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, механохимией. радиационной химией, 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.
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 стехиометрии. 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 кристаллохимии (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 кристаллов от реальной, дефектной структуры (см. Дефекты). Основой физической химиикристаллов 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 твердого тела (кристаллическое или аморфное), тип кристаллической модификации, наличие и характер фазовых переходов.
Реакции твердых тел носят топохимический характер (см. Топонимические реакции)и зачастую определяются скоростью диффузии в твердых телах. Диффузия здесь отличается от диффузии в газах и жидкостях, она может протекать на внешней поверхности, по границам кристаллитов, в объеме твердого тела и характеризуется высокими значениями кажущейся энергии активации.
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 давлений и сверхглубокого вакуума, 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 выращивания монокристаллов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание)из расплава. из перегретых водных растворов (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар - 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 кристаллов и стекол того же состава. Разрабатываются методы получения (нанотехнология) наноматериалов, а также гетероструктур с размерами составляющих их элементов (слоев) от 1 до 10 нм.
Лит.: Препаративные методы в химии твердого тела, под ред. П. Хагенмюллера, пер. с англ., М., 1976; Болдырев В. В., Ляхов Н. Э., Чупахин А. П., Химия твердого тела, М., 1982; Чеботин В..Н., Физическая химия твердого тела, М., 1982; Браун М., Доллимор Д., Галвей А., Реакции твердых тел, пер. с англ., М., 1983; Гилевич М.П., Покровский И.И., Химия твердого тела, Минск, 1985; Третьяков Ю. Д., Лепи С.X., Химия и технология твердофазных материалов, М., 1985; Вест А., Химия твердого тела. Теория и приложения, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1988; Ра о Ч. Р., Новые направления в химии твердого тела, пер. с англ., Новосиб., 1990.
