Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
Перевод книги А. Веста выполнен сотрудниками Московского университета канд. хим. наук А. Р. Каулем (гл. 1, 2, 7—11, 13, 15, 21) и канд. хим. наук И. Б. Куценком (гл. 3—6, 12, 14, 16— 20), работа с которыми доставила мне большое удовлетворение.
Ю. Третьяков
ПРЕДИСЛОВИЕ
Химия твердого тела — это область знаний, неразрывно связанная с современной технологией. Тем не менее в курсах неорганической и физической химии этой дисциплине отводится весьма незначительная роль. Возможно, такая ситуация отчасти объясняется тем, что при наличии многочисленных специализированных изданий по избранным вопросам химии твердого тела явно ощущается острая нехватка книг более широкого плана, охватывающих разнообразные проблемы: от синтеза, идентификации и структурных аспектов до свойств и применения твердофазных материалов, Настоящая книга написана с надеждой восполнить этот пробел и, может быть, внести большую определенность в сам вопрос о том, что же составляет предмет химии твердого тела. Предлагаемый материал вовсе не является исчерпывающим для изучающих спецкурс. По существу книгу можно рассматривать как умеренно детализированное введение в эту область знаний, иеотягощенное сложным математическим аппаратом и предназначенное для студентов и аспирантов. Круг проблем, обсуждаемых в книге, очень широк, причем эти проблемы могут представлять интерес для ряда специалистов; при такой многоплановости книги практически оказалось просто невозможным избежать некоторых неточностей, а также неадекватных подходов. Особые затруднения были сопряжены с выбором материала, в частности для последних глав, при этом некоторые направления химии твердого тела, как, например, катализ, совсем не нашли в ней отражения. Однако остается надеяться, что при оценке книги недостатки такого рода окажутся не столь существенными, если учесть как неоспоримое ее достоинство — целостное рассмотрение предмета.
Многие разделы книги были прочитаны специалистами, их ценные замечания были учтены. Я хочу выразить искреннюю благодарность за эту работу.
Я в большом долгу перед моей женой за поддержку и понимание, которые она проявляла в течение всех семи лет подготовки книги, а также за то, что она перепечатала большую часть рукописи, чем оказала мне огромную техническую помощь. Многие графические работы (и притом хорошего качества!) были выполнены Стивом Блэком и Юди Керр.
Абердин, март 1984
Л. Р. Вест
Глава 1
ЧТО ТАКОЕ ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА?
Ответ на этот вопрос и пытался дать автор своей книгой. Проблемы, связанные с твердофазным состоянием вещества, интересуют многих специалистов, работающих в таких взаимопроникающих направлениях, как физика и химия твердого тела, материаловедение, технология керамики, минералогия и металлургия.
Химия твердого тела выделилась как самостоятельное направление физической химии лишь сравнительно недавно, заняв при этом центральное место среди других смежных дисциплин (хотя имеются противники такой оценки).
Химия твердого тела имеет дело со всем, что касается получения, свойств (включая структурные аспекты), применения материалов, находящихся в твердом состоянии. Как правило, но вовсе не обязательно это неорганические (неметаллические) соединения. Так, металлы также могут быть объектами изучения химии твердого тела, когда речь идет об их кристаллической структуре и таких связанных с этим вопросах, как дефектооб-разование в кристаллах, образование твердых растворов, фазовые переходы и диаграммы состояния. Органические твердые тела попадают в поле зрения химии твердого тела в тех случаях, когда они проявляют интересные физические свойства, например высокую электропроводность, или когда реакции между ними относятся к топохимически контролируемым, т. е. зависят от геометрических особенностей упаковки'молекул в кристалле. Минералы рассматриваются постольку, поскольку они представляют собой примеры природных неорганических соединений. Далеко не все объекты химии твердого тела — кристаллические вещества, в этой связи весьма уместно рассмотреть некоторые аспекты стеклообразного состояния.
Твердые неорганические соединения в большинстве своем построены не из отдельных молекул; их структура характери
1. Что такое химия твердого тела?
9
зуется определенным способом совместной упаковки атомов или ионов в пространстве. Разнообразие и сложность образуемых структурных типов являются центральным вопросом химии твердого тела. Это подразумевает не только описание и классификацию кристаллических структур на основе знания пространственных групп, но и изучение факторов, ответственных за возникновение той или иной структуры. Структура и свойства молекулярных соединений, напротив, определяются структурой и свойствами индивидуальных молекул, а то, что многие из этих соединений твердые при комнатной температуре, можно рассматривать не как главный, а как сопутствующий факт при их изучении. Итак, объектами химии твердого тела являются преимущественно немолекулярные соединения.
При изучении твердых тел следует обратить внимание на такой дополнительный важный структурный аспект, как дефек-тообразоваиие. Дефекты того или иного вида присущи всем без исключения твердым телам и часто оказывают огромное влияние на многие свойства материалов, как, например, электрическую проводимость, механическую прочность и реакционную способность. С дефектообразованием теснейшим образом связано существование твердых растворов, характеризующихся переменным составом твердой фазы (иногда в значительном интервале) при сохранении типа кристаллической решетки. Меняя состав в пределах твердого раствора, удается регулировать и модифицировать в практических целях многие свойства материалов.
