маленькие хитрости кристалла

Маленькие хитрости кристалла.

Металл находится в кристаллическом состоянии от абсолютного нуля и до температуры плавления. Этот интервал охватывает для разных металлов от нескольких сотен до нескольких тысяч Кельвинов. Но с повышением температуры все сильнее становится склонность к разупорядочению. Власть энтропии еще слишком слаба, чтобы произошло плавление. И тем не менее беспорядок удается создать, даже не разрушив «прокрустова ложа» кристалла. «Действующий» с большой изобретательностью кристалл ради понижения свободной энергии может пускаться на самые неожиданные авантюры. Например, растворять в себе пустоту… Мысль о такой возможности родилась у выдающегося советского физика-теоретика Якова Ильича Френкеля.

Этого ученого отличала в первую очередь образность мышления и способность объяснять сложные явления простыми и убедительными физическими моделями. В дальнейшем мы еще не раз сними встретимся. Френкель предложил путь, по которому пустота может попасть в кристалл. Его поверхность не идеально ровная. При перескоке атома в свободное место на поверхности пустота проникнет внутрь кристалла. Образуется незанятый узел решетки, который называется вакансией. Если ее появление понизит свободную энергию, ей будет даровано право на жизнь. Попробуем рассчитать изменение свободной энергии, возникающее при введении в кристалл из атомов металла и вакансий. При этом отношение n/N должно быть малым, иначе кристалла просто бы не существовало. Поскольку идеальный кристалл, безупречно правильно сложенный из одних атомов, энергетически самая выгодная структура, то появление вакансий увеличит энергию, Обозначим эту добавку Ev. Тогда общее увеличение энергии окажется равным АЕ > 0. Ну, а как обстоит дело с энтропией? Она, конечно, тоже возрастет, так как п вакансий может разместить различными способами. Число вариантов размещения п вакансий в решетке из (NJ-n) узлов равно. Теоретическое рассмотрение позволило выявить две вещи: во-первых, само существование вакансий, а во-вторых, температурную зависимость их концентрации. Однако величина Ev в формуле нам пока не известна. В 50-х годах был поставлен эксперимент, в котором существование вакансий удалось выявить непосредственно, а заодно и измерить их концентрацию. Этот эксперимент потребовал проведения очень точных измерений, зато идея его проста и изящна.

Комментарии закрыты.