Tại sao các vị trí trống trong chất rắn được gọi là khuyết tật cân bằng?


2

Giáo sư của tôi, khi thảo luận về mô hình Đi bộ ngẫu nhiên trong quá trình khuếch tán trong kim loại đã nói rằng "Vị trí trống là khuyết tật cân bằng nhưng trật khớp thì không". Tôi không thể hiểu tại sao. Tại sao nó như vậy?



@SolarMike, trạng thái cân bằng phải làm gì với một khuyết điểm như vị trí tuyển dụng?
Nitz

Câu trả lời:


4

Hãy tưởng tượng bạn có hai hộp cách nhau bởi một phân vùng có thể tháo rời. Mỗi hộp chứa đầy một loại khí nguyên chất tinh khiết khác nhau. Khi bạn loại bỏ các phân vùng, các khí trộn. Trạng thái cân bằng của chúng có xu hướng hướng tới một hỗn hợp công bằng tại mọi thời điểm. Khả năng các khí tự tách ra về cơ bản là bằng không đối với bất kỳ số lượng nguyên tử đáng kể nào. Điều này được mô hình hóa bởi cơ học thống kê và xảy ra đối với bất kỳ hệ thống tương tự bao gồm nhiều thành phần di động.

Chất rắn không khác gì các chất khí ở chỗ chúng tuân theo các nguyên tắc của cơ học thống kê. Trong trường hợp mạng tinh thể, vị trí trống là điểm mạng không có nguyên tử, i e. không gian trống. Tất cả các chất rắn liên tục tiếp xúc với không gian trống ở bề mặt của chúng, và có xu hướng trộn lẫn với nó. Điều này nghe có vẻ lạ, nhưng hãy nhớ rằng các nguyên tử trong mạng tinh thể là thiết bị di động và có thể dịch chuyển vị trí mạng nếu có không gian lân cận. Tất cả các điểm lưới ở bề mặt có rất nhiều không gian có sẵn bên ngoài tinh thể. Điều tương tự áp dụng tại các ranh giới hạt và tại trật khớp. Vì vậy, bằng cách di chuyển nguyên tử ngẫu nhiên, không gian trống có thể khuếch tán vào mạng và tạo chỗ trống. Khi chúng tôi thiết lập với thiết lập hai khí, không gian trống và chất rắn có xu hướng ở một số trạng thái cân bằng hỗn hợp, nghĩa là nồng độ cân bằng của vị trí tuyển dụng là khác không. Chi tiết duy nhất còn lại là hỗn hợp không bằng nhau vì các nguyên tử của vật rắn có lực kết dính mạnh liên kết chúng lại với nhau. Không giống như các chất khí, tinh thể không khuếch tán đều về căn phòng và bốc hơi ngay lập tức. Ít nhất, ở trạng thái cân bằng, nó sẽ không (giảm áp suất hơi)!

Đối với trật khớp, nồng độ cân bằng của chúng bằng không vì chúng không tự hình thành, nhưng có thể tự nhiên rời khỏi tinh thể. Hãy nhớ lại rằng sự sai lệch hình thành trong phản ứng với sự cắt lưới tạo ra một nửa mặt phẳng nguyên tử "dư thừa" hoặc xen kẽ một nửa mặt phẳng "thừa" của các vị trí trống. Điều này xảy ra bởi một quá trình gọi là "trượt". Trượt không xảy ra ở trạng thái cân bằng. Bắt một nửa mặt phẳng trống vào tinh thể, tất cả được tổ chức dọc theo một mặt phẳng, và được thực hiện một cách tự nhiên, chỉ đơn giản là sẽ không xảy ra một cách tình cờ. Ngược lại, một trật khớp hiện có có thể di chuyển một cách tự nhiên bằng cách hấp thụ hoặc phát ra các trật khớp trong một quá trình gọi là "leo". Nếu một chỗ trống được hấp thụ, nửa mặt phẳng của các nguyên tử giảm về số lượng, di chuyển đường trật khớp theo hướng đó. Nếu một chỗ trống được phát ra, điều ngược lại xảy ra. Nếu đường trật khớp chạm đến bề mặt, nó không còn là trật khớp nữa. Do đó, trật khớp có thể rời khỏi tinh thể, nhưng không thể đi vào, dẫn đến nồng độ cân bằng ròng bằng không.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.