Как взаимодействуют атомы S и Sb

На этой странице представлены результаты термодинамического расчёта взаимодействия 10 моль атомов S и 10 моль атомов Sb в газовой фазе, с учётом следующих допущений:

  • Приведён равновесный состав системы в указанном интервале температур при давлении 1 атм.
  • Каждое вещество рассматривается как индивидуальная фаза.
  • Фаза каждого конкретного газа-продукта не образует газовых растворов с другими фазами.
10 S + 10 Sb298–1729 K3.33 Sb + 3.33 Sb2S3_black

10 S + 10 Sb1729–1960 K10 Sb + 5 S2 (gas)

10 S + 10 Sb1960–2589 K5 S2 (gas) + 5 Sb2 (gas)

10 S + 10 Sb2589–3000 K5 S2 (gas) + 10 Sb (gas)

Расчёт произведён с помощью химического калькулятора равновесного фазового состава.

Описание взаимодействий Sb и S*

Термодинамическое равновесие системы сурьма-сера характеризуется выраженной зависимостью фазового состава от температуры, что обусловлено конкуренцией между энтальпийным фактором и энтропией. В низкотемпературной области до 1729 К преобладает высокое химическое сродство элементов, приводящее к образованию устойчивого сульфида Sb2S3. Стабильность этого соединения определяет его доминирование в равновесии при умеренных температурах, когда энергия связи в кристаллической решетке сульфида перевешивает выигрыш в энтропии от образования газообразных продуктов.

Однако при превышении порога в 1729 К происходит термическая диссоциация соединения, что приводит к высвобождению элементарной сурьмы и переходу серы в форму газообразного S2. Дальнейший рост температуры до 3000 К способствует постепенному переходу системы в полностью газообразное состояние. Сначала наблюдается появление димеров Sb2, а затем, при максимальных значениях температуры, происходит полный распад молекулярных структур до атомарного состояния сурьмы и серы. Такой характер поведения типичен для систем с высокой энергией связи в твердых фазах, которые разрушаются под воздействием растущего вклада энтропии газовой фазы.

Подобные расчеты имеют большое практическое значение при проектировании процессов химического осаждения из газовой фазы (CVD) или синтезе халькогенидных стекол и полупроводников. Понимание температурных интервалов стабильности Sb2S3 позволяет точно контролировать парциальные давления компонентов для получения фазово-чистых материалов и предотвращения нежелательного испарения летучих компонентов из синтезируемого образца.



* Из-за большого количества расчетных данных, анализ расчетов осуществлялся нейросетью. В выводах могут присутствовать ошибки. Если вы обнаружили спорные моменты, напишите нам.