Химия твёрдого тела (химия твердого состояния), раздел физической химии, изучающий строение, свойства и методы получения твердых веществ. Химия твердого тела связана с физикой твердого тела, кристаллографией, минералогией, физико-химической механикой, . , является основой технологии неорганических, полимерных и композиционных материалов.

Основные задачи химии твердого тела: установление взаимосвязи структуры твердых тел с их свойствами, обоснование путей создания материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами, разработка теории строения и реакционной способности твердых тел.

В химии твердого тела используется особый набор методов исследования (дифракционные методы , электронная микроскопия и др.).

Накопление фактов в областях, ныне относимых к химии твердого тела, шло в течение нескольких столетий, однако как самостоятельная наука она сформировалась в середине 20 в. главным образом в связи с развитием электроники и технологии неорг. материалов.

Особенности строения твердых веществ проявляются прежде всего в наличии у них ближнего (аморфные вещества и стекла) и дальнего (кристаллы) порядка, а также в способности многих твердых веществ отклоняться от законов . Еще в нач. 19 в. эта способность вызвала научную дискуссию между К. Бертолле, отстаивавшем возможность непрерывного изменения состава твердого вещества, и Ж. Прустом, который придерживался победившей тогда точки зрения о постоянстве состава. После введения в кон. 19 в. Понятия твердого раствора (Я. Вант-Гофф, 1890) и разработки основ физико-химического анализа (Г. Тамман, нач. 20 в.; Н. С. Курнаков, 1913) проблема противопоставления веществ постоянного состава (дальтонидов) и веществ переменного состава (бертоллидов) возникла вновь, причем бертоллиды рассматривались как твердые растворы неустойчивых в твердом состоянии веществ.

Основы химии твердого тела, как считается, заложил А. Муассан, который в 1892 ввел в лабораторную практику электродуговые печи и положил начало исследованиям свойств твердых тел при высоких температурах.

Открытие дифракции рентгеновских лучей (М. Лауэ, 1912) и развитие (В. Гольдшмидт, Л. Полинг, А. В. Шубников, Н. В. Белов, А. И. Китайгородский) позволили глубже понять структуру твердых веществ и не только обосновать существование обширного класса нестехиометрических веществ, но и ввести понятие нестехиометрии.

Еще одна важнейшая особенность строения твердых веществ - отличие идеальной структуры от реальной, дефектной структуры (см. Дефекты). Основой физической с дефектами послужили работы Я. И. Френкеля (1926), В. Шоттки и К. Вагнера (1930). Вагнер в работах 1930-40-х гг. установил зависимость реакционной способности твердых тел от характера дефектов.

На свойства и поведение твердых тел влияют также состояние (кристаллическое или аморфное), тип кристаллической модификации, наличие и характер .

Реакции твердых тел носят топохимический характер (см. Топонимические реакции )и зачастую определяются скоростью диффузии в твердых телах. Диффузия здесь отличается от в и , она может протекать на внешней поверхности, по границам кристаллитов, в объеме твердого тела и характеризуется высокими значениями кажущейся .

Одна из важнейших концепций в кинетике твердофазных реакций (введена С. Хиншелвудом в 1925) состоит в протекании процессов в результате последовательного образования и роста на поверхности или в объеме исходной фазы зародышей новой твердой фазы.

В химия твёрдого тела используется очень широкий набор методов синтеза - с применением низких и сверхвысоких температур, рекордно высоких и сверхглубокого , сильнейших центробежных полей, разнообразных физ. методов активирования процессов, при полном отсутствии гравитации. См., например, Реакции в твердых телах , Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

Важными этапами в развитии химии твердого тела явилось создание современных методов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание)из . из перегретых водных растворов (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму - жидкость -кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления свойствами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрич. полей. Значительное место в химии твёрдого тела занимает получение и исследование свойств пленок и покрытий.

Новую область в химии твердого тела открыло создание методов получения аморфных твердых материалов путем химического осаждения из газовой фазы с плазменной активацией. Таким путем получены необычные «сплавы» полупроводниковых элементов с водородом, фтором, азотом и другими легкими элементами, тройные и более сложные композиции, многие из которых обладают уникальными свойствами и имеют широкие перспективы практического применения. Основой микроэлектроники является планарная технология , разработанная в США в 1959.

Среди новейших направлений развития химии твердого тела - синтез и изучение высокотемпературных сверхпроводников, открытых К. Мюллером и Дж. Беднорцем (1986), создание и исследование свойств "наноструктурированных" материалов, которые состоят из частиц размером 1-15 нм или пленок толщиной 1-15 нм. Относительно большая доля пограничных (приповерхностных) слоев определяет значительные (иногда на неск. порядков) отличия свойств наноструктурированных материалов от свойств и стекол того же состава. Разрабатываются методы получения (нанотехнология) наноматериалов, а также гетероструктур с размерами составляющих их элементов (слоев) от 1 до 10 нм.

Особенности физических и физико-химических свойств твердых веществ см. в ст. Аморфное состояние , Кристаллы, Стеклообразное состояние, Твердое тело , в статьях об отдельных видах материалов: Диэлектрики, Магнитные материалы , Полупроводники , Сверхпроводники и др.; особенности реакций твердых веществ - в ст.

Весь окружающий нас многообразный мир, все существующее - это материя. Классическое определение материи дано В. И. Лениным: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них». Материя находится в непрерывном движении, она неразрывно связана с движением. «Движение есть способ существования материи. Нигде и никогда не бывало и не может быть материи без движения». Формы движения материи очень разнообразны, они взяттно связаны и могут переходить из одной в другую. Например, механическая форма движения может переходить в электрическую, электрическая - в тепловую и т. п.

Различные формы движения материи изучаются разными естественными науками: физикой, химией, биологией и др.

При любых превращениях материи соблюдается закон сохранения: материя не возникает из ничего и не уничтожается. Мерой движения материи, количественной его характеристикой является энергия.

Материя конкретно проявляется в двух формах - вещества и поля. Вещество представляет собой форму материи, состоящую из частиц, имеющих собственную массу (массу покоя), например молекул, атомов, электронов, атомных ядер. Поле - это такая форма существования материи, которая прежде всего характеризуется энергией. Посредством поля осуществляется связь и взаимодействие между частицами вещества. В качестве примера можно привести электромагнитное и гравитационное поля.

Определение химии.

Химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимают качественное изменение веществ, превращение одних веществ в другие. При химических процессах происходит обмен атомами между различными веществами, перераспределение электронов между атомами, разрушение одних соединений и возникновение других. В результате химических процессов возникают новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами.

Таким образом, химия - это наука о веществах и законах их превращений. Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения.

Химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь атом - это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Таким образом, каждому химическому элементу соответствует определенный вид атомов. Атомы данного элемента характеризуются одинаковыми свойствами.

Молекулой называют наименьшую частицу индивидуального вещества, способную к самостоятельному существованию, обладающую его основными химическими свойствами и состоящую из одинаковых или различных атомов. Молекулы могут быть одно-, двух- и многоатомными. Они являются составными частицами вещества. Если молекулы состоят из одинаковых атомов, то вещество называют простым или элементарным, например Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии.

Если молекула вещества состоит из разных атомов, то вещество называют сложным (или химическим соединением), например Любое вещество характеризуется определенным составом (природой и числом атомов в его молекуле), строением (пространственным расположением атомов в молекуле) и определенными физическими и химическими свойствами.

Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, т. е. в. процессах превращения одних веществ в другие. Для понимания этих свойств необходимо знать и состав, и строение вещества. Поэтому химия изучает состав, строение, свойства веществ и их превращения.

Как одна из отраслей естествознания, химия связана с другими естественными науками. Химические реакции играют важную роль в физических, биологических, геологических и других процессах. Связь между различными естественными науками очень тесная, на стыках наук возникают новые науки, например ядерная химия, биохимия, геохимия, космохимия и т. п.

Количество вещества.

Количество вещества - это число структурных элементов (атомов, молекул, ионов и др.) в системе. Единицей измерения количества вещества является моль. Моль - количество вещества системы, которое содержит столько определенных структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12.

При использовании термина «моль» следует указывать частицы, к которым относится этот термин: «моль молекул», «моль атомов», «моль ионов», «моль электронов» или моль других частиц или групп частиц. Например, моль молекул водорода, моль атомов водорода, моль ионов водорода. Так как 0,012 кг углерода-12



ВЕЩЕСТВО

ВЕЩЕСТВО

вид материи, который, в отличие от физич. поля, обладает массой покоя. В конечном счёте В. слагается из элементарных частиц, покоя которых не равна нулю (в основном из электронов, протонов, нейтронов) . В классич. физике В. и физич. ноле абсолютно противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых дискретна, а у второго- непрерывна. Квантовая , которая ввела идею двойств. корпускулярноволновой природы любого микрообъекта, привела к нивелированию этого противопоставления. Выявление тесной взаимосвязи В. и поля привело к углублению представлений о структуре материи. На этой основе были строго отграничены В. и материи, на протяжении мн. веков отождествлявшиеся и философии и науке, причём филос. значение осталось за категорией материи, а В. сохранило научный в физике и химии. В. в земных условиях встречается в четырёх состояниях: газы, жидкости, твёрдые тела, плазма. Высказывается , что В. может существовать также в особом, сверхплотном (напр., в нейтронном) состоянии.

Вавилов С. И., Развитие идеи вещества, Собр. соч. , т. 3, M., 1956 , с. -41-62; Структура и формы материи. [Сб. ст.], М., 1967.

И. С. Алексеев.

Философский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . Гл. редакция: Л. Ф. Ильичёв, П. Н. Федосеев, С. М. Ковалёв, В. Г. Панов . 1983 .

ВЕЩЕСТВО

по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то как со словом « » преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является «материалом», который благодаря получению формы вызывает об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. См. Гешталъткачества.

Философский энциклопедический словарь . 2010 .

ВЕЩЕСТВО́

одна из основных форм материи. К В. относятся макроскопич. тела во всех агрегатных состояниях (газы, жидкости, кристаллы и др.) и образующие их частицы, обладающие собственной массой ("массой покоя"). В известно большое видов частиц В.: "элементарные" частицы (электроны, протоны, нейтроны, мезоны, позитроны и т.д.), ядра атомов, атомы, молекулы, ионы, свободные радикалы, коллоидные частицы, макромолекулы и др. (см. Элементарные частицы материи).

Лит.: Энгельс Ф., Диалектика природы, М., 1955; его же, Анти-Дюринг, М., 1957; Ленин В. И., Материализм и эмпириокритицизм, Соч., 4 изд., т. 14; Вавилов С. И., Развитие идеи вещества, Собр. соч., т. 3, М., 1956; его же, Ленин и современная , там же; его же, Ленин и философские проблемы современной физики, там же; Гольданский В., Лейкин Е., Превращения атомных ядер, М., 1958; Кондратьев В. Н., Строение и химические свойства молекул, М., 1953; "Успехи физических наук", 1952, т. 48, вып. 2 (посвящ. проблеме массы и энергии); Овчинников Н. Ф., Понятия массы и энергии..., М., 1957; Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; Новожилов Ю. В., Элементарные частицы, М., 1959.

Философская Энциклопедия. В 5-х т. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Ф. В. Константинова . 1960-1970 .

Синонимы :