Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Водород, как альтернативное топливо.
Как известно наша планета богата энергоносителями, которые, вот уже не одну сотню лет, исправно служат человеку, делая его жизнь более комфортной. Но так же известно, что запасы полезных ископаемых, из которых получают эти энергоносители, с каждым годом всё уменьшаются, а их стоимость в связи с этим растёт, не говоря уже о загрязнении окружающей среды путём выброса в атмосферу продуктов сгорания. Далее...

Физика полиморфизм

полиморфизм

ПОЛИМОРФИЗМ (от греч. polymorphos - многообразный), способность нек-рых веществ существовать в состояниях с разд. атомно-кристаллич. структурой (см. Кристаллохимия ).Каждое из таких состояний (термо-динамич. фаз), называемое полиморфной модификацией, устойчиво при опред. внеш. условиях (темп-ре и давлении). Различие в структуре обусловливает различие в свойствах полиморфных модификаций данного вещества. П. открыт в 1822 нем. учёным Э. Мичерлихом (Е. Mitscherlich). Им обладают нек-рые простые вещества (аллотропия) и мн. хим. соединения. Так, две модификации углерода - кубическая (алмаз)и гексагональная (графит) - резко различаются по физ. свойствам. Белое олово, имеющее тетрагональную объёмноцентрир. кристаллич. решётку,- пластичный металл, а серое олово (низкотемпературная модификация) с алмазоподобной тетрагональной решёткой - хрупкий полупроводник. Нек-рые вещества, напр. сера, кремнезём, вода ,имеют больше чем две полиморфные модификации. П. наблюдается и у жидких кристаллов.

Области устойчивости полиморфных модификаций и точки перехода между ними определяются фазовыми диаграммами равновесия, расчёт к-рых основан на вычислении термодинамич. характеристик, а также спектра колебаний кристаллической решётки для разл. модификаций.

Структура кристаллич. решётки при Т = 0 К определяется минимумом внутр. энергии4003-39.jpgсистемы частиц. При 4003-40.jpg К структура определяется минимумом свободной энергии U, куда, кроме4003-41.jpgвходит энтропийный член TS, связанный с тепловыми колебаниями атомов: 4003-42.jpg где S - энтропия .Для устойчивой низкотемпературной 4003-43.jpgфазы зависимость U(T)имеет вид, показанный на рис. Любой др. способ упаковки тех же атомов в кристалле (4003-44.jpgфаза) имеет при Т = О К4003-45.jpgЭто означает, что4003-46.jpgфаза неустойчива при низких темп-pax. Однако из-за иного характера тепловых колебаний атомов кривая4003-48.jpg идёт более полого, в точке4003-49.jpgона пересекается с кривой4003-50.jpgи далее идёт ниже. Это означает, что при 4003-51.jpgустойчива 4003-52.jpg фаза, при4003-53.jpgустойчива4003-54.jpgфаза, и точка4003-55.jpgявляется точкой равновесия фаз.

4003-47.jpg


Фазовый переход 1-го рода менее стабильной модификации в более стабильную связан с преодолением энер-гетич. барьера, к-рый существенно меньше, если превращение происходит постепенно, путём зарождения и последоват. роста в ней областей новой фазы. Барьер преодолевается за счёт тепловых флуктуации; поэтому, если вероятность флуктуации мала, менее устойчивая фаза может длит. время существовать в метастабильном состоянии. Напр., алмаз, области стабильности к-рого соответствуют4003-56.jpg и давление 4003-57.jpg Па,тем

не менее может существовать неограниченно долго при атм. давлении и комнатной темп-ре, не превращаясь в стабильный при этих условиях графит. В др. веществах, напр. в сегнетоэлектриках и сегнетоэластиках, наоборот, разл. модификации легко и обратимо переходят друг в друга при изменении темп-ры, давления и др., претерпевая при этом структурные фазовые переходы. В окрестности точек таких переходов физ. свойства веществ обычно экстремальны.

Частный случай П.- политипизм, к-рый наблюдается в нек-рых кристаллах со слоистой структурой (глинистые минералы кремния, карбид кремния и др.). Политипные модификации построены из одинаковых слоев или слоистых "пакетов" атомов и различаются способом и периодичностью наложения таких пакетов.

Полиморфные превращения могут сопровождаться изменением характера хим. связи и свойств. Напр., при высоких давлениях в нек-рых полупроводниках (Ge, Si) перекрытие и перестройка внеш. электронных оболочек атомов приводит к металлич. модификации. При давлении4003-58.jpg Па возможно возникновение металлического водорода, при 4003-59.jpg Па - металлич.

Аг, Хе.

Лит.: Веrма А., Кришна П., Полиморфизм и политипизм в кристаллах, пер. с англ., М., 1969; Кристиан Д ж., Теория превращений в металлах и сплавах, пер. с англ., ч. 1, М., 1978; Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Физика металлов, М., 1978. А. Л. Ройтбурд.

  Предметный указатель