Николай Аблесимов Грандмастер

Возможно ли современное информационное поле без кристаллохимии?

Невозможно. Борцы против химии, будьте последовательны — выбросьте свои телевизоры, компьютеры и мобильники! Ибо сверхчистый кремний для микросхем является продуктом кристаллохимии.

photobank.kiev.ua, Shutterstock.com

Кристаллохимия изучает законы расположения атомов и типы симметрии в кристаллических телах, а также дефекты в их структуре. Кристаллохимия тесно связана с кристаллографией.

Центральное понятие кристаллохимии — кристаллическая структура (расположение атомов, ионов, молекул в кристалле). Определено свыше 150000 кристаллических структур (~70000 неорганических, более 80000 органических), от простых веществ до белков и вирусов.

Источником данных о структурах служат дифракционные методы исследования: рентгеноструктурный анализ, электронография, нейтронография, мессбауэрография. Причины образования той или иной кристаллической структуры определяются общим принципом термодинамики: наиболее устойчива структура, которая при данном давлении и температуре имеет минимальную свободную энергию.

По типу химической связи кристаллы делятся на четыре основные группы — ионные кристаллы (например, NaCl), ковалентные (например, алмаз, кремний), металлические (металлы и интерметаллические соединения) и молекулярные кристаллы (молекулами связаны ван-дер-ваальсовыми силами, например, нафталин).

Во многих кристаллах связь имеет промежуточный характер. Например, в кристаллах силикатов она ионно-ковалентная, у полупроводников связь в основном ковалентная, но с примесью ионной и металлической. Особые кристаллохимические закономерности выявляются в структуре полимерных кристаллов (цепочечные структуры), жидких кристаллов, биологических кристаллов. В некоторых кристаллах (например, лед, органические кристаллы) существует водородная связь. Сейчас известно 9 структурных модификаций льда, у них различные кристаллические решетки, различные плотности и температуры плавления.

Определенные Е. С. Федоровым (1890) 230 пространственных групп симметрии кристаллов являются естественным законом природы, не имеющим математического выражения (наряду с Периодической системой Д. И. Менделеева). В 1926−27 годах были созданы системы кристаллохимических ионных и атомных радиусов (В. Гольдшмидт, Л. Полинг).

Полупроводники — продукт кристаллохимии. У. Шокли предложил методы создания диффузионного базового транзистора. Вместе с Дж. Хейнсом он смог непосредственно измерить подвижность и время жизни носителей заряда в германии (опыт Хейнса-Шокли, 1949), с Г. Сулом установил влияние магнитного поля на концентрацию носителей. Шокли построил теорию p-n-перехода, получил уравнение для плотности полного тока в нем (уравнение Шокли, 1949) и на основе этого предложил p-n-p-транзистор. В 1951 он предсказал явление насыщения в полупроводниках и разработал метод определения эффективной массы носителей заряда. В 1956 «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта» У. Шокли совместно с Д. Бардином и У. Браттейном был удостоен Нобелевской премии по физике.

Выращивание кристаллов сверхчистого кремния — тоже задача кристаллохимиков. Потребление поликристаллического кремния электронной промышленностью составляет несколько тысяч тонн в год.

Работает Институт кристаллографии РАН (Москва). Есть журнал «Кристаллография». Можно почитать: Урусов В. С., Теоретическая кристаллохимия (М.: 1987).

Обновлено 17.05.2012
Статья размещена на сайте 15.05.2012

Комментарии (4):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • интересно

    Оценка статьи: 5

  • Статья - образец популярной подачи сложных химических явлений. Хорошо освежает общие представления, понятия. Сейчас много разговоров о сверхпрочных углеродоволокнистых материалах. Безразмерная сеть интернета выдала сообщение о появлении подозрительных трещин на обшивке крыльев Аэробусов (в Австралии) и больших затратах на ремонт крылышек.
    Не могли бы Вы кратенько прокомментировать этот казус?

    Оценка статьи: 5

    • Николай Аблесимов Николай Аблесимов Грандмастер 18 мая 2012 в 17:13 отредактирован 18 мая 2012 в 17:14

      Сергей Дмитриев, о базальтовых волокнах я уже писал - об углеродных можно попытаться, но это довольно частный вопрос материаловедения. Круг их использования узок из-за дороговизны.
      В самолетах не разбираюсь.

      • Николай Аблесимов, и не надо. Для технологов неважно,что изготовлять: пионерский горн или сопло ракеты. Так и для химика важен материал, а где его применят - не его проблемы.

        Оценка статьи: 5