Номер 2, 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 2, страница 296.

Условие.

2. Опишите, как происходит рост кристаллов. Каким образом рост кристаллов зависит от вида их дефекта?

Решение.

Опишите, как происходит рост кристаллов.

Рост кристаллов — это процесс увеличения их размеров путем присоединения атомов, ионов или молекул из окружающей среды (раствора, расплава или газовой фазы) к поверхности кристалла в строго определенном порядке, соответствующем его кристаллической решетке. Процесс можно разделить на две основные стадии:
1. Зарождение (нуклеация). Это начальный этап, на котором образуются мельчайшие устойчивые кристаллические частицы, называемые зародышами. Зарождение бывает гомогенным (спонтанное образование в объеме однородной среды при сильном пересыщении или переохлаждении) и гетерогенным (образование на поверхности примесей, стенок сосуда и т.д., что энергетически более выгодно и происходит чаще).
2. Рост. После образования зародыша он начинает расти. Этот процесс включает несколько последовательных шагов: транспорт частиц к поверхности кристалла; их адсорбция на поверхности; поверхностная диффузия адсорбированных частиц в поиске наиболее энергетически выгодного положения; встраивание частицы в кристаллическую решетку. Наиболее выгодными местами для встраивания являются изломы на ступенях роста, так как там атом может образовать максимальное число связей.

Существует несколько механизмов роста. На идеальной, атомарно гладкой грани для продолжения роста необходимо образование нового слоя, что требует зарождения двумерного зародыша. Этот процесс требует значительного пересыщения. Однако в реальных кристаллах рост значительно облегчается благодаря наличию дефектов. Наиболее важным является дислокационный (или спиральный) механизм роста. Он связан с наличием винтовых дислокаций, которые создают на поверхности кристалла неустранимую ступень. Атомы присоединяются к этой ступени, заставляя ее двигаться по спирали, и кристалл растет без необходимости образования новых двумерных зародышей. Это позволяет росту происходить при очень малых пересыщениях.

Ответ: Рост кристаллов происходит в две стадии: зарождение (образование устойчивого микроскопического кристаллика-зародыша) и последующий рост этого зародыша за счет присоединения новых частиц из окружающей среды. Частицы транспортируются к поверхности, адсорбируются на ней, мигрируют к энергетически выгодным местам (ступеням, изломам) и встраиваются в решетку. Рост может идти послойно (через образование двумерных зародышей) или по спиральному механизму на дефектах (дислокациях).

Каким образом рост кристаллов зависит от вида их дефекта?

Дефекты кристаллической решетки играют ключевую, а часто и решающую, роль в процессе роста кристаллов. Их влияние зависит от типа дефекта:
Точечные дефекты (вакансии, примеси). Примесные атомы могут выступать в качестве центров гетерогенного зарождения, облегчая начало кристаллизации. С другой стороны, некоторые примеси могут адсорбироваться на активных участках роста (ступенях, изломах) и блокировать их, замедляя или полностью останавливая рост. Этот эффект называют "отравлением" поверхности. Вакансии могут облегчать поверхностную диффузию атомов, тем самым ускоряя их встраивание в решетку.
Линейные дефекты (дислокации). Это наиболее важный тип дефектов для механизма роста. Винтовые дислокации, выходя на поверхность, создают неустранимую ступень, что приводит к реализации спирального механизма роста. Этот механизм не требует образования двумерных зародышей и поэтому может протекать при очень низких пересыщениях. Краевые дислокации также создают ступени, которые являются активными местами для присоединения новых атомов.
Поверхностные дефекты (границы зерен, двойниковые границы). Двойниковые границы могут создавать на поверхности так называемые "входящие углы", которые являются чрезвычайно активными центрами для присоединения атомов, поскольку атом может одновременно образовать связи с двумя гранями. Это приводит к значительному ускорению роста.

Таким образом, дефекты не всегда являются недостатком; часто они создают благоприятные условия для роста кристалла, определяя его механизм, скорость и даже конечную форму.

Ответ: Рост кристаллов сильно зависит от вида дефектов. Линейные дефекты, в частности винтовые дислокации, создают на поверхности неустранимые ступени и обеспечивают спиральный механизм роста при малых пересыщениях. Точечные дефекты (примеси) могут как ускорять рост, служа центрами зарождения, так и замедлять его, блокируя активные участки. Поверхностные дефекты, например двойниковые границы, могут создавать особо активные места для присоединения атомов и значительно ускорять рост.