Конфигурация атомов в «жидкости

Рис. 2.40. Конфигурация атомов в жидкости, состоящей из твердых дисков

Константа связности 232 Конфигурация атомов в жидкости, состоящей из твердых шаров 103 [c.581]

Наряду с таким подходом многие теоретики настойчиво развивают концепцию однородной жидкости, пытаясь выявить в ней различного рода статистические корреляции. Так, в недавней работе [654] была предпринята попытка показать методом Монте-Карло с использованием парного потенциала Леннард-Джонса существование в переохлажденной жидкости некоторого статистически усредненного ориентационного упорядочения связей атомов, напоминающего конфигурацию связей в икосаэдре. [c.221]

Попытаемся добиться того, чтобы для перехода из конфигурации А в В требовалось большое перемещение атомов. Сначала может показаться, что это просто сделать. Например (фиг. 11.14), возьмем некоторые атомы в конфигурации А в левой части сосуда, содержащего жидкость, переместим их через весь сосуд в противоположную часть, и назовем получившуюся конфигурацию В. Одно из возражений при этом состоит в том, что при перемещении атома из одной части сосуда в другую слева появляется дырка, а справа возникает лишний атом, т. е. происходит изменение плотности частиц. Чтобы избежать такой ситуации, мы можем себе представить, что в тот же самый момент другой атом был перемещен справа налево, а возникшие дырки и уплотнения атомов были выравнены с помощью небольшой перестройки нескольких соседних атомов. Такое перемещение двух атомов, одного слева направо, а другого справа налево (каждого на [c.371]

Энергия активации является важнейшим кинетическим параметром, характеризуемый изменением потенциальной энергии реагентов, при образовании из них одного моля активированных комплексов. Вопросу об активированном состоянии большое внимание уделяется в теории абсолютных скоростей реакции. В соответствии с этой теорией любой процесс, протекающий во времени независимо от среды (газ, жидкость, твердое тело), в которой он протекает, характеризуется тем, что начальная конфигурация расположения атомов переходит в конечную, через промежуточную (переходную) конфигурацию расположения атомов, которая является критической для данного процесса и по достижении которого имеется большая вероятность завершения процесса реакции. Активированным комплексом называют промежуточные критические конфигурации расположения атомов. Прочность межатомной связи в активированном комплексе ниже чем в исходном веществе. Кроме того природа межатомной связи в комплексе также может быть иной, чем в исходном состоянии. [c.191]

Термин течение (или движение) используют для обозначения мгновенного или непрерывного изменения конфигурации сплошной среды. В соответствии с нулевым законом термодинамики каждое сплошное тело имеет хотя бы одно естественное состояние. Характерным свойством текучих сред, которое можно считать определяющим для жидкости, является то, что они имеют несчетное множество естественных состояний. В качестве постулата принимают, что все состояния, для которых плотность массы совпадает с исходной, являются естественными состояниями. Поэтому одним из аргументов определяющих термодинамических функций — активных переменных — принимают якобиан J = dV/dVo = ро/Р, характеризующий относительное изменение объема (или плотности массы) при течении жидкости в окрестности рассматриваемой точки. Отметим, что здесь и далее понятие жидкость включают в себя как истинные жидкости, так и газы. Отличие газа от истинной жидкости состоит в том, что его частицы (атомы или молекулы) весьма слабо связаны между собой силами взаимодействия и движутся хаотически, заполняя весь предо ставленный им объем. Истинная жидкость сохраняет свой объем при отсутствии внешних воздействий и может иметь свободную поверхность (границу между истинной жидкостью и газом). [c.114]

Вместо того чтобы пытаться построить статический образец случайной плотно упакованной структуры, содержащий сотни или тысячи атомов, мы можем получить почти такую же информацию из расчетов по методу Монте-Карло (см., например, [64]). При этом рассматриваются многие разрешенные конфигурации относительно небольшого числа атомов и взвешиваются в соответствии с вероятностью их реализации в термодинамическом ансамбле. Аналогичные сведения получаются и по методу молекулярной динамики (см., например, [65—67]). В этом случае атомам разрешается двигаться и сталкиваться друг с другом так, как это бывает в реальных физических объектах. Указанные методы необходимы для изучения моделей жидкостей с должными межатомными силами в состоянии теплового равновесия (см. 6.6). Можно показать [58], что в предельном случае твердых шаров эти методы эквивалентны статической модели Бернала. [c.98]

Другое упрощающее предположение состоит в том, что каждая молекула считается идеально твердой и аксиально симметричной, наподобие эллипсоида или гантели. Для статистического описания жидкости, состоящей из таких молекул, надо знать функции распределения относительных ориентаций осей дв х или большего числа молекул в любой данной пространственной конфигурации. Явно, что это гораздо более слон ная геометрическая задача, нежели расчет радиальной функции распределения g (Н) для сферических атомов. Лучшее, что здесь можно сделать,— это написать кластерные интегралы для нескольких вириальных коэффициентов и вычислить их либо для типичных мягких меж-молекулярных сил [128—130], либо для модели твердых гантелей [131, 132]. Ни один из расчетов не годится для системы, плотность которой сравнима с плотностью жидкости. Однако похоже на то, что основной эффект анизотропии и вращения молекул состоит в уширении и размытии функции распределения в пространстве координат так, как если бы молекулы были просто большими мягкими сферами. [c.124]

Для всех исследованных жидкостей увеличение в молекуле, как видно из рис. 5.18, сопровождается уменьшением абсолютного значения д%1д1, причем резкое изменение температурной зависимости наблюдается для низкомолекулярных соединений. С увеличением п , т. е. для высших гомологов, производная изменяется незначительно и в пределе стремится к постоянному значению. Это объясняется тем, что с увеличением числа углеродных атомов возрастают молекулярная масса, плотность, температура кипения, теплота парообразования и т. д. (рис. 5.35). Возрастание массы молекул делает их более инертными, мало подвижными и создает благоприятные условия для образования более устойчивых молекулярных конфигураций и более сильного взаимодействия соседних молекул. [c.181]

В начале тридцатых годов стали интенсивно развиваться исследования, связанные с изучением механических свойств аморфных и высокомолекулярных твердых тел. Развитие этого направления связано с именами А. П. Александрова, П. П. Кобеко, М. О. Корнфельда, Е. В. Кувшинского и др. Приблизительно к этому же периоду относится зарождение представлений о ведущей роли теплового движения в определении механических свойств твердых тел. Такой подход в значительной мере основывался на идеях Я. И. Френкеля о термофлуктуационном механизме движения частиц, едином для всех жидкостей и твердых тел. Согласно этой концепции изменение конфигурации атомов в твердом теле происходит в момент тепловой флуктуации, повышающей на некоторое время локальную энергию, а внешнее напряжение приводит лишь [c.423]

Характер границ между жидкими полупроводниками и ионными, молекулярными или металлическими жидкостями во многом такой же, как и для твердых веществ. Однако особенности жидкого состояния приводят и к важным различиям. Как уже - отмечалось, диффузное движение атомов в жидкости может играть особую роль в электронном переносе, если электроны на- ходятся в локализованных состояниях. Другое отличие, обуете ловленное широкой областью стехиометрии, которая может иметь место в жидком состоянии, состоит в том, что электронная структура изменяется непрерывно в соответствии с изменениями химического состава. Мы считаем это наиболее важной характерной чертой поведения жидких полупроводников. Указанная характеристика дает благоприятную возможность для развития более глубокого понимания одной из основных проблем физики и химии конденсированных веществ, а именно взаимосвязи между электронной структурой и атомной или химической структурой вещества. Представляется вероятным, что химическая структура многих систем жидких полупроводников основана на ковалентной связи, но в противоположность обычным молекулярным жидкостям в этом случае высокотемпературная и химическая обстановка такова, что получающиеся молекулярные частицы не являются хорошо идентифицируемыми, особенно в настоящее время. Таким образом, быстро меняющееся динамическое равновесие между различными конфигурациями атомов, по-видимому, играет роль в определении влияния изменений температуры и химического состава. В добавление к изложенному выше связи, имеющие мес льнлиах [c.17]

Примеси, удовлетворяющие этим требованиям, обладают естественной активностью. Естественная активность дисперсных частиц, взвешенных в жидкости, связана с закономерностями зарождения центров кристаллизации на твердых поверхностях, которые rj общем виде были сформулированы П. Д. Данковым и С. Т. Конобеевским. Превращение на поверхности твердого тела развивается таким образом, чтобы конфигурация атомов твердой фазы сохранилась (или почти сохранилась) и в новой твердой фазе. Возникающая при указанном процессе кристаллическая решетка новой фазы сопрягается с кристаллической решеткой старой фазы подобными кристаллографическими плоскостями, параметры кото[)ых 01личаются друг от друга минимально. Причина закономерной ориентации двух фаз с термодп-ппмическои точки зрении состоит в том, что минимум поверхностной энергии обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях старой и новой фаз. [c.36]

Наряду с полосатыми- спектрами молекул, расположенными в видимой и ультрафиолетовой областях, наблюдаются также и инфракрасные спектры молекул. Опыт показывает, что инфракрасные колебательные спектры газа или пара остаются в большинстве случаев практически неизменными и при исследовании соответствующей жидкости или даже твердого тела. Причину нечувствительности этих спектров к агрегатному состоянию надо, очевидно, искать в том, что силы взаимодействия между атомами (внутримолекулярные силы) значительно больще ван-дер-ваальсовых межмолекулярных сил, обусловливающих переход из газообразного в другие агрегатные состояния. Поэтому колебания атомов внутри молекулы происходят практически одинаково как в изолированных молекулах газа, так и в сближенных молекулах жидкости или твердого тела. Излучение же полосатых спектров в видимой и ультрафиолетовой областях в основном определяется изменением электронной конфигурации молекулы, а эта последняя испытывает в случае жидкости или твердого тела вполне ощутимые воздействия со стороны соседних молекул. Но все же и для инфракрасных спектров некоторые детали, связанные главным образом с вращением молекулы вокруг ее центра тяжести, лучше наблюдаются в газообразном состоянии, ибо свобода вращения молекул в жидкостях и твердых телах в значительной степени стеснена. [c.748]

Ранее мы выяснили, что конденсация атомов (или ионов и электронов) приводит к понижению энергии системы и является вследствие этого энергетически выгодным процессом. Поэтому в невозбужденном состоянии при предельно низких температурах все тела находятся в конденсированном состоянии, причем, за исключением гелия,—это твердые кристаллические тела. Гелий при нормальном давлении — жидкость, но при давлении в 30 кбар он также становится кристаллом. Существуют различные подходы к объяснению самого факта существования в твердом теле периодического расположения атомов (трансляционной симметрии). Так, согласно теореме Шенфлиса, всякая дискретная группа движений с конечной фундаментальной областью (т. е. элементарной ячейкой) имеет трехмерную подгруппу параллельных переносов, т. е. решетку [22]. Можно объяснять необходимость существования кристаллической решетки, а в конечном счете и вообще симметричного расположения атомов, исходя из третьего закона термодинамики. Согласно этому закону, при приближении к абсолютному нулю температуры энтропия системы должна стремиться к нулю. Но энтропия системы пропорциональна логарифму числа возможных комбинаций взаимного расположения составных частей системы. Очевидно, любое не строго правильное расположение атомов влечет за собой большое число равновозможных конфигураций атомов и приводит к относительно большой энтропии, и только строго закономерное расположение атомов может быть единственным. Поэтому равная нулю энтропия совместима только со строго повторяющимся взаимным расположением составных частей тела [1]. Иногда симметричность расположения атомов в кристалле объясняют исходя из однородности среды. [c.124]

Предпринимались разные попытки выявить характерные атомные конфигурации в зернограничной структуре, но пути решения этого вопроса удалось найти используя результаты геометрического анализа [164] и моделирования на ЭВМ [165-167], которые позволили выявить те кирпичики , из которых построена любая граница. Оказалось, что существует строго ограниченный набор координационных многогранников, по вершинам которых могут располагаться атомы в границе зерен. Эти многогранники совпадают с берналовскими полиэдрами, предложенными для описания структуры жидкостей и аморфных тел. В работе [168] показано, что многогранники можно разбить на тетраэдры и октаэдры, т. в. на основные элементы, характерные для кристаллической структуры металлов, однако искажения этих тетраэдров и октаэдров по сравнению с правильными формами довольно велики. В отличие от структуры аморфных тел, где атомные полиэдры расположены неупорядочено, в границе полиэдры располагаются в один слой, для них имеются жесткие граничные условия, обусловленные периодичностью кристаллов по обе стороны границы, что приводит к строго упорядоченному построению атомных групп в структуре границ. Упорядоченность структуры характерна для всех границ зерен. [c.89]

Кроме того, поскольку при понижении температуры время необходимое для того, чтобы атомы переохлажденной жидкости образовали новую конфигурацию, становится больше или равным времени измерения tmea, внутреннес равновесие, нарушаемое движением атомов, замораживается. В этом случае температура, ранее названная температурой стеклования Tg, — это температура, ниже которой вязкость отклоняется от равновесного значения и, соответственно, будет выполняться закон Аррениуса. В этом смысле превращение в стекло есть переход из состояния, когда реализуется равновесие переохлажденной жидкости, в неравновесное состояние, когда движение атомов замораживается. При этом зарождение кристаллов за счет теплового движения атомов при температуре ниже Tg подавляется, а свободный объем замораживается. [c.58]

Как отмечает Н. Ашкрофт [41], по сравнению с кинетической теорией газов и теорией твердого тела теория жидкого состояния претерпевает лишь ранние стадии своего развития. Тепловое движение атомов приводит к их непрерывной флуктуации. Атом жидкости движется со средней тепловой скоростью около 1000 м/с, при этом он колеблется с частотой 10 периодов в секунду внутри некоторого окружения, образованного его ближайшими соседями. Как показали экспериментальные (нейтронографические) данные, в среднем после 10 периодов колебания атом перескакивает в другую группировку, меняя своих соседей. В связи с этим за реальное время экспонирования при исследовании жидкости выделенный атом успевает переменить множество положений измеренное свойство отражает некоторое среднестатистическое распределение атомов. Изучение жидкого состояния ограничивается, таким образом, определением средней конфигурации атомов. [c.36]

В свое время Франк [653] предположил существование в жидкостях 13-атомных группировок, имеющих форму правильного додекаэдра. Такая конфигурация атомов отличается от ГЦК- и ГПУ-структур наличием осей симметрии 5-го порядка, а это, как известно, не допускает возможности трансляционного построения бесконечной решетки без разрывов и пустот. Используя потенциал Леннард-Джонса для парного взаимодействия атомов. Франк показал, чтО энергия связи в додекаэдре на 8,4% выше, чем у плотноупакованных структур. Следовательно, переход, например, от ЩК-структуры к додекаэдру дает выигрыш энергии ближнего взаимодействия, но благодаря понижению симметрии одновременно теряется энергия дальнего взаимодействия. По мнению Франка, значительное переохлаждение жидкости может быть связано с наличием в ней додекаэдри-ческих кластеров. [c.221]

Только полный анализ Z и р(г) может дать среднее распределение атомов вокруг центрального атома данных о пространственной конфигурации атомов нет, пото-Д му что она в жидкости постоянно изменяется так же, как значения Z и (для любой пары атомов) г. Таким об- разом, дифракционные методы дают для жидкого сос-. J тояния много меньше данных, чем для твердого состоя-О ния. Кое-что можно получить при сравнении экспери-si ментальных кривых радиального распределения с кривыми, вычисленными из моделей жидкости это пробовали сделать Бернал [76—79] и другие, но способ чрезвычайно трудоемок. [c.17]

В системах Си—So и Ag—Sn s-фазы (7/4 электронов на атом) наблюдаются при таких же составах. Высокий фактор электроотрицательности в системе Аи—Sn мешает образованию е-структуры в твердом состоянии [47] (размерный фактор подходящий), но факторы, направленные на образование соединения с отношением eja, равным 7/4, в этой системе должны действовать в жидкости скорее в пользу этой структуры, чем любой другой. Структуры е-фазы по существу электронные и предел их существования прежде всего определяется взаимодействием поверхности Ферми и зоны Бриллюэ-на, которые отсутствуют в жидкости при тех же составах. Структура ближнего порядка в жидкости должна стабилизироваться каким-то другим фактором и, судя по низкому аь и Хь и довольно высокому рь, должна образовываться или полярная,или гомеополярная связь. Предполагалось (см.раздел 1), что жидкое олово имеет черты гомеополярной связи серого олова, которая может дать в результате стабильный комплекс TWesSn (где Мез — металл IB), имеющий, возможно, тетраэдрическую конфигурацию, состоящую из четырех атомов, или конфигурацию, кратную этой геометрической единице, с направленными гомеополярными и гетерополярными связями [39]. [c.127]

Из сказанного выше следует, что для жидкости статистические функции распределения четырех или большего числа атомов можно с достаточной точностью вычислять с помош ью суперпозиционного приближения высших порядков [типа (2.28)], пользуясь в качестве исходной функции (й) или (1, 2, 3). Так, например, почти коллинеарные конфигурации атомов (до шести атомов в группе ), возникающие в моделях случайных плотно упакованных структур из шаров и спиц [75], можно получить путем свертки упоминавшихся ранее коллинеарных конфигураций из трех атомов (рис. 2.37). Далее, будем называть каноническим делътаэдром выпуклый многогранник с треугольными гранями, составленными из отрезков линий, соединяющих центры геометрических соседей (см., например, [59]). Статистическое распределение таких дель-таэдров представляет собой на самом деле не что иное, как сводку некоторых особых свойств тех же многоатомных функций распределения. Однако разбиение данной случайной плотно упакованной структуры на канонические дельтаэдры не однозначно, т. е. этот способ описания топологически не инвариантен. Соответственно он имеет физическое значение только как демонстрация нерегулярности локального расположения атомов в данной системе. В этом отношении некоторые из оригинальных работ Бернала, посвященные рассматриваемой модели, видимо, заводят нас в тупик. [c.102]

Эти модели неизбежно оказываются эвристическими, и фигури-рующие в них параметры редко удается найти из первых принципов. Тем не менее иногда удается в простой форме отразить влияние довольно сложных структурных характеристик беспорядка. Рассмотрим, например, эффективную потенциальную энергию электрона в жидком металле. Эта функция характеризует многоэлектронную систему, и, строго говоря, соответствующий потенциал нельзя представить в виде простой суперпозиции атомных потенциалов он может зависеть от многоатомных характеристик структуры жидкости, например от средней локальной концентрации атомов. В 2.11 (рис. 2.42) мы видим, что объемы атомных ячеек в жидком состоянии вещества не постоянны, а флуктуируют, причем отклонения от средней величины могут достигать ]0%. Чтобы связать потенциальную энергию электрона в каждой ячейке с локальным атомным объемом, можно было бы воспользоваться методом потенциала деформации. При этом могла бы получиться простая континуальная модель, позволяющая описывать электронные свойства жидких металлов. Аналогичные соображения можно использовать и для определения эффективной потенциальной энергии носителей заряда вблизи края зоны в аморфном полупроводнике или для вычисления локальных упругих постоянных в стекле. В любых случаях предполагается, что искомая флуктуирующая величина зависит от локальных отклонений от идеальной тетраэдрической связи или от идеальной зигзагообразной конфигурации связей ( 2.10, рис. 2.33). На самом деле эти конкретные модели слишком упрощены, но на их примере можно проследить основную линию рассуждений, необходимых для того, чтобы связать картину непрерывного случайного поля с атомными характеристиками исходных материалов. [c.135]

Квазижидкостные модели так или иначе вынуждены принимать ту или иную модель жидкости (расплава). При анализе структуры аморфных твердых тел часто используют модель жидкости по Берналу [452], согласно которой жидкость представляет собой систему сфер со случайной упаковкой. Ограниченность применения этой модели к аморфному состоянию твердых тел связана с тем, что в аморфных сплавах обнаруживается композиционное упорядочение, возможна перестройка атомных конфигураций, а, кроме того, корреляция во взаимном расположении атомов может простираться до пяти атомных диаметров [419]. [c.281]

Большую группу ( . з. ч. составляют приборы, в к-рых используется газовый разряд, инициированный проходящей частицей между электродами различной конфигурации. В соответствии с характером разряда пользуются ионизационной камерой в импульсном режиме, основанной на собирании электронов первичной ионизации пропорциональным счетчиком, использующим эффект газового усиления при развитии электронных лавин счетчиками с самостоятельным газовым разрядом (см. Газовые счетчики). Наибольшее распространение получил Гейгера—Мюллера счетчик, где благодаря сильной неоднородности электрич. поля (цилиндр — нить, плоскость — острие) при прохождении ионизующей частицы развивается коронный разряд. В искровом счетчике проходящая частица инициирует искру между плоскопараллельными электродами. В импульсном режиме работают также кристаллические счетчики и полупроводниковые счетчики (см. Полупроводниковый детектор ядерных излучений), в к-рых импульс тока обусловлен электронно-дырочной проводимостью, возникающей в монокристалле или полупроводнике (точнее, в области р — п-перехода) нод действием ионизующей частицы. В сцинтилляционных счетчиках электрич. имиульс обра ется на аноде фотоэлектронного умножителя, преобразующего вспышку света, возникающую в сцинтиллирующем веществе (кристалле, жидкости, пластике или газе) нри высвечивании возбужденных ионизующей частицей атомов или молекул. В Черенкова счетчике вспышка света возникает при прохождении частицы через вещество со скоростью, превышающей фазовую скорость света [c.110]

Имея образец со случайной плотно упакованной структурой, мы можем измерить атомные функции распределения. Для многих моноатомных жидкостей радиальная функция распределения В (В) очень похожа на наблюдаемые на опыте функции распределения (рис. 2.35), из чего следует, что рассматриваемая модель не противоречит реальности. Однако наличие теплового движения и более сложный характер настоящих межатомных сил делают неоправданной попытку точного количественного сопоставления столь простой теории с опытом. В модели случайной плотно упакованной структуры, например, первая координационная сфера резко увеличивается при В = й, так как из-за плотной упаковки почти каждая сфера должна касаться по крайней мере четырех соседних (рис. 2.36). Вторая координационная сфера также хорошо определена, но соответствующий ей пик расщеплен. Резкий спад при 2й связан, видимо, с избытком конфигурации, в которой три атома касаются друг друга, находясь почти на одной прямой. Предыдущие пики могут быть связаны с другими особенностями структуры. Так, могут играть роль расстояния между вершинами двух тетраэдров (1,633 ) или конфигурации из двух компланарных треугольников (1,732й) с общим основанием [58, 61]. В действительности эти несущественные черты радиальной функции распределения для идеализированной модели твердых шаров сгладятся за счет тепловых флуктуаций и более гладкого характера межатомных сил. [c.98]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...