Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ХИМИЯ ТВЁРДОГО ТЕЛА

ХИМИЯ ТВЁРДОГО ТЕЛА (химия твердого состояния), раздел физ. химии, изучающий строение, св-ва и методы получения твердых в-в. Химия твёрдого тела связана с физикой твердого тела, кристаллографией, минералогией, физ.-хим. механикой, механохимией, радиационной химией, является основой технологии неорг., полимерных и композиц. материалов.
Основные задачи химии твёрдого тела: установление взаимосвязи структуры твердых тел с их св-вами, обоснование путей создания материалов с улучшенными эксплуатационными св-вами, разработка теории строения и реакц. способности твердых тел.
В химии твёрдого тела используется особый набор методов исследования (дифракционные методы, электронная микроскопия и др.).
Накопление фактов в областях, ныне относимых к химии твёрдого тела, шло в течение неск. столетий, однако как самостоятельная наука она сформировалась в сер. 20 в. гл. обр. в связи с развитием электроники и технологии неорг. материалов.
Особенности строения твердых в-в проявляются прежде всего в наличии у них ближнего (аморфные в-ва и стекла) и дальнего (кристаллы) порядка, а также в способности многих твердых в-в отклоняться от законов стехиометрии. Еще в нач. 19 в. эта способность вызвала научную дискуссию между К. Бертолле, отстаивавшем возможность непрерывного изменения состава твердого в-ва, и Ж. Прустом, к-рый придерживался победившей тогда точки зрения о постоянстве состава. После введения в кон. 19 в. понятия твердого р-ра (Я. Вант-Гофф, 1890) и разработки основ физ.-хим. анализа (Г. Тамман, нач. 20 в.; Н. С. Курнаков, 1913) проблема противопоставления в-в постоянного состава (дальтонидов) и в-в переменного состава (бертоллидов) возникла вновь, причем бертоллиды рассматривались как твердые р-ры неустойчивых в твердом состоянии в-в.
Основы химии твёрдого тела, как считается, заложил А. Муассан, к-рый в 1892 ввел в лаб. практику электродуговые печи и положил начало исследованиям св-в твердых тел при высоких т-рах.
Открытие дифракции рентгеновских лучей (М. Лауэ, 1912) и развитие кристаллохимии (В. Гольдшмидт, Л. Полинг, А. В. Шубников, Н. В. Белов, А. И. Китайгородский) позволили глубже понять структуру твердых в-в и не только обосновать существование обширного класса нестехиометрич. в-в, но и ввести понятие нестехиометрии.
Еще одна важнейшая особенность строения твердых в-в -отличие идеальной структуры кристаллов от реальной, дефектной структуры (см. Дефекты). Основой физ. химии кристаллов с дефектами послужили работы Я. И. Френкеля (1926), В. Шоттки и К. Вагнера (1930). Вагнер в работах 1930-40-х гг. установил зависимость реакционной способности твердых тел от характера дефектов.
На св-ва и поведение твердых тел влияют также состояние твердого тела (кристаллическое или аморфное), тип кристаллич. модификации, наличие и характер фазовых переходов.
Р-ции твердых тел носят топохим. характер (см. Топонимические реакции)и зачастую определяются скоростью диффузии в твердых телах. Диффузия здесь отличается от диффузии в газах и жидкостях: она может протекать на внешней пов-сти, по границам кристаллитов, в объеме твердого тела и характеризуется высокими значениями кажущейся энергии активации.
Одна из важнейших концепций в кинетике твердофазных р-ций (введена С. Хиншелвудом в 1925) состоит в протекании процессов в результате последовательного образования и роста на пов-сти или в объеме исходной фазы зародышей новой твердой фазы.
В химии твёрдого тела используется очень широкий набор методов синтеза - с применением низких и сверхвысоких т-р, рекордно высоких давлений и сверхглубокого вакуума, сильнейших центробежных полей, разнообразных физ. методов активирования процессов, при полном отсутствии гравитации. См., напр., Реакции в твердых телах, Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
Важными этапами в развитии химии твёрдого тела явилось создание совр. методов выращивания монокристаллов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание)из расплава, из перегретых водных р-ров (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар - жидкость -кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления св-вами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрич. полей. Значительное место в химии твёрдого тела занимает получение и исследование св-в пленок и покрытий.
Новую область в химии твёрдого тела открыло создание методов получения аморфных твердых материалов путем химического осаждения из газовой фазы с плазменной активацией. Таким путем получены необычные "сплавы" полупроводниковых элементов с водородом, фтором, азотом и др. легкими элементами, тройные и более сложные композиции, многие из к-рых обладают уникальными св-вами и имеют широкие перспективы практич. применения. Основой микроэлектроники является планарная технология, разработанная в США в 1959.
Среди новейших направлений развития химии твёрдого тела - синтез и изучение высокотемпературных сверхпроводников, открытых К. Мюллером и Дж. Беднорцем (1986), создание и исследование св-в "наноструктурированных" материалов, к-рые состоят из частиц размером 1-15 нм или пленок толщиной 1-15 нм. Относительно большая доля пограничных (приповерхностных) слоев определяет значительные (иногда на неск. порядков) отличия св-в наноструктурированных материалов от св-в кристаллов и стекол того же состава. Разрабатываются методы получения (нанотехнология) наноматериа-лов, а также гетероструктур с размерами составляющих их элементов (слоев) от 1 до 10 нм.
Особенности физ. и физ.-хим. св-в твердых в-в см. в ст. Аморфное состояние, Кристаллы, Стеклообразное состояние, Твердое тело, в статьях об отдельных видах материалов: Диэлектрики, Магнитные материалы, Полупроводники, Сверхпроводники и др.; особенности р-ций твердых в-в - в ст. Коррозия металлов, Металлов окисление, Травление и др.

Лит.: Препаративные методы в химии твердого тела, под ред. П. Хагенмюллера, пер. с англ., М., 1976; Болдырев В. В., Ляхов Н. Э., Чупахин А. П., Химия твердого тела, М., 1982; Чеботин В..Н., Физическая химия твердого тела, М., 1982; Браун М., ДоллиморД., ГалвейА., Реакции твердых тел, пер. с англ., М., 1983; ГилевичМ.П., Покровский И.И., Химия твердого тела, Минск, 1985; Тр етьяков Ю. Д., Лепи с X., Химия и технология твердофазных материалов, М., 1985; Вест А., Химия твердого тела. Теория и приложения, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1988; Ра о Ч. Р., Новые направления в химии твердого тела, пер. с англ., Новосиб., 1990.

Э. Г. Раков.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн