Структура или атомное строение тел. Различные состояния вещества.

Пять основных состояния вещества: плазменное, газообразное, жидкое, твердое и конденсат. Конденсат - новое состояние вещества при сверхнизких температурах - меньше 0.1 К (!!!). Покажем, как структура (расположение атомов в пространстве) химического соединения кардинальным образом меняет свойства материала. Рассмотрим простой одноатомный материал - углерод. Сажа - аморфный углерод в виде порошка, электрический изолятор. Графит - мягкий кристаллический материал. Графит очень хороший проводник электричества Алмаз - самый твердый кристаллический материал. Фуллерены - новый тип углерода. графитовые нанотрубки - новый тип углерода.

Новые подходы к синтезу новых материалов

• Организация химических процессов в производстве материалов

  • Катализаторы

  • Криохимия (синтез материалов при низких температурах жидкого азота)

  • Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) тугоплавких материалов (основан на реакции горения одного металла в другом, или металла в азоте, углероде, кремнии).

  • Наноматериалы- размер 10-100 нм (1 нм=10^-9м)

  • Аморфные металлы - металлическое стекло с особыми физическими свойствами.

• Сверхпроводники

  • В последние 10 лет были синтезированы новые керамические материалы, у которых сверхпроводимость наблюдается при достаточно высоких температурах: в La_2-xBa_xCuO₄ - при 40К, в YBa₂Cu₃O₇ - при 90К, в Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀ - при 125К.

• Твердые электролиты

  • Проводники 1 и 2 рода: электронные проводники и растворы электролитов соответственно.

  • Кристаллические соединения с особой структурой. К этим соединениям относятся AgI, Ag₄RbI₅, Li₃N, Li₃Fe₂(PO₄)₃, Na-b-Al₂O₃.

Новая эволюционная химия - подражание живой природе. Например, по принципу ферментов будут созданы катализаторы, намного эффективнее имеющихся, или построены преобразователи (с большим КПД) солнечного света в химическую и электрическую энергию, как это делают живые организмы. Как смоделировать материал и выяснить, какими свойствами обладает данный материал?

Метод молекулярной динамики Позволяет смоделировать поведение систем из нескольких тысяч атомов. В качестве приера покзано движение ионов серебра бромистом серебре

что такое самоорганизация? Или Почему из хаоса возникают сложные, упорядоченные системы. Образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы, называется самоорганизацией. Самоорганизация - фундаментальное понятие, указывающее на развитие в направлении от менее сложных объектов к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. В каждом конкретном случае самоорганизация проявляется по-разному, это зависит от сложности и природы изучаемой системы.

Разномасштабные самоорганизующиеся системы независимо от того, к какому разделу науки они относятся, имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям. Разработкой теории самоорганизации занимаются несколько научных дисциплин:

1. Термодинамика неравновесных (открытых) систем.

2. Синергетика.

3. Теория катастроф.

Как идет процесс превращения? В каком направлении? Почему тепло переходит от горячего тела к холодному? Почему пирамида Хеопса разрушается, а не восстанавливается? Обратимые и необратимые процессы. В физике вводится понятие энтропии, как меры беспорядка в системе. Произвольно идущие процессы протекают в направлении увеличения энтропии, т.е. беспорядка в системе (точнее говорить о вероятности направления протекания процесса).