Обобщенная шкала относительной химической устойчивости терригенных минералов (Бергер, 1986) в сопоставлении с параметрами энергоплотности
| Оценка степени химической устойчивости | Группа | Средняя величина Ev, кДж/см3 для минералов группы (Зуев, 1995) | Эталонные минералы группы |
| Весьма низкая | I | Оливин (промежуточного состава между форстеритом и фаялитом) | |
| Низкая | II | Гиперстен, роговая обманка, биотит | |
| Средняя | III | Эпидот, сфен, ильменит | |
| Высокая | IV | Андалузит, кианит, ставролит, ксенотим, касситерит | |
| Весьма высокая | V | Монацит, турмалин, циркон, рутил |
Установленные в данном разделе зависимости имеют также несомненный практический выход. В самом деле, пользуясь выведенными зависимостями, можно прогнозировать, хотя бы ориентировочно, физические свойства вещества, экспериментальная оценка которых по ряду причин затруднена или невозможна.
Основной задачей данного раздела было аргументировано показать плодотворность концепции энергоплотности веществ при объяснении их физико-химических свойств, что представляется, вообще говоря, принципиально новым научным подходом в материаловедении.
Приведенные в этом разделе материалы убедительно, на наш взгляд, доказывают, что энергоплотность веществ является новой эффективной энергетической характеристикой, позволяющей объяснять и количественно характеризовать их разнообразные свойства. Любопытно, что при этом получаются простые математические зависимости. Это дает основание для вывода о том, что разные физико-химические свойства твердых тел в действительности определяются единой природой - энергией взаимодействия составляющих вещество атомов, а энергоплотность вещества есть адекватная форма выражения этой энергии.
[1] Строго говоря, с термодинамической точки зрения энергия атомизации (или энергия сцепления атомов) кристалла является отрицательной величиной. Однако традиционно в целях упрощения знак «-» перед величиной Еα обычно опускают.
[2] Формула была выведена по 60 объектам. Для расширенного массива данных (с включением порядка 150 кристаллов) рекомендуется альтернативная формула ТплК = 146Ev0.6
2.5. Сравнительная характеристика и рекомендации по использованию 4-х энергетических подходов к оценке свойств кристаллов
Частично этот вопрос был рассмотрен в конце предыдущего раздела 2.4 при анализе данных таблицы 2.8 и 2.9, где продемонстрировано применение всех 4-х подходов к оценке некоторых свойств кристаллов MgO и C3N4. Однако представляется целесообразным дать более подробную оценку применимости этих подходов при количественном описании тех или иных физических свойств кристаллов. За основу такой оценки естественно взять величины достоверности аппроксимаций R2 для установленных зависимостей «свойство/энергетический параметр». Соответствующие данные по 20 свойствам кристаллов отражены на гистограммах (рис. 2.65 и 2.66), по которым составлена таблица 2.11. Она дает возможность целенаправленного выбора тех энергетических параметров, которые обеспечивают наиболее достоверные (в рамках разработанных энергетических подходов) зависимости по оценке того или иного свойства кристалла. Соответствующие формулы можно найти в разделах 2.1-2.4.
Таблица 2.11
Энергетические параметры, рекомендуемые для оценки физических свойств кристаллов по выведенным формулам (в порядке понижения величин достоверностиR2 соответствующих зависимостей)
| Физические свойства | Основные (главные) энергетические параметры | Дополнительные (второстепенные) энергетические параметры |
| Тпл., К | Ev, кДж/см3; Uv, кДж/см3 | Wv, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| НМ | Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3; Uv, кДж/см3 | ω, см3/г-ат |
| HV, кгс/мм2 | Wv, МДж/см3; Uv, кДж/см3 | Ev, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| v, км/с | Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3 | ω, см3/г-ат; Uv, кДж/см3 |
| Eshkl, Дж/м2 | Uv, кДж/см3; Wv, МДж/см3 | Ev, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| αl, 10-6×K-1 | w, см3/г-ат | Uv, кДж/см3; Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3 |
| αv, 10-6×K-1 | Wv, МДж/см3; Uv, кДж/см3 | Ev, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| β, 10-12×Па-1 | Wv, МДж/см3; Uv, кДж/см3 | Ev, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| E, ГПа | Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3 | Uv, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| G, ГПа | Wv, МДж/см3; Uv, кДж/см3; Ev, кДж/см3 | ω, см3/г-ат |
| К, ГПа | Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3; Uv, кДж/см3 | ω, см3/г-ат |
| n | Uv, кДж/см3; Ev, кДж/см3 | Wv, МДж/см3; ω, см3/г-ат |
| λ, Вт/(м×К) | Ev, кДж/см3; Wv, МДж/см3 | Uv, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| ρmin, e-/Å3 | Uv, кДж/см3; Ev, кДж/см3; Wv, МДж/см3 | ω, см3/г-ат |
| K1c, МПаxм0.5 | Wv, МДж/см3 | Ev, кДж/см3; Uv, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| γ, Дж/м2 | Uv, кДж/см3; Ev, кДж/см3; Wv, МДж/см3; w, см3/г-ат | - |
| φ, эВ | Uv, кДж/см3 | ω, см3/г-ат; Ev, кДж/см3; Wv, МДж/см3 |
| ЭОкрист | Uv, кДж/см3 | Wv, МДж/см3; Ev, кДж/см3; ω, см3/г-ат |
| nm, ТГц | Em, кДж/г; Wm, МДж/г | Um, кДж/г; ω, см3/г-ат |
| Ср, Дж/(г-ат)К | Wm, МДж/г; Em, кДж/г; Um, кДж/г | ω, см3/г-ат |
В качестве обобщающих по материалам 2 главы отметим следующие выводы:
1. В этом разделе книги представлены принципиально новые разработки по энергетической интерпретации обширного комплекса физико-химических свойств минералов (и неорганических кристаллов вообще) самых разнообразных химических классов и структурных типов.
2. На весьма обширном материале, включающем данные по многим сотням кристаллов, выявлены зависимости их свойств от следующих кристаллохимических и энергетических параметров: структурной рыхлости решеток кристаллов, энергии кристаллической ионной решетки, энергии сцепления образующих кристаллы атомных остовов и связующих электронов и энергии сцепления атомов в кристаллах (энергии атомизации).
3. Для получения зависимостей свойств кристаллических веществ от указанных энергетических параметров последние трансформированы из мольных величин в соответствующие удельные объемные и массовые величины, при использовании которых удалось вывести формулы оценки порядка 20 важных физико-химических свойств кристаллов, включая прочностные, термические, упругие, поверхностные, эмиссионные и др.
4. Наличие нескольких взаимно контролирующих энергетических подходов к оценке свойств кристаллов позволяет давать надежные прогнозные оценки этих свойств как для известных, так и для мало изученных и вновь создаваемых синтетических материалов.
5. Несомненную ценность представляет возможность (в рамках предлагаемых подходов) уточнения того или иного физического свойства кристалла при отсутствии соответствующих экспериментальных данных или их противоречивости согласно разным источникам.