Номер 5, страница 257, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

5. Какие дефекты кристаллических решеток вы знаете?

Решение

Дефекты кристаллической решетки — это любые нарушения идеального периодического строения кристалла. Они оказывают существенное влияние на физические и механические свойства материалов, такие как прочность, пластичность, электропроводность и другие. Дефекты принято классифицировать по их размерности (геометрии):

1. Точечные (нульмерные) дефекты

Это нарушения, локализованные в объеме, соизмеримом с одним или несколькими межатомными расстояниями. К ним относятся:

• Вакансии — пустые узлы в кристаллической решетке, где должен был бы находиться атом. Образуются из-за тепловых флуктуаций или в процессе роста кристалла.

• Межузельные атомы — атомы, расположенные не в узлах решетки, а между ними (в межузлиях). Это могут быть как собственные атомы кристалла (атом того же элемента), так и примесные (атомы другого элемента).

• Примесные атомы замещения — атомы другого химического элемента, которые замещают основные атомы в узлах решетки.

• Дефект по Френкелю — пара, состоящая из вакансии и межузельного атома. Образуется, когда атом покидает свой узел и перемещается в межузлие.

• Дефект по Шоттки — пара вакансий в ионных кристаллах, состоящая из катионной и анионной вакансий, что необходимо для сохранения электронейтральности кристалла.

2. Линейные (одномерные) дефекты

Это нарушения, протяженные в одном направлении. Основным типом являются дислокации, которые определяют способность кристаллов к пластической деформации.

• Краевая дислокация — ее можно представить как край "лишней" атомной полуплоскости, вставленной в кристалл. Она вызывает сжатие решетки над ней и растяжение под ней.

• Винтовая дислокация — образуется при сдвиге одной части кристалла относительно другой. Атомные плоскости при этом образуют винтовую поверхность вокруг линии дислокации.

• Смешанная дислокация — дислокация, имеющая компоненты как краевой, так и винтовой дислокации.

3. Поверхностные (двумерные) дефекты

Это нарушения, протяженные в двух направлениях, которые разделяют кристалл на части с различной структурой или ориентацией.

• Границы зерен — поверхности, разделяющие отдельные кристаллиты (зерна) с разной кристаллографической ориентацией в поликристаллическом материале.

• Двойниковые границы — граница, по обе стороны от которой кристаллические решетки зеркально симметричны друг другу.

• Дефекты упаковки — нарушения в правильной последовательности укладки атомных слоев. Например, в ГЦК-решетке с последовательностью ABCABC… может возникнуть нарушение вида ABCACABC…

• Внешняя поверхность кристалла — сама поверхность является дефектом, так как атомы на ней имеют ненасыщенные связи и иное координационное число по сравнению с атомами в объеме.

4. Объемные (трехмерные) дефекты

Это нарушения, имеющие макроскопические размеры во всех трех измерениях.

• Поры и микротрещины — полости (пустоты) внутри материала.

• Включения — частицы другой фазы (например, оксиды, сульфиды) в объеме основного материала.

• Выделения (преципитаты) — скопления атомов примеси, образующие новую фазу внутри кристалла в результате фазовых превращений.

Ответ:

Известны следующие основные типы дефектов кристаллических решеток, классифицируемые по их размерности: точечные (вакансии, межузельные и примесные атомы, дефекты по Френкелю и Шоттки), линейные (краевые, винтовые и смешанные дислокации), поверхностные (границы зерен, двойниковые границы, дефекты упаковки, внешняя поверхность) и объемные (поры, включения, выделения).