Дефекты в кристаллах

Классификация кристаллов по типу связей

По типу связей различают пять классов кристаллов.

1. Кристаллы молекулярные (с Ван-дер-Ваальсовыми связями). Энергия связи в таких кристаллах имеет значения порядка величины 10³ ÷10⁴ Дж/моль. Примерами таких кристаллов являются кристаллы затвердевших инертных газов- неона, аргона, криптона, ксенона.

2. Кристаллы с ковалентной связью. Взаимодействие между частицами в таких кристаллах обусловлено тем, что два электрона принадлежат одновременно двум атомам. Энергия связи в таких кристаллах имеет значения порядка величины 10⁵ ÷10⁶ Дж/моль. Примерами таких кристаллов являются кристаллы кремния, алмаза.

3. Кристаллы с водородной связью. Эта связь обусловлена наличием водорода в веществах. Она слабее ковалентной. Энергия связи в таких кристаллах имеет значения порядка величины 10⁴ Дж/моль. Примерами таких кристаллов являются кристаллы льда, вещества КН₂РО-сегнетоэлектрика, применяемого в устройствах обработки информации, фтороводорода НF, синильной кислоты НСN, фторида аммония NH₄F и др.

4. Кристаллы с ионной связью. Эта связь обусловлена взаимодействием ионов. Энергия связи в таких кристаллах имеет значения порядка величины 10⁵ ÷10⁶ Дж/моль. Примерами таких кристаллов являются кристаллы поваренной соли NaCl, фторида лития LiF.

5. Кристаллы с металлической связью. В металлах все валентные электроны слабо связаны с остовами атомов (положительными ионами, находящимися в узлах кристаллической решётки) и обобществлены, так что нельзя определить какой валентный электрон к какому остову относится. Валентные электроны в металлах уподобляют идеальному электронному газу, заполняющему пространство между узлами кристаллической решётки, в которых находятся положительные ионы. Энергия связи в таких кристаллах имеет значения порядка величины 10⁴ ÷10⁵ Дж/моль. Примерами таких кристаллов являются кристаллы всех металлов.

В кристаллах также возможны смешанные связи.

Реальные кристаллы отличаются от идеальных нарушением строгого порядка в кристаллической решётке. Нарушение строгого порядка может быть вызвано разными причинами. Говорят, что в кристаллах есть дефекты. Дефекты можно разделить на точечные, линейные (дислокации), поверхностные и объёмные.

Примеси оказывают влияние на физические свойства кристаллов, например, полупроводники с донорными или акцепторными примесями обладают примесной проводимостью наряду с собственной проводимостью.

Дефекты по Шоттки - отсутствие частицы в каком-нибудь узле кристаллической решётки (вакансия в узле).

Дефекты по Френкелю представляют собой наличие частицы в междоузлии, которая оказывается там, покинув своё место в одном из узлов. В этом случае образуется пара дефектов (пара Френкеля), так как пустой узел и наличие лишней частицы в междоузлии в равной мере приводят к нарушению строгого порядка.

Линейные дефекты или дислокации можно разделить на краевые и винтовые.

Краевые дефекты проявляются в наличии края «лишней» атомной плоскости.

Винтовые дислокации представляют собой винтовую линию, образованную из частиц кристалла.

Поверхностные дефекты – это дефекты, проявляющиеся на плоскости. К ним относятся поверхность самого кристалла, границы между отдельными частями кристалла, по-разному ориентированными, границы между кристаллами в поликристалле.

Объёмные дефекты – это дефекты, проявляющиеся в трёхмерном пространстве. К ним относятся поры и трещины в кристаллах.

Все дефекты влияют на физические свойства кристаллов, такие как прочность, электропроводность, теплопроводность и другие.

Дата добавления: 2014-01-04