я.И. Френкеля (1926), В. Шоттки и К. Вагнера (1930). Вагнер в работах 1930-1940-х годов установил зависимость реакционной способности твердых тел от характера дефектов. Важными этапами в развитии химии твердого тела являются создание методов выращивания монокристаллов больших размеров из расплава, из перегретых водных растворов (гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар-жидкость-кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления свойствами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрических полей. Значительное место в химии твердого тела занимает получение и исследование свойств пленок и покрытий. Создание методов получения аморфных твердых материалов путем химического осаждения из газовой фазы с плазменной активацией открыло новую область в химии твердого тела. Таким путем были получены необычные «сплавы» полупроводниковых элементов с водородом, фтором, азотом, тройные и более сложные композиции, многие из которых обладают уникальными свойствами и имеют перспективы практического применения. Среди перспективных направлений развития химии твердого тела — синтез и изучение высокотемпературных сверхпроводников, открытых К. Мюллером и Й.Г. Беднорцем (1986), создание и исследование свойств «наноструктурированных» материалов, которые состоят из частиц размером 1-15 нм или пленок толщиной 1-15 нм. Относительно большая доля пограничных (приповерхностных) слоев определяет значительные (иногда на несколько порядков) отличия свойств наноструктурированных материалов от свойств кристаллов и стекол того же состава.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика