Почему оксиды образуют аморфные пленки вместо кристаллических?

Если я окисляю металл при комнатной температуре, скажем, алюминий, почему он образует аморфное вещество вместо кристаллического? А л 2 О 3 ?

Будет ли химия лучшим домом для этого вопроса?
Обычно это не так. Например, ржавчина кристаллическая, а не аморфная. Я думаю, что более точно вопрос можно было бы сформулировать так: «Почему алюминий и кремний (и, возможно, другие элементы, о которых я сейчас не могу думать) образуют аморфные оксидные слои?»
@JohnRennie У вас есть источник информации о кристалличности ржавчины?
@Puk в рамках студенческого проекта я соскоблил ржавчину с железа и поместил его в рентгеновский дифрактометр для измерения различных химических веществ, присутствующих в нем. Я могу подтвердить из личного опыта, что он кристаллический. Это неудивительно, так как оксиды железа слабо растворимы в воде, и можно ожидать, что это приведет к кристаллизации. Напротив, оксид, образующийся на алюминиевых поверхностях, образует когерентный слой, который очень нерастворим, если вы не повысите или не понизите рН.

Ответы (1)

Это связано с тем, что объем, занимаемый молекулой Al2O3, отличается от объема, занимаемого двумя молекулами Al. Это объемное несоответствие означает, что вы не можете сохранить кристаллическую решетку алюминия на границе раздела, где заканчивается алюминий и начинается алюминий203. Таким образом, вы получите мешанину Al2O3, растущую на этом интерфейсе.

Здесь вы должны знать, что оксидная пленка на алюминии увеличивается в толщину, когда кислород диффундирует вниз через оксид, чтобы достичь алюминия под ним, а алюминий диффундирует вверх через оксид, чтобы достичь кислорода . При диффузии путем случайного подпрыгивания через оксидную структуру диффундирующие атомы алюминия «забывают», какова была кристаллическая ориентация их исходного кристаллита, и вместо этого выскальзывают из этой стеклянной решетки, чтобы найти кислород в случайных точках растущей пленки.

Помните также, что кусок алюминия сам по себе не является монокристаллическим; он состоит из миллиардов наноразмерных «кристаллитов» с их кристаллографическими осями, ориентированными случайным образом, поэтому даже без проблемы несоответствия поверхность алюминия будет образовывать случайно ориентированные тела оксида, которые не будут монокристаллическими «в объеме».

Теперь обратите внимание, что связи алюминия с кислородом ковалентны, что означает, что они обладают направленностью, и поэтому вы не можете без усилий трансформировать углы связи в любую желаемую ориентацию. Это означает, что как только оксид начинает расти аморфно, он не может вернуться к кристаллической структуре и вместо этого становится стекловидным.

Монокристаллический Al2O3 можно вырастить и другими способами, только не выращивая пленку на куске твердого алюминия.