Номер 2, страница 176 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Какое влияние на свойства кристаллов оказывают дефекты в строении кристаллической решётки?

1. Какие дефекты бывают в структуре кристаллов?

Дефекты в кристаллах представляют собой любые нарушения идеальной периодической структуры кристаллической решётки. Их классифицируют по размерности (геометрическим характеристикам) на несколько основных групп.

Точечные (нульмерные) дефекты. Это нарушения, локализованные в области одного или нескольких межатомных расстояний. К ним относятся:

- Вакансии: незанятые узлы кристаллической решётки, в которых должен был бы находиться атом.

- Межузельные атомы: атомы, расположенные не в узлах, а в промежутках между ними (в межузлиях). Это могут быть как собственные атомы кристалла, так и примесные.

- Атомы замещения: атомы примеси, которые замещают атомы основного вещества в узлах решётки.

- Дефекты по Френкелю: комбинация вакансии и межузельного атома, образованная при переходе атома из узла в межузлие.

- Дефекты по Шоттки: пара вакансий противоположных знаков (катионной и анионной) в ионных кристаллах, необходимая для сохранения общей электронейтральности.

Линейные (одномерные) дефекты. Это нарушения, имеющие значительную протяжённость в одном направлении и малые размеры в двух других. Основной вид – дислокации.

- Краевая дислокация: представляет собой край "лишней" атомной полуплоскости, вставленной в кристалл.

- Винтовая дислокация: возникает в результате сдвига одной части кристалла относительно другой, при этом атомные плоскости закручиваются в спираль вокруг линии дислокации.

Поверхностные (двумерные) дефекты. Это нарушения, протяжённые в двух измерениях.

- Границы зёрен: поверхности, разделяющие кристаллиты (зёрна) с различной пространственной ориентацией в поликристаллических материалах.

- Двойниковые границы: границы, по обе стороны от которых кристаллические структуры являются зеркальным отражением друг друга.

- Дефекты упаковки: нарушения правильной последовательности укладки атомных слоёв.

- Внешняя поверхность кристалла: сама по себе является двумерным дефектом, так как на ней обрывается периодичность решётки.

Объёмные (трёхмерные) дефекты. Макроскопические дефекты, имеющие размеры во всех трёх направлениях.

- Поры, каверны, микротрещины: пустые объёмы внутри кристалла.

- Включения: области другой фазы внутри основной кристаллической матрицы (например, частицы оксидов в металле).

Ответ: В структуре кристаллов бывают точечные (вакансии, примеси), линейные (дислокации), поверхностные (границы зёрен) и объёмные (поры, включения) дефекты.

2. Какое влияние на свойства кристаллов оказывают дефекты в строении кристаллической решётки?

Дефекты кристаллической решётки оказывают огромное и часто решающее влияние на весь комплекс физико-механических свойств реальных материалов. Управление концентрацией и типом дефектов является основным способом создания материалов с заданными характеристиками.

Влияние на механические свойства:

Дефекты определяют прочность и пластичность материалов. Пластическая деформация металлов происходит за счёт движения линейных дефектов – дислокаций. Благодаря им деформация возможна при напряжениях, в сотни и тысячи раз меньших, чем теоретическая прочность идеального кристалла. Увеличение плотности дефектов (дислокаций, границ зёрен) затрудняет их движение, что приводит к упрочнению материала (повышению прочности и твёрдости), но обычно снижает его пластичность. Объёмные дефекты, такие как микротрещины, являются концентраторами напряжений и критически снижают сопротивление материала разрушению.

Влияние на электрические свойства:

В металлах дефекты являются центрами рассеяния электронов и увеличивают электрическое сопротивление. В полупроводниках, наоборот, именно контролируемое введение точечных дефектов (легирующих примесей) позволяет создавать носители заряда (электроны и дырки) и управлять электропроводностью. Вся современная полупроводниковая электроника основана на этом явлении. В ионных кристаллах движение точечных дефектов (вакансий) обеспечивает ионную проводимость, используемую в батареях и топливных элементах.

Влияние на оптические свойства:

Точечные дефекты могут создавать так называемые центры окраски, которые поглощают свет и придают цвет прозрачным кристаллам (например, окраска драгоценных камней). Некоторые дефекты служат центрами люминесценции, что используется в светодиодах и люминофорах. Поверхностные и объёмные дефекты (границы зёрен, поры) рассеивают свет, снижая прозрачность материала.

Влияние на другие свойства:

Диффузия (перенос вещества) в твёрдых телах происходит преимущественно за счёт движения точечных дефектов. Дефекты также рассеивают фононы (кванты тепловых колебаний), что приводит к снижению теплопроводности материала.

Ответ: Дефекты кардинально изменяют свойства кристаллов: определяют их механическую прочность и пластичность (дислокации), создают электропроводность в полупроводниках (примеси), влияют на цвет и оптическую прозрачность (центры окраски, границы зёрен), а также на теплопроводность и скорость диффузии.

3. Каки-

Вопрос в исходном изображении является неполным. Для предоставления развёрнутого ответа необходимо знать его полное содержание.

Ответ: Вопрос неполон, ответ не может быть дан.