Возгонка. Часть 1
Возгонка или испарение кристалла есть полное расчленение его решетки на составные элементы за счет энергии теплового движения. Известно, что ковалентные и металлические кристаллы
дают обычно одноатомные пары. Ионные кристаллы образуют в парах молекулы ионного типа, а молекулярные решетки испаряются в виде молекул.
Механизм процесса испарения кристаллического тела сводится к тому, что некоторые атомы поверхностного слоя отрываются от своих соседей и уносятся в окружающее пространство. Возможность и даже неизбежность подобного отрыва вытекает из общих принципов статической механики, в частности из максвелловского
закона распределения скоростей, справедливого для твердых тел при высоких температурах [211]. Если слагающая скорость какого-либо поверхностного атома в направлении, перпендикулярном поверхности кристаллического вещества, направлена наружу и достаточно велика, то силы притяжения этого атома другими атомами вещества не в состоянии удержать его на поверхности, и он улетает в окружающее пространство.
Вероятность такого отрыва атома и его удаления в газовую фазу является функцией частоты и амплитуды его колебаний и в связи с этим, естественно, зависит от температуры тела. Упругость паров тела резко возрастает с повышением его температуры (рис. 38). Однако в той или иной мере испарение (возгонка) кристаллов происходит при любых температурных условиях.
При любой данной температуре разные атомы кристалла, находящиеся на его поверхности, отрываются от него неодновременно1. Причины этого становятся очевидными при рассмотрении процесса испарения идеального кристалла на его элементарной модели. Воспользуемся для этого моделью кристалла (рис. 39), имеющего простую кубическую решетку (атомы на рисунке изображены в виде кубиков).
Энергия (прочность) связи разных атомов кристаллов зависит, как известно, от их положения.
Если учитывать взаимодействие каждого атома только с его ближайшими соседями и обозначить энергию взаимодействия с каждым из них через 11, то при координационном числе, равном 6, энергия связи атома, находящегося внутри кристалла, составляет, очевидно, Ш. Энергия атома XXX (рис. 39), находящегося на грани, равна 5(7, атома X X на ребре — \и, атома X на ребре, потерявшем часть атомов, так же как и атома + , расположенного в вершине куба, — 2>U, последнего атома С, оставшегося после испарения ряда, —2U и, наконец, одиночного атома, находящегося на грани (на рис. 39 не показанного), — U. В процессе испарения (возгонки) кубического кристалла прежде всего срываются с мест расположенные в вершинах кубов атомы + , слабее других связанные с кристаллом. Затем в газовую фазу переходят обладающие той же энергией связи 3U атомы X ряда, затронутого испарением. После испарения всех атомов ряда наступает «пауза», продолжающаяся до момента отрыва от кристалла крайнего атома следующего ряда и т. д.
Процесс испарения реального кристалла, очевидно, отличается от описанного за счет искажений его структуры.
Другие части: