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
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ЭЛЕКТРОПЕРЕНОС

ЭЛЕКТРОПЕРЕНОС (злектродиффузия), передвижение компонентов металлич. расплавов (напр., компонентов жидких сплавов Na-K, Hg-Cd, Ga-Bi) при пропускании постоянного электрич. тока. Наблюдается также в твердых в-вах, только в этих случаях электроперенос происходит значительно медленнее. Известен электроперенос изотопов в металлах (эффект Хеффнера, открыт в 1953); обычно легкий изотоп мигрирует к аноду. До сих пор электроперенос мало изучен.
Электроперенос фактически проявляется только в движении примесей, если концентрация их невелика. Характеризуется электроперенос электрич. подвижностью иi ионов i-го компонента, равной скорости упорядоченного движения при напряженности поля 1 В/см, и зависит от эффективного заряда6035-15.jpg Эти величины связаны ур-нием Эйнштейна:

6035-16.jpg

где D0 - коэф. молекулярной диффузии, е - элементарный электрич. заряд, k - постоянная Больцмана, Т - абс. т-ра.
При достаточно длит. пропускании тока электроперенос уравновешивается обратной диффузией и конвекцией и достигается стационарное (неизменное во времени) распределение концентраций с i-го компонента в образце, определяемое соотношением:

6035-17.jpg

где c1 и с2 - концентрация i-го компонента в точках 1 и 2,6035-18.jpg - разность электрич. потенциалов между точками 1 и 2, Dэф - эффективный коэф. диффузии. При высоких значениях6035-19.jpg степень разделения компонентов при электропереносе весьма велика (составляет 105 и более). Порядок величин иi ионов в жидких металлах и в р-рах электролитов близок и составляет 10-3-10-4 см2/В х с).
Одним из факторов, определяющих электроперенос, является электронный ветер - увлечение ионов и атомов компонентов потоком электронов проводимости. Для разб. бинарного р-ра справедливо ур-ние:

6035-20.jpg

где z1 и z2 - истинные заряды ионов основного компонента и примеси,6035-21.jpg и6035-22.jpg - сечения рассеяния ими электронов,6035-23.jpg эффективный заряд примеси. Действующая на ион результирующая сила F2равна разности электростатич. силы и силы электронного ветра:

6035-24.jpg

где6035-25.jpg - эффективный заряд, обусловленный электронным ветром, Е - напряженность электрич. поля. Если6035-26.jpg , что наблюдается, напр., для большинства примесей в жидких щелочных металлах и в Ga, вклад6035-27.jpg намного превышает вклад собственного заряда примесного иона. В таких случаях электроперенос под действием электронного ветра значительно эффективнее, чем под действием электростатич. силы, но осуществляется не к катоду, а к аноду. Так, для Bi в Ga при 200 °С6035-28.jpg= -5,5, а в щелочных металлах его6035-29.jpg может достигать -80 единиц заряда электрона.
В общем случае эффективные заряды компонентов зависят от состава расплава и т-ры. При изменении концентраций компонентов бинарного расплава иногда наблюдается инверсия электропереноса. Так, в сплаве Na-K при содержании Na более 48% по массе Na движется к аноду, К - к катоду. При меньшем содержании Na направления движения компонентов меняются. Т-ра обычно слабо влияет на эффективные заряды.
Известен также дырочный ветер - увлечение ионов и атомов дырками (вакансиями в зоне электронов проводимости).
В твердых металлах, в отличие от жидких, электропереносу в осн. подвергаются ионы и атомы в активир. состоянии. Известен также электроперенос (самоперенос) в твердых чистых металлах - направленное движение ионов при пропускании через металл постоянного тока.
Электроперенос используют в полупром. масштабах для глубокой очистки металлов (Ga, In, РЗЭ) в жидкой фазе. Для РЗЭ электроперенос в твердом состоянии - осн. метод очистки, т. к. РЗЭ реагируют . со всеми газами, кроме благородных, и здесь недоступны традиц. методы очистки, особенно от примесей кислорода, азота и углерода. Электроперенос применяют для выращивания монокристаллов и эпитаксиальных слоев полупроводниковых соед., напр. GaAs (электроэпитаксия). электроперенос в твердой фазе - одна из причин отказов полупроводниковых приборов и электронных устройств, работающих при высоких плотностях тока. Изучение закономерностей электропереноса позволяет сильно увеличить срок службы этих приборов. В области электропереноса можно ожидать новых открытий, особенно в случаях электропереноса на границе твердых и жидких фаз, при фазовых переходах. Об этом свидетельствует факт аномально высокой подвижности примесей при зонной плавке и резании металлов (эффект Бобровского).
Явление электропереноса открыл М. Жирардин в 1861.

Лит.: Фикс В. Б., Ионная проводимость в металлах и полупроводниках, М., 1969; Бобровский В. А., Электродиффузионный износ инструмента, М., 1970; Белащенко Д. К., Исследование расплавов методом электропереноса, М., 1974; Михайлов В.А., Богданова Д. Д., Электроперенос в жидких металлах, Новосиб., 1978; Кузьменко П. П., Электроперенос, термоперенос и диффузия в металлах, К., 1983; Фикс В. Б., "Природа", 1986, № 6, с. 88-97; Fort D., "J. less-common metals", 1987, v. 134, p. 45-65.

С. И. Дракин, В. А. Михайлов.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн