Cтраница 4
Остается, однако, малоисследованной обширная и важная в практическом отношении часть фазовой диаграммы, соответствующая плотностям, промежуточным между твердофазной и газофазной, и высоким давлениям и температурам. В этой области реализуется также плотная разогретая металлическая жидкость, по мере расширения которой происходят снятие вырождения электронной компоненты, рекомбинация, переход металл-диэлектрик и переход в газовую или плазменную фазу. Сведения о свойствах металлов в этой области ограничены, по-суще-ству, крайне малочисленными измерениями и полу эмпирическими оценками. [46]
Остается, однако, малоисследованной обширная и важная в практическом отношении часть фазовой диаграммы, соответствующая плотностям, промежуточным между твердофазной и газофазной, и высоким давлениям и температурам. В этой области реализуется также плотная разогретая металлическая жидкость, по мере расширения которой происходят снятие вырождения электронной компоненты, рекомбинация, переход металл-диэлектрик и переход в газовую или плазменную фазу. Сведения о свойствах металлов в этой области ограничены, по-суще-ству, крайне малочисленными измерениями и полуэмпирическими оценками. [47]
Рассмотрим кристаллизацию при постоянном давлении 02 в 10 - 8 атм. При 1626 С в равновесии с газовой фазой сосуществуют металлическая жидкость и расплавленные окислы. Между 1626 и 1397 С в равновесных условиях в качестве конденсированной фазы присутствуют только жидкие окислы. При 1397 С в равновесии участвуют жидкость, кристаллы вюстита и газовая фаза. В температурном интервале 1397 - 1280 С вюстит находится в равновесии с газом и при 1280 С с газовой фазой сосуществуют вюстит и магнетит. От 1280 до 840 С устойчив магнетит в атмосфере с принятым парциальным давлением кислорода, при 840 С сосуществуют магнетит и гематит и ниже 840 - гематит. [48]
Методы ударного и изоэнтропного сжатия создают высокие давления и температуры в среде повышенной плотности и в силу термодинамических ограничений не позволяют исследовать кривую кипения и околокритические состояния металлов. Для получения плазмы с плотностью меньшей твердотельной, эффективным является метод изоэнтропического расширения металлов ( см. § 3.5), предварительно сжатых во фронте мощных ударных волн. Этому методу доступна чрезвычайно широкая область фазовой диаграммы металлов, от сильносжатой металлической жидкости вплоть до идеального газа, включая область неидеальной вырожденной и больцмановской плазмы и окрестность критической точки. [49]
Объяснение явления политропии, приведенное выше, может быть принято лишь в случае существования кластеров в жидком расплаве. Однако это до сих пор доказано только для неметаллических жидкостей. Имеется достаточное количество косвенных опытов, говорящих в пользу аналогичных явлений и в металлических жидкостях. Все же сегодня все эти опыты еще не позволяют с уверенностью считать молекулярное строение металлов доказанным. Поэтому развитую выше картину следует рассматривать лишь как попытку связать в единую систему имеющуюся в настоящее время совокупность экспериментальных данных. Такая попытка скорее носит характер постановки вопроса. Безусловно, истинный механизм явлений, приводящих к политропии примесей, весьма сложен и, как представляется автору, затрагивает фундаментальные вопросы физики не только твердого, но и жидкого состояния вещества. [50]
В зависимости от степени смачиваемости поверхности нагрева жидким металлом имеет место пузырьковое или пленочное кипение. Имеющиеся опыты крайне ограничены и не могут служить основой для построения обобщенных формул. Можно только полагать, и это видимо подтверждается указанными ограниченными опытными данными, что при кипении металлических жидкостей показатель степени при числе Рг в Фиг. [51]
Значительные успехи достигнуты в теории электронных свойств жидких металлов и совсем недавно сплавов, но в общем понимание свойств жидких металлов и сплавов остается все же в значительной мере качественным. Например, чтобы объяснить термохимические свойства или свойства переноса, все еще требуется, как и для твердого состояния, более детальное понимание межатомных связей в металлах и применение такого понимания в теории изучаемого свойства. Многие из этих проблем частично решены для неметаллов и неэлектролитов, но любопытно то, что даже твердо установленные качественные закономерности не могут быть перенесены из указанных областей в область металлических жидкостей. В настоящей работе предпринята попытка выправить создавшееся положение. В конце обзора указаны некоторые области, где необходимо наиболее интенсивно провести экспериментальные и теоретические работы. [52]
При относительно малых А71 она возрастает из-за увеличения числа зародышей, а при больших уменьшается вследствие уменьшения подвижности частиц. В жидком состоянии вещества, в которых преобладают направленные ковалентные связи, характеризуются малой диффузионной подвижностью и соответственно большими значениями АГ. Поэтому уже при небольших переохлаждениях достигаются состояния, при которых кристаллизация становится невозможной и вещество переходит в стеклообразное состояние. В металлических жидкостях, напротив, атомы весьма подвижны и переохлаждение очень затруднено, а переход в стеклообразное состояние в обычных условиях не наблюдается. [53]
Рассмотрение в ( 4) члена С вз, отвечающего за взаимодействие диффузных и колебательных типов движений, требует микроскопического подхода. В ней-тронодинамических опытах [6] обнаружено наличие в жидких металлах коллективных возбуждений. Нетрудно установить связь свойств симметрии среды металлических жидкостей с возможными типами коллективных возбуждений в них. Действительно, наличие ближнего порядка означает, что колебательные возбуждения ( фононы), с длиной волны порядка межатомных расстояний, могут распространяться лишь в пределах областей ближнего порядка ( ОБП) - это прямое следствие локального характера трансляционной симметрии в жидкости. [54]
При восстановлении руд, содержащих серебро, последнее выделяется вместе с другими металлами в свободном состоянии. В зависимости от прцроды и относительных количеств сопутствующих серебру металлов, существуют и различные способы выделения серебра из общей смеси металлов. Если, например, полученная восстановлением руды смесь расплавленных жидких металлов состоит из свинца, цинка и серебра, то отделение серебра от этой смеси может быть произведено следующим образом. Расплавленные свинец и цинк при охлаждении плохо растворимы друг в друге, вследствие чего металлическая жидкость расслаивается: нижний слой состоит из свинца ( с небольшим количеством цинка), верхний, слой - из цинка ( с небольшим количеством свинца), Серебро значительно лучше растворяется в расплавленном цинке, чем в свинце, вследствие чего почти все количество серебра оказывается в цинковом слое. [55]
Свободные электроны и дырки быстро термализуются, распределяясь в основном вблизи дна зоны проводимости и потолка валентной зоны. Однако в таких полупроводниках, как германий и кремний, дну зоны проводимости и потолку валентной зоны соответствуют различные значения волнового вектора, благодаря чему коэффициент рекомбинации оказывается малым. Таким образом, при низких температурах может установиться высокая концентрация термализованных электронов и дырок. Как уже говорилось, экспериментальные данные убедительно свидетельствуют о том, что электроны и дырки действительно конденсируются, образуя металлическую жидкость высокой плотности. Получается металл, в котором подвижны как электроны, так и дырки, и нам предстоит теперь выяснить, как можно построить теорию такого металлического состояния. [56]
Однако подобные подходы становятся сомнительными в области ионизации и диссоциации давлением, где чрезвычайно важен корректный учет всех видов взаимодействий. Кроме того, пренебрегается возможным образованием кластеров. Подход, развитый в [103-107], лишен этих недостатков. Результаты расчетов в области плазменного фазового перехода показывают, что возможны альтернативные подходы для объяснения чрезвычайно резкого роста проводимости в этой области. Однако рост электропроводности возникает именно в области плазменного фазового перехода, что позволяет принять во внимание еще один механизм проводимости - прыжковую электронную проводимость между каплями металлической жидкости. Очевидно, что такой эффект будет иметь место только в промежутке между областями, где доминируют два других механизма. Более подробно свойства водорода при высоких давлениях и температурах обсуждаются в гл. [57]