N个原子在空间规则地排列起来形成点阵结构(理想晶体).由于热涨落,原子可以离开原来的点阵位置进入点阵的间隙位置,这种空位—间隙原子称为弗仑克尔(Frenkel)缺陷(见图).
令w代表将原子从原来的位置移到间隙位置所需要的能量,当时,缺陷数n满足,因而缺陷之间的相互影响可以忽略.原子可以进入的间隙位置数N'和N有相同的数量级.试证明在温度T满足的平衡态下,缺陷的平均数n满足下列关系:
或
提示:先利用玻尔兹曼关系S(n)=klnW(n)求出有n个缺陷时的熵,其中W(n)代表从N个点阵位置移下n个原子并把它们分配到N'个间隙位置中的n个位置上的不同方式数.
有n个缺陷时的自由能为F(n)=E(n)-TS(n)=nw-TS(n),再由自由能极小的条件,即
导出使F取极小的缺陷数n,它代表一定温度T的平衡态的平均缺陷数.
本题是综合应用热力学与统计物理学的一个例子.
类质同像是晶体结构中某种质点(原子、离子或分子)为其他类似质点所带代替,结构不变但晶格常数发生不大变化的现象。()
二氧化硅的熔沸点较高的原因是( )。
(A) 二氧化硅中,硅氧原子个数之比为1:2
(B) 二氧化硅晶体是立体网状的原子晶体
(C) 二氧化硅中,Si-O键的键能大
(D) 二氧化硅晶体中原子以共价键相结合