Химия Твёрдого Тела

(химия твердого состояния), раздел физ. Химии, изучающий строение, св-ва и методы получения твердых в-в. X. Т. Т. Связана с физикой твердого тела, кристаллографией, минералогией, физ.-хим. Механикой, механохимией, радиационной химией, является основой технологии неорг., полимерных и композиц. Материалов. Основные задачи X. Т. Т. Установление взаимосвязи структуры твердых тел с их св-вами, обоснование путей создания материалов с улучшенными эксплуатационными св-вами, разработка теории строения и реакц. Способности твердых тел. В X. Т. Т. Используется особый набор методов исследования ( дифракционные методы, электронная микроскопия и др.). Накопление фактов в областях, ныне относимых к X. Т. Т., шло в течение неск. Столетий, однако как самостоятельная наука она сформировалась в сер.

20 в. Гл. Обр. В связи с развитием электроники и технологии неорг. Материалов. Особенности строения твердых в-в проявляются прежде всего в наличии у них ближнего (аморфные в-ва и стекла) и дальнего (кристаллы) порядка, а также в способности многих твердых в-в отклоняться от законов стехиометрии. Еще в нач. 19 в. Эта способность вызвала научную дискуссию между К. Бертолле, отстаивавшем возможность непрерывного изменения состава твердого в-ва, и Ж. Прустом, к-рый придерживался победившей тогда точки зрения о постоянстве состава. После введения в кон. 19 в. Понятия твердого р-ра (Я. Вант-Гофф, 1890) и разработки основ физ.-хим. Анализа (Г. Тамман, нач. 20 в. Н. С. Курнаков, 1913) проблема противопоставления в-в постоянного состава (дальтонидов) и в-в переменного состава (бертоллидов) возникла вновь, причем бертоллиды рассматривались как твердые р-ры неустойчивых в твердом состоянии в-в.

Основы X. Т. Т., как считается, заложил А. Муассан, к-рый в 1892 ввел в лаб. Практику электродуговые печи и положил начало исследованиям св-в твердых тел при высоких т-рах. Открытие дифракции рентгеновских лучей (М. Лауэ, 1912) и развитие кристаллохимии (В. Гольдшмидт, Л. Полинг, А. В. Шубников, Н. В. Белов, А. И. Китайгородский) позволили глубже понять структуру твердых в-в и не только обосновать существование обширного класса нестехиометрич. В-в, но и ввести понятие нестехиометрии. Еще одна важнейшая особенность строения твердых в-в -отличие идеальной структуры кристаллов от реальной, дефектной структуры (см. Дефекты). Основой физ. Химии кристаллов с дефектами послужили работы Я. И. Френкеля (1926), В. Шоттки и К. Вагнера (1930). Вагнер в работах 1930-40-х гг.

Установил зависимость реакционной способности твердых тел от характера дефектов. На св-ва и поведение твердых тел влияют также состояние твердого тела (кристаллическое или аморфное), тип кристаллич. Модификации, наличие и характер фазовых переходов. Р-ции твердых тел носят топохим. Характер (см. Топонимические реакции )и зачастую определяются скоростью диффузии в твердых телах. Диффузия здесь отличается от диффузии в газах и жидкостях. Она может протекать на внешней пов-сти, по границам кристаллитов, в объеме твердого тела и характеризуется высокими значениями кажущейся энергии активации. Одна из важнейших концепций в кинетике твердофазных р-ций (введена С. Хиншелвудом в 1925) состоит в протекании процессов в результате последовательного образования и роста на пов-сти или в объеме исходной фазы зародышей новой твердой фазы.

В Х. Т. Т. Используется очень широкий набор методов синтеза - с применением низких и сверхвысоких т-р, рекордно высоких давлений и сверхглубокого вакуума, сильнейших центробежных полей, разнообразных физ. Методов активирования процессов, при полном отсутствии гравитации. См., напр., Реакции в твердых телах, Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Важными этапами в развитии X. Т. Т. Явилось создание совр. Методов выращивания монокристаллов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание )из расплава, из перегретых водных р-ров (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар - жидкость -кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления св-вами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрич.

Полей. Значительное место в Х. Т. Т. Занимает получение и исследование св-в пленок и покрытий. Новую область в X. Т. Т. Открыло создание методов получения аморфных твердых материалов путем химического осаждения из газовой фазы с плазменной активацией. Таким путем получены необычные "сплавы" полупроводниковых элементов с водородом, фтором, азотом и др. Легкими элементами, тройные и более сложные композиции, многие из к-рых обладают уникальными св-вами и имеют широкие перспективы практич. Применения. Основой микроэлектроники является планарная технология, разработанная в США в 1959. Среди новейших направлений развития Х. Т. Т.- синтез и изучение высокотемпературных сверхпроводников, открытых К. Мюллером и Дж. Беднорцем (1986), создание и исследование св-в "наноструктурированных" материалов, к-рые состоят из частиц размером 1-15 нм или пленок толщиной 1-15 нм.

Относительно большая доля пограничных (приповерхностных) слоев определяет значительные (иногда на неск. Порядков) отличия св-в наноструктурированных материалов от св-в кристаллов и стекол того же состава. Разрабатываются методы получения (нанотехнология) наноматериа-лов, а также гетероструктур с размерами составляющих их элементов (слоев) от 1 до 10 нм. Особенности физ. И физ.-хим. Св-в твердых в-в см. В ст. Аморфное состояние, Кристаллы, Стеклообразное состояние, Твердое тело, в статьях об отдельных видах материалов. Диэлектрики, Магнитные материалы, Полупроводники, Сверхпроводники и др. Особенности р-ций твердых в-в - в ст. Коррозия металлов, Металлов окисление, Травление и др. Лит. Препаративные методы в химии твердого тела, под ред.

П. Хагенмюллера, пер. С англ., М., 1976. Болдырев В. В., Ляхов Н. Э., Чупахин А. П., Химия твердого тела, М., 1982. Чеботин В..Н., Физическая химия твердого тела, М., 1982. Браун М., ДоллиморД., ГалвейА., Реакции твердых тел, пер. С англ., М., 1983. ГилевичМ. П., Покровский И. И., Химия твердого тела, Минск, 1985. Тр етьяков Ю. Д., Лепи с X., Химия и технология твердофазных материалов, М., 1985. Вест А., Химия твердого тела. Теория и приложения, пер. С англ., ч. 1-2, М., 1988. Ра о Ч. Р., Новые направления в химии твердого тела, пер. С англ., Новосиб., 1990. Э. Г. Раков.