题目
7-7Zn2+在ZnS中扩散时,563℃时的扩散系数为3×10-4cm2/s;450℃时的扩散系数为0×10-4cm2/s,求:(1)扩散活化能和几;(2)750℃时的扩散系数;(3)根据你对结构的了解请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义;(4)根据Zn5和ZrO相互类似,预测硫的分压而变化的关系
7-7Zn2+在ZnS中扩散时,563℃时的扩散系数为3×10-4cm2/s;450℃时的扩散系数为
0×10-4cm2/s,求:(1)扩散活化能和几;(2)750℃时的扩散系数;(3)根据你对结构的了解
请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义;(4)根据Zn5和ZrO相互类似,预测硫的分压而
变化的关系
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定扩散系数与温度的关系
扩散系数D与温度T的关系由Arrhenius方程给出：$D=D_0\exp\left(-\frac{Q}{RT}\right)$，其中$D_0$是频率因子，$Q$是扩散活化能，$R$是气体常数，$T$是绝对温度（单位为K）。
步骤 2：计算扩散活化能
给定两个温度下的扩散系数，可以利用Arrhenius方程来计算扩散活化能$Q$。首先将两个温度下的扩散系数代入Arrhenius方程，得到两个方程。然后，将这两个方程相除，消去$D_0$，得到一个只包含$Q$的方程。解这个方程，得到$Q$的值。
步骤 3：计算750℃时的扩散系数
将计算得到的扩散活化能$Q$代入Arrhenius方程，同时代入750℃的温度值，计算出750℃时的扩散系数$D$。
步骤 4：解释活化能的含义
活化能$Q$代表了扩散过程中需要克服的能量障碍。在ZnS晶体中，Zn2+的扩散需要克服晶格中的能量障碍，这包括原子的热运动和缺陷的形成。活化能的大小反映了扩散过程的难易程度。
步骤 5：预测硫的分压变化对扩散系数的影响
ZnS和ZrO的扩散行为类似，因此可以推测硫的分压变化对扩散系数的影响。硫的分压增加可能会导致硫原子的扩散系数增加，因为硫原子的浓度增加，扩散过程中的缺陷形成和迁移更容易发生。
扩散系数D与温度T的关系由Arrhenius方程给出：$D=D_0\exp\left(-\frac{Q}{RT}\right)$，其中$D_0$是频率因子，$Q$是扩散活化能，$R$是气体常数，$T$是绝对温度（单位为K）。
步骤 2：计算扩散活化能
给定两个温度下的扩散系数，可以利用Arrhenius方程来计算扩散活化能$Q$。首先将两个温度下的扩散系数代入Arrhenius方程，得到两个方程。然后，将这两个方程相除，消去$D_0$，得到一个只包含$Q$的方程。解这个方程，得到$Q$的值。
步骤 3：计算750℃时的扩散系数
将计算得到的扩散活化能$Q$代入Arrhenius方程，同时代入750℃的温度值，计算出750℃时的扩散系数$D$。
步骤 4：解释活化能的含义
活化能$Q$代表了扩散过程中需要克服的能量障碍。在ZnS晶体中，Zn2+的扩散需要克服晶格中的能量障碍，这包括原子的热运动和缺陷的形成。活化能的大小反映了扩散过程的难易程度。
步骤 5：预测硫的分压变化对扩散系数的影响
ZnS和ZrO的扩散行为类似，因此可以推测硫的分压变化对扩散系数的影响。硫的分压增加可能会导致硫原子的扩散系数增加，因为硫原子的浓度增加，扩散过程中的缺陷形成和迁移更容易发生。