Номер 5, страница 258, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

5. Какое влияние на свойства кристаллов оказывают дефекты в строении кристаллической решетки?

5. Какое влияние на свойства кристаллов оказывают дефекты в строении кристаллической решетки?

Дефекты кристаллической решетки — это любые нарушения идеального периодического расположения атомов, ионов или молекул в узлах решетки. Они оказывают фундаментальное влияние на практически все свойства кристаллических материалов.

Основные типы дефектов — точечные (вакансии, междоузельные и примесные атомы), линейные (дислокации) и поверхностные (границы зерен).

Влияние на механические свойства (прочность, пластичность): Реальная прочность кристаллов на несколько порядков ниже теоретической прочности идеального кристалла. Причиной этого являются дислокации — линейные дефекты. Их движение под действием напряжений обеспечивает пластическую деформацию при значительно меньших усилиях, чем потребовалось бы для одновременного сдвига целых атомных плоскостей. Таким образом, дислокации делают материалы пластичными, но снижают их прочность по сравнению с идеальной. В то же время, взаимодействие дислокаций друг с другом, а также с другими дефектами (примесями, границами зерен) затрудняет их движение, что приводит к упрочнению материала. Этот принцип лежит в основе большинства методов повышения прочности металлов.

Влияние на электрические свойства: Любые дефекты нарушают периодичность решетки и служат центрами рассеяния для электронов, что приводит к увеличению электрического сопротивления. Однако контролируемое введение точечных дефектов (примесных атомов) — легирование — является основой всей полупроводниковой электроники. Именно оно позволяет создавать материалы с n-типом или p-типом проводимости.

Влияние на оптические свойства: Точечные дефекты могут поглощать свет в видимой части спектра, создавая так называемые центры окраски и придавая цвет изначально бесцветным кристаллам (например, фиолетовый цвет аметиста обусловлен примесями железа в кварце). Поверхностные и объемные дефекты (границы зерен, поры) рассеивают свет, что делает поликристаллические материалы непрозрачными или полупрозрачными в отличие от монокристаллов.

Влияние на диффузию и химическую активность: Процессы диффузии (перемещения атомов) в твердых телах происходят преимущественно с участием точечных дефектов, в основном вакансий. Дефекты, особенно дислокации и границы зерен, обладают повышенной энергией и являются более химически активными участками, часто становясь очагами для начала коррозии.

Ответ: Дефекты кристаллической решетки кардинально изменяют свойства кристаллов: они снижают теоретическую прочность, но обеспечивают пластичность, при этом их наличие и взаимодействие позволяет упрочнять реальные материалы; они увеличивают электросопротивление, но легирование примесями является основой полупроводниковой техники; они влияют на оптические свойства (цвет, прозрачность) и ускоряют процессы диффузии и коррозии.