Номер 1, страница 296 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 8. Твёрдые тела и их превращение в жидкости. Параграф 8.5. Дефекты в кристаллах - номер 1, страница 296.

Условие.

? 1. Как называются нарушения в расположении частиц кристаллических тел? Чем они вызываются? Перечислите виды подобных нарушений и дайте их характеристику.

Решение.

Нарушения в идеальном периодическом расположении частиц (атомов, ионов, молекул) в кристаллических телах называются дефектами кристаллической решетки или несовершенствами кристалла.

Причинами возникновения дефектов могут быть:

1. Термодинамические причины: при любой температуре выше абсолютного нуля ($T > 0$ K) частицы совершают тепловые колебания. Наличие определенной концентрации дефектов является термодинамически выгодным, так как это увеличивает энтропию (меру беспорядка) системы.

2. Условия роста кристалла: дефекты могут возникать в процессе кристаллизации из-за высокой скорости роста, перепадов температуры или присутствия примесей в исходном веществе.

3. Внешние воздействия: дефекты могут быть созданы в уже сформировавшемся кристалле под действием механических напряжений (пластическая деформация), облучения высокоэнергетическими частицами (нейтронами, ионами) или резких изменений температуры (термический удар).

Дефекты кристаллической решетки классифицируют по их размерности (геометрии):

1. Точечные (нульмерные) дефекты
Это нарушения, локализованные в области одного или нескольких узлов решетки. К ним относятся:
• Вакансия — узел кристаллической решетки, в котором отсутствует атом.
• Межузельный атом — атом (собственный или примесный), который располагается не в узле, а в междоузлии решетки.
• Примесный атом замещения — чужеродный атом, который замещает основной атом в узле решетки.
• Дефект по Френкелю — пара, состоящая из вакансии и межузельного атома того же элемента. Образуется при переходе атома из узла решетки в соседнее междоузлие.
• Дефект по Шоттки — пара вакансий катиона и аниона в ионных кристаллах, необходимая для сохранения электронейтральности кристалла.

2. Линейные (одномерные) дефекты — дислокации
Это нарушения, которые простираются вдоль некоторой линии в кристалле. Они играют ключевую роль в процессах пластической деформации.
• Краевая дислокация — представляет собой край "лишней" атомной полуплоскости, вставленной в кристалл. Она вызывает сжатие решетки с одной стороны от полуплоскости и растяжение с другой.
• Винтовая дислокация — возникает при сдвиге одной части кристалла относительно другой. Атомные плоскости вблизи линии дислокации образуют единую винтовую поверхность.

3. Поверхностные (двумерные) дефекты
Это нарушения, простирающиеся по некоторой поверхности.
• Границы зерен — поверхности, разделяющие отдельные кристаллиты (зерна) с разной кристаллографической ориентацией в поликристаллическом материале.
• Границы двойников — границы, по обе стороны от которых кристаллическая структура является зеркальным отражением друг друга.
• Дефекты упаковки — нарушения в правильной последовательности укладки атомных слоев в кристаллах.

4. Объемные (трехмерные) дефекты
Это макроскопические дефекты размером от десятков нанометров и более.
• Поры, микротрещины — пустоты внутри кристалла.
• Включения — участки инородной фазы внутри кристалла (например, частицы оксидов в металле).
• Выделения (преципитаты) — скопления атомов примеси, образующие новую фазу внутри основной кристаллической матрицы.

Ответ: Нарушения в расположении частиц кристаллических тел называются дефектами кристаллической решетки. Они вызываются термодинамическими причинами, условиями роста кристалла и внешними воздействиями. Основные виды дефектов классифицируют по размерности: точечные (вакансии, межузельные атомы), линейные (дислокации), поверхностные (границы зерен) и объемные (поры, включения).