Amorphous at mala-kristal na katawan, ang kanilang mga katangian. Mga katawan na mala-kristal Anong mga katawan ang nauuri bilang mala-kristal?

Ang mga solid ay mala-kristal at walang hugis na mga katawan. Crystal ang tawag sa yelo noong unang panahon. At pagkatapos ay sinimulan nilang tawagan ang quartz na isang kristal at itinuturing ang mga mineral na ito bilang petrified ice. Ang mga kristal ay natural at ginagamit sa industriya ng alahas, optika, radio engineering at electronics, bilang mga suporta para sa mga elemento sa ultra-precision na mga instrumento, bilang isang ultra-hard abrasive na materyal.

Ang mga mala-kristal na katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng katigasan at may mahigpit na regular na posisyon sa espasyo ng mga molekula, ion o atomo, na nagreresulta sa pagbuo ng isang three-dimensional na periodic crystal lattice (istraktura). Sa panlabas, ito ay ipinahayag ng isang tiyak na simetrya ng hugis ng isang solidong katawan at ang ilang mga pisikal na katangian nito. Sa kanilang panlabas na anyo, ang mga mala-kristal na katawan ay sumasalamin sa simetrya na likas sa panloob na "pag-iimpake" ng mga particle. Tinutukoy nito ang pagkakapantay-pantay ng mga anggulo sa pagitan ng mga mukha ng lahat ng mga kristal na binubuo ng parehong sangkap.

Sa kanila, ang mga distansya mula sa sentro hanggang sa gitna sa pagitan ng mga kalapit na atomo ay magiging pantay din (kung sila ay matatagpuan sa parehong tuwid na linya, kung gayon ang distansya na ito ay magiging pareho sa buong haba ng linya). Ngunit para sa mga atomo na nakahiga sa isang tuwid na linya na may ibang direksyon, ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga atomo ay magkakaiba. Ipinapaliwanag ng sitwasyong ito ang anisotropy. Ang Anisotropy ay ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga mala-kristal na katawan at mga amorphous.

Mahigit sa 90% ng mga solid ay maaaring mauri bilang mga kristal. Sa likas na katangian, umiiral ang mga ito sa anyo ng mga solong kristal at polycrystal. Ang mga monocrystal ay mga solong kristal, ang mga mukha nito ay kinakatawan ng mga regular na polygon; Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang tuluy-tuloy na kristal na sala-sala at anisotropy ng mga pisikal na katangian.

Ang polycrystals ay mga katawan na binubuo ng maraming maliliit na kristal, "lumaki nang magkasama" na medyo magulo. Ang polycrystals ay mga metal, asukal, bato, buhangin. Sa ganitong mga katawan (halimbawa, isang fragment ng isang metal), ang anisotropy ay karaniwang hindi lumilitaw dahil sa random na pag-aayos ng mga elemento, bagaman ang anisotropy ay katangian ng isang indibidwal na kristal ng katawan na ito.

Iba pang mga katangian ng mga mala-kristal na katawan: mahigpit na tinukoy na temperatura (pagkakaroon ng mga kritikal na punto), lakas, pagkalastiko, electrical conductivity, magnetic conductivity, thermal conductivity.

Amorphous - walang hugis. Ito ay kung paano literal na isinalin ang salitang ito mula sa Griyego. Ang mga amorphous na katawan ay nilikha ng kalikasan. Halimbawa, amber, wax Ang mga tao ay kasangkot sa paglikha ng mga artipisyal na amorphous na katawan - salamin at resins (artipisyal), paraffin, plastik (polymers), rosin, naphthalene, var. wala dahil sa magulong pag-aayos ng mga molecule (atoms, ions) sa istraktura ng katawan. Samakatuwid, para sa anumang amorphous body sila ay isotropic - pareho sa lahat ng direksyon. Para sa mga amorphous na katawan, walang kritikal na punto ng pagkatunaw; unti-unti silang lumalambot kapag pinainit at nagiging malapot na likido. Ang mga amorphous na katawan ay itinalaga ng isang intermediate (transisyonal) na posisyon sa pagitan ng mga likido at mala-kristal na mga katawan: sa mababang temperatura sila ay tumitigas at nagiging nababanat, bilang karagdagan, maaari silang mahati sa walang hugis na mga piraso sa epekto. Sa mataas na temperatura, ang parehong mga elemento ay nagpapakita ng plasticity, nagiging malapot na likido.

Ngayon alam mo na kung ano ang mala-kristal na mga katawan!

Ang mga kristal na katawan ay mga solido kung saan ang mga atomo ay regular na nakaayos, na bumubuo ng isang three-dimensional na periodic spatial arrangement - isang kristal na sala-sala. Ang pagkakasunud-sunod ng mga atom ay maaaring long-range o short-range.

Ang mga amorphous na katawan ay walang mala-kristal na istraktura at, hindi katulad ng mga kristal, hindi nahati upang bumuo ng mga mala-kristal na mukha. Sa pangkalahatan, ang mga ito ay isotropic (hindi nagpapakita ng iba't ibang mga katangian sa iba't ibang direksyon). Wala silang tiyak na punto ng pagkatunaw.

Ang mga kristal ay nailalarawan sa pamamagitan ng spatial periodicity sa pag-aayos ng mga posisyon ng equilibrium ng mga atomo. Sa mga amorphous na katawan, ang mga atom ay nag-vibrate sa paligid ng mga random na matatagpuan na mga punto.

2.Ano ang kristal na sala-sala?

Ang crystal lattice ay isang auxiliary geometric na imahe na ipinakilala upang pag-aralan ang istraktura ng kristal. Ang sala-sala ay katulad ng isang canvas o grid, na nagbibigay ng dahilan upang tawagan ang mga lattice point node. Ang sala-sala ay isang koleksyon ng mga puntos (atom) na nagmumula sa isang hiwalay na random na piniling punto ng isang kristal sa ilalim ng pagkilos ng isang pangkat ng pagsasalin. Ang pag-aayos na ito ay kapansin-pansin sa kamag-anak na iyon sa bawat punto, ang lahat ng iba ay eksaktong pareho. Ang paglalapat ng alinman sa mga likas na pagsasalin nito sa lattice sa kabuuan ay humahantong sa parallel na paglipat at kumbinasyon nito. Para sa kaginhawahan ng pagsusuri, ang mga punto ng sala-sala ay karaniwang pinagsama sa mga sentro ng anumang mga atom na kasama sa kristal, o sa mga sentro ng mga molekula.

3.Ano ang mga crystal lattice node?

Mga punto ng paglalagay ng particle

ay tinatawag na mga node ng kristal na sala-sala.

Depende sa uri ng mga particle na matatagpuan sa

node ng crystal lattice, at ang kalikasan

Mayroong 4 na uri ng koneksyon sa pagitan nila

kristal na sala-sala: ionic, atomic,

molekular, metal.

4. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga single crystal at polycrystals?

Monocrystal - isang hiwalay na homogenous na kristal na may tuluy-tuloy na kristal na sala-sala at nailalarawan sa pamamagitan ng anisotropy ng mga katangian

Ang polycrystal ay isang pinagsama-samang maliliit na kristal ng isang substance, kung minsan ay tinatawag na crystallites o crystal grains dahil sa kanilang hindi regular na hugis.

5.Paano mauuri ang mga kristal?

Mga uri ng kristal

Ito ay kinakailangan upang paghiwalayin ang perpekto at tunay na kristal.

Ang isang perpektong kristal ay, sa katunayan, isang bagay na pangmatematika na may kumpleto, likas na simetrya, idealized na makinis na makinis na mga gilid.

Ang isang tunay na kristal ay palaging naglalaman ng iba't ibang mga depekto sa panloob na istraktura ng sala-sala, mga pagbaluktot at mga iregularidad sa mga mukha at may nabawasan na simetrya ng polyhedron dahil sa mga tiyak na kondisyon ng paglago, heterogeneity ng medium ng pagpapakain, pinsala at mga deformation. Ang isang tunay na kristal ay hindi kinakailangang magkaroon ng mga crystallographic na mukha at isang regular na hugis, ngunit pinapanatili nito ang pangunahing pag-aari nito - ang regular na posisyon ng mga atomo sa kristal na sala-sala.

6. Ano ang ionic bond?

Ionic bond, electrovalent bond, heterovalent bond, isa sa mga uri ng kemikal na bono, na batay sa electrostatic na interaksyon sa pagitan ng magkasalungat na sisingilin na mga ion.

7.Ano ang covalent bond?

Ang covalent bond ay isa sa mga uri ng kemikal na bono sa pagitan ng dalawang atom, na isinasagawa ng isang karaniwang pares ng elektron (isang elektron mula sa bawat atom). K. s. umiiral kapwa sa mga molekula (sa anumang estado ng pagsasama-sama) at sa pagitan ng mga atomo na bumubuo sa kristal na sala-sala.

8. Anong mga uri ng kristal. mga sistema alam mo ba?

Depende sa spatial symmetry, ang lahat ng kristal na sala-sala ay nahahati sa pitong kristal na sistema.

1. triclinic system - ang hindi bababa sa symmetry, walang magkaparehong mga anggulo, walang axes ng parehong haba;

2. monoclinic system - dalawang tamang anggulo, walang axes ng parehong haba;

3. rhombic system - tatlong tamang anggulo (samakatuwid orthogonal), walang axes ng parehong haba;

4. hexagonal system - dalawang axes ng pantay na haba sa isang eroplano sa isang anggulo ng 120 °, ang ikatlong axis sa isang tamang anggulo;

5. tetragonal system - dalawang axes ng parehong haba, tatlong tamang anggulo;

6. trigonal system - tatlong axes ng pantay na haba at tatlong pantay na anggulo na hindi katumbas ng 90°;

7. cubic system - ang pinakamataas na antas ng simetrya, tatlong axes ng pantay na haba sa tamang mga anggulo.

Mga mala-kristal na katawan at ang kanilang mga katangian

Sa mga solido, ang mga particle (mga molekula, atomo at ion) ay matatagpuan na napakalapit sa isa't isa na ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay hindi nagpapahintulot sa kanila na lumipad nang hiwalay.

Ang mga particle na ito ay maaari lamang magsagawa ng mga oscillatory na paggalaw sa paligid ng posisyon ng equilibrium. Samakatuwid, ang mga solid ay nagpapanatili ng kanilang hugis at dami.

Batay sa kanilang molekular na istraktura, ang mga solid ay nahahati sa mala-kristal At walang hugis.

Istraktura ng mga mala-kristal na katawan

Crystal cell

Ang crystalline ay yaong mga solido, molekula, atomo o ion kung saan ang mga ito ay nakaayos sa isang mahigpit na tinukoy na geometric na pagkakasunud-sunod, na bumubuo ng isang istraktura sa espasyo na tinatawag na kristal na sala-sala .

Ang order na ito ay pana-panahong inuulit sa lahat ng direksyon sa tatlong-dimensional na espasyo. Ito ay nagpapatuloy sa mahabang distansya at hindi limitado sa espasyo. Siya ay tinatawag sa mahabang paraan .

Mga uri ng kristal na sala-sala

Ang crystal lattice ay isang mathematical model na maaaring gamitin upang kumatawan kung paano nakaayos ang mga particle sa isang kristal. Sa mental na pagkonekta sa mga punto sa espasyo kung saan matatagpuan ang mga particle na ito na may mga tuwid na linya, nakakakuha tayo ng isang kristal na sala-sala.

Ang distansya sa pagitan ng mga atomo na matatagpuan sa mga site ng sala-sala na ito ay tinatawag parameter ng sala-sala .

Depende sa kung aling mga particle ang matatagpuan sa mga node, ang mga kristal na sala-sala ay molekular, atomic, ionic at metal.

Ang mga katangian ng mga mala-kristal na katawan tulad ng punto ng pagkatunaw, pagkalastiko, at lakas ay nakasalalay sa uri ng kristal na sala-sala.

Kapag ang temperatura ay tumaas sa isang halaga kung saan nagsisimula ang pagkatunaw ng isang solid, ang kristal na sala-sala ay nawasak.

Ang mga molekula ay nakakakuha ng higit na kalayaan, at ang solidong mala-kristal na substansiya ay pumasa sa likidong yugto. Kung mas malakas ang mga bono sa pagitan ng mga molekula, mas mataas ang punto ng pagkatunaw.

Molecular lattice

Sa mga molecular lattice, ang mga bono sa pagitan ng mga molekula ay hindi malakas. Samakatuwid, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga naturang sangkap ay nasa isang likido o gas na estado.

Ang solid state ay posible para sa kanila lamang sa mababang temperatura. Mababa rin ang kanilang melting point (transition from solid to liquid). At sa ilalim ng normal na mga kondisyon sila ay nasa isang gas na estado.

Ang mga halimbawa ay yodo (I2), "dry ice" (carbon dioxide CO2).

Atomic na sala-sala

Sa mga sangkap na may atomic crystal lattice, ang mga bono sa pagitan ng mga atom ay malakas.

Samakatuwid, ang mga sangkap mismo ay napakahirap. Natutunaw sila sa mataas na temperatura. Silicon, germanium, boron, quartz, oxides ng ilang metal, at ang pinakamatigas na substance sa kalikasan—diamond—ay may crystalline na atomic lattice.

Ionic na sala-sala

Ang mga sangkap na may ionic crystal na sala-sala ay kinabibilangan ng alkalis, karamihan sa mga asing-gamot, at mga oxide ng karaniwang mga metal.

Dahil ang kaakit-akit na puwersa ng mga ion ay napakalakas, ang mga sangkap na ito ay maaari lamang matunaw sa napakataas na temperatura. Tinatawag silang refractory. Mayroon silang mataas na lakas at tigas.

Metal grill

Sa mga node ng metal na sala-sala, na mayroon ang lahat ng mga metal at ang kanilang mga haluang metal, parehong matatagpuan ang mga atomo at ion.

Salamat sa istrakturang ito, ang mga metal ay may mahusay na pagka-malleability at ductility, mataas na thermal at electrical conductivity.

Kadalasan, ang kristal na hugis ay isang regular na polyhedron.

Ang mga mukha at gilid ng naturang polyhedra ay palaging nananatiling pare-pareho para sa isang partikular na sangkap.

Ang isang solong kristal ay tinatawag nag-iisang kristal . Mayroon itong regular na geometric na hugis, isang tuluy-tuloy na kristal na sala-sala.

Ang mga halimbawa ng natural na solong kristal ay brilyante, ruby, rock crystal, rock salt, Iceland spar, quartz. Sa ilalim ng mga artipisyal na kondisyon, ang mga solong kristal ay nakuha sa pamamagitan ng proseso ng pagkikristal, kapag, sa pamamagitan ng paglamig ng mga solusyon o natutunaw sa isang tiyak na temperatura, ang isang solidong sangkap sa anyo ng mga kristal ay nakahiwalay sa kanila.

Sa isang mabagal na rate ng pagkikristal, ang hiwa ng naturang mga kristal ay may natural na hugis. Sa ganitong paraan, sa ilalim ng mga espesyal na kondisyong pang-industriya, ang mga solong kristal ng semiconductors o dielectrics ay nakuha.

Ang mga maliliit na kristal na random na pinagsama-sama ay tinatawag polycrystals . Ang pinaka-kapansin-pansin na halimbawa ng isang polycrystal ay granite stone. Ang lahat ng mga metal ay polycrystalline din.

Anisotropy ng mga mala-kristal na katawan

Sa mga kristal, ang mga particle ay matatagpuan na may iba't ibang densidad sa iba't ibang direksyon.

Kung ikinonekta namin ang mga atomo sa isa sa mga direksyon ng kristal na sala-sala na may isang tuwid na linya, kung gayon ang distansya sa pagitan ng mga ito ay magiging pareho sa buong direksyon na ito. Sa anumang iba pang direksyon, ang distansya sa pagitan ng mga atomo ay pare-pareho din, ngunit ang halaga nito ay maaaring iba na mula sa distansya sa nakaraang kaso. Nangangahulugan ito na ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng iba't ibang magnitude ay kumikilos sa pagitan ng mga atomo sa iba't ibang direksyon. Samakatuwid, ang mga pisikal na katangian ng sangkap sa mga direksyong ito ay magkakaiba din.

Ang kababalaghang ito ay tinatawag anisotropy - pagtitiwala sa mga katangian ng bagay sa direksyon.

Ang electrical conductivity, thermal conductivity, elasticity, refractive index at iba pang mga katangian ng isang crystalline substance ay nag-iiba depende sa direksyon sa kristal. Ang electric current ay isinasagawa sa iba't ibang direksyon sa iba't ibang direksyon, ang substansiya ay pinainit nang iba, at ang mga light ray ay naiiba sa refracted.

Sa polycrystals ang phenomenon ng anisotropy ay hindi sinusunod.

Ang mga katangian ng sangkap ay nananatiling pareho sa lahat ng direksyon.

Mga katangian ng solids.

Ang mga molekula (o mga atomo) ay nakaayos sa isang mahigpit na pagkakasunod-sunod na paraan. Ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay ≈ ang diameter ng molekula. Ang mga atomo o molekula ng mga solid ay nag-vibrate sa paligid ng ilang partikular na posisyon ng equilibrium.

Samakatuwid, ang mga solido ay nagpapanatili hindi lamang dami, kundi pati na rin ang hugis. Kung ikinonekta mo ang mga sentro ng mga posisyon ng equilibrium sa isang atom o mga ion ng isang solid, makakakuha ka ng isang regular na spatial na sala-sala, na tinatawag na isang mala-kristal na sala-sala.

Ang mga solido kung saan ang mga atomo o molekula ay nakaayos sa maayos na paraan at bumubuo ng pana-panahong paulit-ulit na panloob na istraktura ay tinatawag na mga kristal. Samakatuwid, ang mga kristal ay may mga patag na gilid (Ang isang butil ng table salt ay may mga patag na gilid na bumubuo ng mga tamang anggulo sa isa't isa).

Ang mga pisikal na katangian ng mga mala-kristal na katawan ay hindi pareho sa iba't ibang direksyon, ngunit pareho sa parallel na direksyon.

Anisotropy ng mga kristal - Ito ang pagtitiwala ng mga pisikal na katangian sa direksyon na pinili sa kristal.

Halimbawa, ang iba't ibang mekanikal na lakas ng mga kristal sa iba't ibang direksyon (Ang isang piraso ng mika ay madaling na-exfoliated sa isang direksyon, ngunit ito ay mas mahirap na masira ito sa direksyon na patayo sa mga plato). Maraming mga kristal ang nagsasagawa ng init at agos ng kuryente sa iba't ibang direksyon. Ang mga optical na katangian ng mga kristal ay nakasalalay din sa direksyon. Halimbawa, ang mga kristal ng quartz at tourmaline ay nagre-refract ng liwanag nang iba depende sa direksyon ng mga sinag sa kanila.

Kapag ang isang kristal ng table salt ay nahati, ito ay dinudurog sa mga bahagi na limitado ng mga patag na ibabaw na nagsasalubong sa tamang mga anggulo.

Ang mga eroplanong ito ay patayo sa mga espesyal na direksyon sa sample; sa mga direksyong ito ay minimal ang lakas nito.

Ang anisotropy ng mekanikal, thermal, elektrikal at optical na mga katangian ng mga kristal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa isang nakaayos na pag-aayos ng mga atomo, molekula o ion, ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila at ang mga interatomic na distansya ay nagiging hindi pantay sa iba't ibang direksyon.

Ang mga kristal na katawan ay nahahati sa solong kristal At mga poly-crystal.

Monocrystals – Ang mga solong kristal na ito ay may regular na geometric na hugis, at ang kanilang mga katangian ay iba sa iba't ibang direksyon (anisotropy).

Ang mga solong kristal kung minsan ay may tamang geometriko na panlabas na hugis, ngunit ang pangunahing tampok ng isang kristal ay isang pana-panahong paulit-ulit na panloob na istraktura sa buong volume nito.

Ang polycrystalline body ay isang koleksyon ng mga maliliit na kristal na may chaotically oriented - crystallites - pinagsama sa isa't isa. Ang polycrystalline na istraktura ng cast iron, halimbawa, ay maaaring makita sa pamamagitan ng pagsusuri sa isang fractured sample na may magnifying glass. Ang bawat maliit na solong kristal ng isang polycrystalline na katawan ay anisotropic, ngunit ang polycrystalline na katawan ay isotropic.

Polycrystals– ito ay mga solido na binubuo ng isang malaking bilang ng mga maliliit na fused crystals (mga metal, isang piraso ng asukal).

Ang lahat ng direksyon sa loob ng polycrystals ay pantay at ang mga katangian ng polycrystals ay pareho sa lahat ng direksyon (isotropy).

Walang hugis Tinatawag ang mga katawan na ang mga pisikal na katangian ay pareho sa lahat ng direksyon. Kabilang sa mga halimbawa ng amorphous na katawan ang mga piraso ng pinatigas na dagta, amber, at mga babasagin. Ang mga amorphous na katawan ay isotropic mga katawan.

Ang isotropy ng mga pisikal na katangian ng mga amorphous na katawan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng hindi maayos na pag-aayos ng kanilang mga constituent atoms at molecule. Ang mga amorphous na katawan ay walang mahigpit na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga atomo, walang mahigpit na pag-uulit sa lahat ng direksyon ng parehong elemento ng istruktura.

Hindi tulad ng mga mala-kristal, walang tiyak na punto ng pagkatunaw para sa mga amorphous na katawan.

Mga katangian ng amorphous na katawan. Ang lahat ng amorphous na katawan ay isotropic, i.e. ang kanilang mga pisikal na katangian ay pareho sa lahat ng direksyon (salamin, dagta, plastik, atbp.).

Sa ilalim ng mga panlabas na impluwensya, ang mga amorphous na katawan ay nagpapakita ng parehong nababanat na mga katangian, tulad ng mga solid, at pagkalikido, tulad ng likido (Na may malakas na epekto, ang isang piraso ng dagta ay nabibiyak, at kapag ang dagta ay nasa isang solidong ibabaw sa loob ng mahabang panahon, ang dagta ay unti-unting kumakalat, at kapag mas mataas ang temperatura, mas mabilis itong nangyayari.).

Paksa 5.2 Mga mekanikal na katangian ng solids. Mga uri ng mga deformation. Pagkalastiko, lakas, kalagkitan, hina. Batas ni Hooke. Pagtunaw at pagkikristal.

Panloob na istraktura ng Earth at mga planeta*

Pagpapapangit ng isang solidong katawan ay tinatawag na pagbabago sa hugis o dami ng isang katawan sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa.

Mga uri ng pagpapapangit.

Nababanat na mga pagpapapangit– ang mga ito ay mga deformation na ganap na nawawala pagkatapos ng pagkilos ng mga panlabas na pwersa (spring, rubber cord) ay tumigil at ang katawan ay nagpapanumbalik ng orihinal na hugis nito.

Mga plastic deformation– ang mga ito ay mga deformation na hindi nawawala pagkatapos ng pagkilos ng mga panlabas na pwersa (plasticine, clay, lead) ay tumigil at ang katawan ay hindi naibalik ang orihinal na hugis nito.

Ang mekanikal na stressay tinatawag na ratio ng modulus ng elastic force F sa cross-sectional area S ng katawan:

;

Batas ni Hooke:sa maliliit na deformation, ang stress ay direktang proporsyonal sa pagpahaba.

Ang batas ni Hooke ay nasiyahan para sa maliliit na deformation (seksyon ng OA diagram).

1) , Saan - modulus of elasticity o Young's modulus (ito ay nagpapakilala sa paglaban ng materyal sa nababanat na pagpapapangit); — kamag-anak na pagpapapangit (relative elongation); ay ang paunang haba, ∆l ay ang ganap na pagpahaba ng katawan.

2) , Saan - koepisyent ng paninigas.

Diagram ng pag-igting. (bigas.) Upang pag-aralan ang makunat na pagpapapangit, ang baras ay sumasailalim sa pag-igting gamit ang mga espesyal na aparato, at pagkatapos ay ang pagpahaba ng sample at ang stress na nagmumula dito ay sinusukat. Batay sa mga resulta ng mga eksperimento, ang isang graph ay iginuhit ng dependence ng stress sa kamag-anak na pagpahaba, na tinatawag na isang stretch diagram (Fig.).

Lugar OA - proporsyonal na pagpapapangit; — limitasyon ng proporsyonalidad (maximum na boltahe kung saan natutugunan pa rin ang batas ni Hooke); kung dagdagan mo ang pagkarga, ang pagpapapangit ay nagiging nonlinear, ngunit pagkatapos na alisin ang pagkarga, ang hugis at sukat ng katawan ay halos naibalik.

(Plot AB - nababanat na pagpapapangit); - nababanat na limitasyon; Habang tumataas ang load, mas mabilis na tumataas ang deformation at sa isang tiyak na halaga ng stress na tumutugma sa point C sa diagram, halos tumataas ang elongation nang hindi tumataas ang load.

Ang kababalaghang ito ay tinatawag pagkalikido materyal (seksyon CD). Ang sample rupture ay nangyayari pagkatapos na maabot ng stress ang pinakamataas na halaga, na tinatawag na ultimate strength (ang sample ay nakaunat nang hindi tumataas ang external load hanggang sa mabigo).

Kaugnay na impormasyon:

Maghanap sa site:

ISTRUKTURA AT KATANGIAN NG MGA SOLID

Teoretikal na impormasyon

Ang isang sangkap ay maaaring umiral sa tatlong estado ng pagsasama-sama: gas, likido at solid.

Ang plasma ay madalas na tinatawag na pang-apat na estado ng bagay. Ang pag-asa ng mga katangian ng isang sangkap sa estado ng pagsasama-sama nito ay ipinahiwatig sa Talahanayan. 33.

Talahanayan 1

Mga katangian ng mga sangkap sa iba't ibang estado ng pagsasama-sama

Ang estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap ay tinutukoy ng mga puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga molekula, ang distansya sa pagitan ng mga particle at ang likas na katangian ng kanilang paggalaw.

SA mahirap estado, ang mga particle ay sumasakop sa isang tiyak na posisyon na may kaugnayan sa bawat isa.

Ang sangkap ay may mababang compressibility at mekanikal na lakas, dahil ang mga molekula ay walang kalayaan sa paggalaw, ngunit ang mga vibrations lamang. Ang mga molekula, atomo, o mga ion na bumubuo ng isang solid ay tinatawag mga yunit ng istruktura.

Ang mga solid ay nahahati sa walang hugis at mala-kristal
(Talahanayan

34). Ang mga kristal na sangkap ay natutunaw sa isang mahigpit na tinukoy na temperatura Tmelt, ang mga amorphous na sangkap ay walang malinaw na tinukoy na punto ng pagkatunaw; kapag pinainit, lumalambot sila (nailalarawan ng isang agwat ng paglambot) at pumasa sa isang likido o malapot na estado (Fig.

talahanayan 2

Mga paghahambing na katangian ng amorphous at crystalline substance

18. Pagbabago sa dami ng mga sangkap kapag pinainit: A– mala-kristal; b– walang hugis

Ang panloob na istraktura ng mga amorphous na sangkap ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang random na pag-aayos ng mga molekula (Talahanayan. 34). Ang mala-kristal na estado ng isang sangkap ay ipinapalagay ang tamang pagkakaayos sa espasyo ng mga particle na bumubuo sa kristal, at ang pagbuo mala-kristal (spatial)mga rehas na bakal Ang pangunahing katangian ng mala-kristal na katawan ay ang kanilang anisotropy– pagkakaiba-iba ng mga katangian (thermal at electrical conductivity, mechanical strength, dissolution rate, atbp.) d.) sa iba't ibang direksyon, habang ang mga amorphous na katawan - isotropic. Matigas na kristal- mga three-dimensional na pormasyon na nailalarawan sa pamamagitan ng mahigpit na pag-uulit ng parehong elemento ng istruktura (unit cell) sa lahat ng direksyon. Unit cell kumakatawan sa pinakamaliit na volume ng isang kristal sa anyo ng isang parallelepiped, paulit-ulit sa kristal ng isang walang katapusang bilang ng beses. Ang unit cell ay tinukoy gamit ang mga axes at anggulo (Fig. 19).

Mayroong mga pangunahing parameter ng mga kristal na sala-sala.

Enerhiya ng kristal na sala-sala Ecr., kJ/mol,– ito ang enerhiya na inilalabas sa panahon ng pagbuo ng 1 mole ng isang kristal mula sa mga microparticle (mga atom, molekula, ion) na nasa isang gas na estado at hiwalay sa isa't isa sa isang distansya na humahadlang sa kanilang pakikipag-ugnayan.

Palagiang sala-sala d,– ang pinakamaliit na distansya sa pagitan ng gitna ng dalawang particle sa isang kristal na konektado ng isang kemikal na bono.

Numero ng koordinasyon c.n.

– ang bilang ng mga particle na nakapalibot sa gitnang particle sa kalawakan, na konektado dito sa pamamagitan ng isang kemikal na bono.

Ang mga punto kung saan matatagpuan ang mga particle ng kristal ay tinatawag kristal na sala-sala node

Sa kabila ng iba't ibang mga hugis ng kristal, maaari silang mahigpit at hindi malabo na inuri. Ang systematization ng mga kristal na anyo ay ipinakilala ng Russian academician A.V. Gadolin(1867), ito ay batay sa mga katangian ng simetriya ng mga kristal. Alinsunod sa geometric na hugis ng mga kristal, ang mga sumusunod na sistema (mga sistema) ay posible: kubiko, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, hexagonal at rhombohedral (Fig.

kanin. 20. Mga pangunahing sistema ng kristal

Ang parehong sangkap ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga kristal na anyo, na naiiba sa panloob na istraktura, at samakatuwid ay sa pisikal at kemikal na mga katangian. Ang kababalaghang ito ay tinatawag polymorphism .

Isomorphism– dalawang sangkap na magkaibang kalikasan ay bumubuo ng mga kristal ng parehong istraktura. Ang ganitong mga sangkap ay maaaring palitan ang bawat isa sa kristal na sala-sala, na bumubuo ng mga halo-halong kristal.

Depende sa uri ng mga particle na matatagpuan sa mga node ng kristal na sala-sala at ang uri ng mga bono sa pagitan nila, ang mga kristal ay may apat na uri: molecular, atomic, ionic at metallic (Fig.

21. Mga uri ng kristal

Ang mga kristal na sala-sala na binubuo ng mga molekula (polar at non-polar) ay tinatawag molekular . Ang mga molekula sa naturang mga kristal na sala-sala ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng medyo mahina na puwersa ng hydrogen, intermolecular at electrostatic. Samakatuwid, ang mga sangkap na may molecular lattice ay may mababang katigasan at mababang mga punto ng pagkatunaw. Ang mga ito ay bahagyang natutunaw sa tubig, hindi nagsasagawa ng kuryente, at lubhang pabagu-bago.

Ang mga halimbawa ng mga substance na may molecular lattice ay yelo, solid carbon dioxide (“dry ice”), solid hydrogen halides, solid simple substances na nabuo ng isa- (noble gases), dalawa- (F2, Cl2, Br2, J2, H2, N2, O2), tatlo- (O3), apat- (P4), walong- (S8) na mga molekulang atomiko.

Karamihan sa mga crystalline na organic compound ay mayroon ding molecular lattice.

Ang mga kristal na sala-sala na naglalaman ng mga indibidwal na atomo sa kanilang mga node ay tinatawag atomic (covalent) .

Ang mga atomo sa naturang mga sala-sala ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng malakas na covalent bond.

Ang isang halimbawa ng isang kristal na may atomic na kristal na sala-sala ay brilyante (Fig. 21), isa sa mga pagbabago ng carbon. Ang kristal na ito ay binubuo ng mga atomo ng carbon, na ang bawat isa ay nakagapos sa apat na kalapit na mga atomo (cn = 4).

Ang bilang ng mga sangkap na may atomic crystal lattice ay malaki.

Ang lahat ng mga ito ay may mataas na punto ng pagkatunaw, hindi matutunaw sa mga likido, may mataas na lakas, tigas, at may malawak na hanay ng electrical conductivity (mula sa mga insulator at semiconductors hanggang sa mga elektronikong konduktor). Ang atomic crystal lattice ay katangian ng mga elemento ng mga pangkat III at IV ng mga pangunahing subgroup (Si, Ge, B, C).

Ang mga kristal na sala-sala na binubuo ng mga ion ay tinatawag ionic . Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng mga sangkap na may mga ionic bond. Ang isang halimbawa ng pagbuo ng isang ionic crystal lattice ay isang kristal ng sodium chloride (Na Cl) (bigas.

21). Ang mga sangkap na may isang ionic na kristal na sala-sala ay may mataas na tigas, brittleness, ay refractory at low-volatile. Ang pagkatunaw ng mga ionic na kristal ay humahantong sa isang paglabag sa tamang geometriko na oryentasyon ng mga ion na may kaugnayan sa bawat isa at isang pagpapahina ng lakas ng bono sa pagitan nila. Samakatuwid, ang mga natutunaw at mga solusyon ng naturang mga kristal ay nagsasagawa ng electric current. Ang mga sangkap na may mga ionic na kristal na sala-sala ay madaling matunaw sa mga polar na likido at mga dielectric.

Ang mga ionic crystal lattice ay bumubuo ng maraming salts, oxides, at bases.

Ang isang kristal na sala-sala na binubuo ng mga atomo ng metal at mga ion na konektado ng isang metal na bono (Larawan 21) ay tinatawag metal .

Ang metal rehas na bakal ay, bilang isang panuntunan, napaka matibay. Ipinapaliwanag nito ang tigas, mababang pagkasumpungin, at mataas na mga punto ng pagkatunaw at pagkulo na katangian ng karamihan sa mga metal.

Tinutukoy din nito ang mga katangiang katangian ng mga metal gaya ng electrical at thermal conductivity, shine, malleability, plasticity, opacity, at photoelectric effect. Ang mga purong metal at haluang metal ay may metal na kristal na sala-sala.

Tulad ng likido, ngunit din form. Sila ay nakararami sa isang mala-kristal na estado.
Mga kristal- ito ay mga solidong katawan, ang mga atomo o molekula kung saan sumasakop sa ilang, nakaayos na mga posisyon sa kalawakan. Samakatuwid, ang mga kristal ay may mga patag na gilid. Halimbawa, ang isang butil ng ordinaryong table salt ay may mga patag na gilid na bumubuo ng mga tamang anggulo sa isa't isa ( Fig.12.1).

Ito ay makikita sa pamamagitan ng pagsusuri sa asin gamit ang magnifying glass. At kung gaano geometrically correct ang hugis ng isang snowflake! Sinasalamin din nito ang geometric na kawastuhan ng panloob na istraktura ng isang mala-kristal na solidong yelo ( Fig.12.2).

Anisotropy ng mga kristal. Gayunpaman, ang tamang panlabas na hugis ay hindi lamang ang pinakamahalagang resulta ng nakaayos na istraktura ng kristal. Ang pangunahing bagay ay pagtitiwala ng mga pisikal na katangian ng kristal sa direksyon na pinili sa kristal.
Una sa lahat, ang iba't ibang mekanikal na lakas ng mga kristal sa iba't ibang direksyon ay kapansin-pansin. Halimbawa, ang isang piraso ng mika ay madaling na-exfoliate sa isang direksyon sa manipis na mga plato ( Fig.12.3), ngunit mas mahirap na masira ito sa direksyon na patayo sa mga plato.

Ang isang graphite na kristal ay madaling na-exfoliate sa isang direksyon. Kapag sumulat ka gamit ang isang lapis, ang delamination na ito ay patuloy na nangyayari at ang mga manipis na layer ng grapayt ay nananatili sa papel. Nangyayari ito dahil ang graphite crystal lattice ay may layered na istraktura. Ang mga layer ay nabuo sa pamamagitan ng isang serye ng mga parallel network na binubuo ng mga carbon atoms ( Fig.12.4). Ang mga atom ay matatagpuan sa mga vertices ng mga regular na hexagons. Ang distansya sa pagitan ng mga layer ay medyo malaki - mga 2 beses ang haba ng gilid ng hexagon, kaya ang mga bono sa pagitan ng mga layer ay hindi gaanong malakas kaysa sa mga bono sa loob ng mga ito.

Maraming mga kristal ang nagsasagawa ng init at kuryente sa iba't ibang direksyon. Ang mga optical na katangian ng mga kristal ay nakasalalay din sa direksyon. Kaya, ang isang kristal na kuwarts ay nagre-refract ng liwanag nang iba depende sa direksyon ng mga sinag dito.
Ang pag-asa ng mga pisikal na katangian sa direksyon sa loob ng kristal ay tinatawag anisotropy. Ang lahat ng mala-kristal na katawan ay anisotropic.
Mga solong kristal at polycrystal. Ang mga metal ay may kristal na istraktura. Ito ay mga metal na pangunahing ginagamit ngayon para sa paggawa ng mga kasangkapan, iba't ibang mga makina at mekanismo.
Kung kukuha ka ng isang medyo malaking piraso ng metal, kung gayon sa unang sulyap ang mala-kristal na istraktura nito ay hindi lilitaw sa anumang paraan alinman sa hitsura ng piraso na ito o sa mga pisikal na katangian nito. Ang mga metal sa kanilang normal na estado ay hindi nagpapakita ng anisotropy.
Ang punto dito ay ang metal ay karaniwang binubuo ng isang malaking bilang ng maliliit na kristal na pinagsama-sama. Sa ilalim ng mikroskopyo o kahit na may magnifying glass ay madaling makita ang mga ito, lalo na sa isang sariwang bali ng metal ( Fig.12.5). Ang mga katangian ng bawat kristal ay nakasalalay sa direksyon, ngunit ang mga kristal ay random na nakatuon sa bawat isa. Bilang resulta, sa isang volume na makabuluhang mas malaki kaysa sa volume ng mga indibidwal na kristal, lahat ng direksyon sa loob ng mga metal ay pantay at ang mga katangian ng mga metal ay pareho sa lahat ng direksyon.

Ang isang solid na binubuo ng isang malaking bilang ng mga maliliit na kristal ay tinatawag polycrystalline. Ang mga solong kristal ay tinatawag solong kristal.
Sa pamamagitan ng pagkuha ng mahusay na pag-iingat, posible na palaguin ang isang malaking metal na kristal - isang solong kristal.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang isang polycrystalline na katawan ay nabuo bilang isang resulta ng katotohanan na ang paglaki ng maraming mga kristal na nagsimula ay nagpapatuloy hanggang sa sila ay makipag-ugnay sa isa't isa, na bumubuo ng isang solong katawan.
Kasama sa polycrystals hindi lamang ang mga metal. Ang isang piraso ng asukal, halimbawa, ay mayroon ding polycrystalline na istraktura.
Karamihan sa mga mala-kristal na solid ay polycrystals, dahil binubuo sila ng maraming intergrown na kristal. Mga solong kristal - ang mga solong kristal ay may regular na geometric na hugis, at ang kanilang mga katangian ay naiiba sa iba't ibang direksyon (anisotropy).

???
1. Ang lahat ba ng mala-kristal na katawan ay anisotropic?
2. Ang kahoy ay anisotropic. Ito ba ay isang mala-kristal na katawan?
3. Magbigay ng mga halimbawa ng monocrystalline at polycrystalline solid na hindi binanggit sa teksto.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Physics ika-10 baitang

Nilalaman ng aralin mga tala ng aralin pagsuporta sa frame lesson presentation acceleration methods interactive na mga teknolohiya Magsanay mga gawain at pagsasanay mga workshop sa pagsusulit sa sarili, mga pagsasanay, mga kaso, mga pakikipagsapalaran sa mga tanong sa talakayan sa araling-bahay, mga retorika na tanong mula sa mga mag-aaral Mga Ilustrasyon audio, mga video clip at multimedia litrato, larawan, graphics, talahanayan, diagram, katatawanan, anekdota, biro, komiks, talinghaga, kasabihan, crosswords, quote Mga add-on mga abstract articles tricks para sa mga curious crib textbooks basic at karagdagang diksyunaryo ng mga terminong iba Pagpapabuti ng mga aklat-aralin at mga aralinpagwawasto ng mga pagkakamali sa aklat-aralin pag-update ng isang fragment sa isang aklat-aralin, mga elemento ng pagbabago sa aralin, pagpapalit ng hindi napapanahong kaalaman ng mga bago Para lamang sa mga guro perpektong mga aralin plano sa kalendaryo para sa taon; mga rekomendasyong pamamaraan; mga programa sa talakayan Pinagsanib na Aralin

Kung mayroon kang mga pagwawasto o mungkahi para sa araling ito,

Ipadala ang iyong mabuting gawa sa base ng kaalaman ay simple. Gamitin ang form sa ibaba

Ang mga mag-aaral, nagtapos na mga mag-aaral, mga batang siyentipiko na gumagamit ng base ng kaalaman sa kanilang pag-aaral at trabaho ay lubos na magpapasalamat sa iyo.

Na-post sa http://www.allbest.ru/

Panimula

Kabanata 1. Crystalline at amorphous na mga katawan

1.1 Mga perpektong kristal

1.2 Mga solong kristal at mga pinagsama-samang kristal

1.3 Mga Polycrystal

Kabanata 2. Mga elemento ng simetrya ng mga kristal

Kabanata 3. Mga uri ng mga depekto sa solids

3.1 Mga depekto sa punto

3.2 Mga linear na depekto

3.3 Mga depekto sa ibabaw

3.4 Mga depekto sa volumetric

Kabanata 4. Pagkuha ng mga kristal

Kabanata 5. Mga Katangian ng Kristal

Konklusyon

Bibliograpiya

Panimula

Ang mga kristal ay isa sa pinakamaganda at mahiwagang likha ng kalikasan. Sa kasalukuyan, pinag-aaralan ng agham ng crystallography ang pagkakaiba-iba ng mga kristal. Inihayag niya ang mga palatandaan ng pagkakaisa sa pagkakaiba-iba na ito, pinag-aaralan ang mga katangian at istraktura ng parehong mga solong kristal at mga pinagsama-samang kristal. Ang crystallography ay isang agham na komprehensibong nag-aaral ng crystalline matter. Ang gawaing ito ay nakatuon din sa mga kristal at ang kanilang mga katangian.

Sa kasalukuyan, ang mga kristal ay malawakang ginagamit sa agham at teknolohiya, dahil mayroon silang mga espesyal na katangian. Ang ganitong mga lugar ng paggamit ng mga kristal bilang semiconductors, superconductor, quantum electronics at marami pang iba ay nangangailangan ng malalim na pag-unawa sa pag-asa ng mga pisikal na katangian ng mga kristal sa kanilang kemikal na komposisyon at istraktura.

Sa kasalukuyan, kilala ang mga pamamaraan para sa artipisyal na lumalagong mga kristal. Ang isang kristal ay maaaring lumaki sa isang ordinaryong baso; nangangailangan lamang ito ng isang tiyak na solusyon at pangangalaga kung saan kinakailangan upang pangalagaan ang lumalagong kristal.

Mayroong maraming iba't ibang mga kristal sa kalikasan, at mayroon ding maraming iba't ibang anyo ng mga kristal. Sa katotohanan, halos imposibleng magbigay ng kahulugan na naaangkop sa lahat ng mga kristal. Dito, ang mga resulta ng pagsusuri ng X-ray ng mga kristal ay maaaring magamit upang makatulong. Ginagawang posible ng X-ray na maramdaman ang mga atomo sa loob ng isang mala-kristal na katawan, at matukoy ang kanilang spatial na lokasyon. Bilang isang resulta, natagpuan na ang lahat ng mga kristal ay binuo mula sa elementarya na mga particle na matatagpuan sa mahigpit na pagkakasunud-sunod sa loob ng mala-kristal na katawan.

Sa lahat ng mala-kristal na istruktura nang walang pagbubukod, maraming magkakaparehong mga atomo ang maaaring makilala mula sa mga atomo, na matatagpuan tulad ng mga node ng isang spatial na sala-sala. Upang isipin ang gayong sala-sala, punan natin sa isip ang espasyo ng maraming pantay na parallelepiped, parallel oriented at magkadikit sa buong mukha. Ang pinakasimpleng halimbawa ng naturang gusali ay isang pagmamason ng magkatulad na mga brick. Kung pipiliin natin ang mga kaukulang punto sa loob ng mga brick, halimbawa, ang kanilang mga sentro o vertices, pagkatapos ay makakakuha tayo ng isang modelo ng isang spatial na sala-sala. Ang lahat ng mala-kristal na katawan nang walang pagbubukod ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang istraktura ng sala-sala.

Ang mga kristal ay tinatawag na " lahat ng solids kung saan ang mga constituent particle (atoms, ions, molecules) ay mahigpit na nakaayos tulad ng mga node ng spatial lattice". Ang kahulugang ito ay mas malapit hangga't maaari sa katotohanan; ito ay angkop para sa anumang magkakatulad na mala-kristal na katawan: mga boule (isang anyo ng kristal na walang mga mukha, mga gilid, o nakausli na mga vertices), mga butil, at mga flat-faced figure.

Kabanata 1.Mga mala-kristal at walang hugis na katawan

Batay sa kanilang mga pisikal na katangian at molekular na istraktura, ang mga solid ay nahahati sa dalawang klase - amorphous at crystalline solids.

Ang isang tampok na katangian ng mga amorphous na katawan ay ang kanilang isotropy, i.e. kalayaan ng lahat ng pisikal na katangian (mekanikal, optical, atbp.) mula sa direksyon. Ang mga molekula at atomo sa isotropic solids ay random na nakaayos, na bumubuo lamang ng maliliit na lokal na grupo na naglalaman ng ilang mga particle (short-range order). Sa kanilang istraktura, ang mga amorphous na katawan ay napakalapit sa mga likido.

Kabilang sa mga halimbawa ng amorphous na katawan ang salamin, iba't ibang pinatigas na resin (amber), plastik, atbp. Kung ang isang amorphous na katawan ay pinainit, ito ay unti-unting lumalambot, at ang paglipat sa isang likidong estado ay tumatagal ng isang makabuluhang hanay ng temperatura.

Sa mga mala-kristal na katawan, ang mga particle ay nakaayos sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod, na bumubuo ng spatial na pana-panahong paulit-ulit na mga istraktura sa buong dami ng katawan. Upang biswal na kumakatawan sa gayong mga istruktura, spatial kristal na sala-sala, sa mga node kung saan matatagpuan ang mga sentro ng mga atom o molekula ng isang partikular na sangkap.

Sa bawat spatial na sala-sala, maaaring makilala ng isa ang isang elemento ng istruktura na may kaunting laki, na tinatawag na yunit cell.

kanin. 1. Mga uri ng kristal na sala-sala: 1 - simpleng cubic lattice; 2 - nakasentro sa mukha na kubiko na sala-sala; 3 - cubic lattice na nakasentro sa katawan; 4 - hexagonal na sala-sala

Sa isang simpleng cubic lattice, ang mga particle ay matatagpuan sa vertices ng cube. Sa isang face-centered na sala-sala, ang mga particle ay matatagpuan hindi lamang sa mga vertices ng cube, kundi pati na rin sa mga sentro ng bawat isa sa mga mukha nito. Sa isang body-centered cubic lattice, isang karagdagang particle ang matatagpuan sa gitna ng bawat cubic unit cell.

Dapat tandaan na ang mga particle sa mga kristal ay mahigpit na nakaimpake, upang ang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro ay humigit-kumulang katumbas ng laki ng mga particle. Sa imahe ng mga kristal na sala-sala, ang posisyon lamang ng mga sentro ng mga particle ay ipinahiwatig.

1. 1 Perpektong Kristal

Ang tamang geometric na hugis ng mga kristal ay nakakuha ng atensyon ng mga mananaliksik kahit na sa mga unang yugto ng pag-unlad ng crystallography at nagbunga ng paglikha ng ilang mga hypotheses tungkol sa kanilang panloob na istraktura.

Kung isasaalang-alang namin ang isang perpektong kristal, hindi kami makakahanap ng anumang mga paglabag dito; ang lahat ng magkaparehong mga particle ay matatagpuan sa magkatulad na mga parallel na hilera. Kung ilalapat namin ang tatlong elementarya na pagsasalin na hindi nakahiga sa parehong eroplano sa isang di-makatwirang punto at ulitin ito nang walang hanggan sa kalawakan, makakakuha tayo ng spatial na sala-sala, i.e. tatlong-dimensional na sistema ng mga katumbas na node. Kaya, sa isang perpektong kristal, ang pag-aayos ng mga particle ng materyal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahigpit na three-dimensional na periodicity. At upang makakuha ng isang malinaw na ideya ng mga pattern na nauugnay sa geometrically correct na panloob na istraktura ng mga kristal, sa mga klase ng laboratoryo sa crystallography ay karaniwang gumagamit sila ng mga modelo ng perpektong nabuo na mga kristal sa anyo ng convex polyhedra na may mga patag na mukha at tuwid na mga gilid. Sa katunayan, ang mga mukha ng mga tunay na kristal ay hindi perpektong patag, dahil habang lumalaki sila ay natatakpan sila ng mga tubercle, kagaspangan, mga uka, mga butas ng paglaki, mga vicinal (mga mukha na ganap o bahagyang lumilihis mula sa kanilang perpektong posisyon), mga spiral ng paglago o pagkalusaw, atbp.

Perpektong Crystal- ito ay isang pisikal na modelo, na isang walang katapusang solong kristal na hindi naglalaman ng mga impurities o mga depekto sa istruktura. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga tunay na kristal at perpekto ay dahil sa finiteness ng kanilang mga sukat at pagkakaroon ng mga depekto. Ang pagkakaroon ng ilang mga depekto (halimbawa, mga impurities, intercrystalline na mga hangganan) sa mga tunay na kristal ay maaaring halos ganap na maiiwasan gamit ang mga espesyal na paraan ng paglago, pagsusubo o paglilinis. Gayunpaman, sa isang temperatura na T>0K, ang mga kristal ay palaging may hangganan na konsentrasyon ng (thermally activated) na mga bakante at interstitial atoms, ang bilang ng mga ito sa equilibrium ay bumababa nang husto sa pagbaba ng temperatura.

Ang mga kristal na sangkap ay maaaring umiral sa anyo ng mga solong kristal o polycrystalline na mga sample.

Ang isang kristal ay isang solid kung saan ang isang regular na istraktura ay sumasaklaw sa buong dami ng sangkap. Ang mga solong kristal ay matatagpuan sa kalikasan (kuwarts, brilyante, esmeralda) o ginawang artipisyal (ruby).

Ang mga polycrystalline na sample ay binubuo ng isang malaking bilang ng maliliit, random na naka-orient, mga kristal na may iba't ibang laki, na maaaring iugnay ng ilang partikular na puwersa ng pakikipag-ugnayan.

1. 2 Monocrysthaluang metal at mala-kristal na aggregates

Monocrystal- isang hiwalay na homogenous na kristal na may tuluy-tuloy na kristal na sala-sala at kung minsan ay may anisotropy ng mga pisikal na katangian. Ang panlabas na hugis ng isang kristal ay tinutukoy ng atomic crystal na sala-sala nito at ang mga kondisyon (pangunahin ang bilis at pagkakapareho) ng crystallization. Ang isang mabagal na lumalagong solong kristal ay halos palaging nakakakuha ng isang mahusay na tinukoy na natural na hiwa; sa ilalim ng mga kondisyon na hindi balanse (average na rate ng paglago) ng crystallization, ang hiwa ay lumilitaw nang mahina. Sa isang mas mataas na rate ng pagkikristal, sa halip na isang solong kristal, ang mga homogenous na polycrystal at polycrystalline aggregates ay nabuo, na binubuo ng maraming magkakaibang oryentasyong maliliit na solong kristal. Kabilang sa mga halimbawa ng faceted natural na solong kristal ang mga solong kristal ng quartz, rock salt, Iceland spar, brilyante, at topaz. Ang mga solong kristal ng semiconductor at dielectric na materyales na lumago sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon ay may malaking kahalagahan sa industriya. Sa partikular, ang mga solong kristal ng silikon at artipisyal na haluang metal ng mga elemento ng pangkat III (ikatlo) na may mga elemento ng pangkat V (ikalima) ng periodic table (halimbawa, GaAs gallium arsenide) ay ang batayan ng modernong solid-state electronics. Ang mga solong kristal ng mga metal at ang kanilang mga haluang metal ay walang mga espesyal na katangian at halos hindi ginagamit. Ang mga solong kristal ng mga ultrapure na sangkap ay may parehong mga katangian anuman ang paraan ng kanilang paghahanda. Ang pagkikristal ay nangyayari malapit sa punto ng pagkatunaw (condensation) mula sa gas (halimbawa, frost at snowflakes), likido (pinakadalasan) at solid na amorphous na estado na may paglabas ng init. Ang pagkikristal mula sa gas o likido ay may isang malakas na mekanismo ng paglilinis: ang kemikal na komposisyon ng mabagal na lumalagong mga solong kristal ay halos perpekto. Halos lahat ng contaminants ay nananatili (naiipon) sa likido o gas. Nangyayari ito dahil habang lumalaki ang kristal na sala-sala, ang kusang pagpili ng mga kinakailangang atom (mga molekula para sa mga molekular na kristal) ay nangyayari hindi lamang ayon sa kanilang mga kemikal na katangian (valency), ngunit ayon din sa laki.

Ang modernong teknolohiya ay hindi na nagkukulang ng limitadong hanay ng mga katangian ng mga natural na kristal (lalo na sa paglikha ng mga semiconductor laser), at ang mga siyentipiko ay nakabuo ng isang paraan para sa paglikha ng mga kristal na bagay na may mga intermediate na katangian sa pamamagitan ng pagpapalaki ng mga alternating ultra-manipis na layer ng mga kristal na may katulad na kristal mga parameter ng sala-sala.

Hindi tulad ng ibang mga estado ng pagsasama-sama, ang mala-kristal na estado ay magkakaiba. Ang mga molekula ng parehong komposisyon ay maaaring nakabalot sa mga kristal sa iba't ibang paraan. Ang pisikal at kemikal na mga katangian ng sangkap ay nakasalalay sa paraan ng packaging. Kaya, ang mga sangkap na may parehong komposisyon ng kemikal ay kadalasang may magkakaibang pisikal na katangian. Ang ganitong pagkakaiba-iba ay hindi tipikal para sa isang likidong estado, ngunit imposible para sa isang gas na estado.

Kung kukunin natin, halimbawa, ang ordinaryong table salt, madaling makita ang mga indibidwal na kristal kahit na walang mikroskopyo.

Kung nais nating bigyang-diin na tayo ay nakikitungo sa isang solong, hiwalay na kristal, pagkatapos ay tinatawag natin ito nag-iisang kristal, upang bigyang-diin na pinag-uusapan natin ang akumulasyon ng maraming kristal, ginamit ang termino mala-kristal na pinagsama-samang. Kung ang mga indibidwal na kristal sa isang mala-kristal na pinagsama-samang ay halos hindi faceted, ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang pagkikristal ay nagsimula nang sabay-sabay sa maraming mga punto ng sangkap at ang bilis nito ay medyo mataas. Ang mga lumalagong kristal ay isang balakid sa bawat isa at pinipigilan ang tamang pagputol ng bawat isa sa kanila.

Sa gawaing ito ay pangunahing pag-uusapan natin ang tungkol sa mga solong kristal, at dahil sila ay mga bahagi ng mga kristal na pinagsama-samang, ang kanilang mga katangian ay magiging katulad ng mga katangian ng mga pinagsama-samang.

1. 3 Polycrystals

Polycrystal- isang pinagsama-samang maliliit na kristal ng anumang substance, kung minsan ay tinatawag na crystallites o crystal grains dahil sa kanilang hindi regular na hugis. Maraming mga materyales ng natural at artipisyal na pinagmulan (mineral, metal, haluang metal, keramika, atbp.) Ang polycrystalline.

Mga ari-arian at pagkuha. Ang mga katangian ng polycrystals ay natutukoy sa pamamagitan ng mga katangian ng mala-kristal na butil na bumubuo dito, ang kanilang average na laki, na umaabot mula 1-2 microns hanggang ilang millimeters (sa ilang mga kaso hanggang ilang metro), ang crystallographic na oryentasyon ng mga butil at ang istraktura ng mga hangganan ng butil. Kung ang mga butil ay random na nakatuon at ang kanilang mga sukat ay maliit kumpara sa laki ng polycrystal, kung gayon ang anisotropy ng mga pisikal na katangian na katangian ng mga solong kristal ay hindi lilitaw sa polycrystal. Kung ang isang polycrystal ay may nangingibabaw na crystallographic na oryentasyon ng mga butil, kung gayon ang polycrystal ay naka-texture at, sa kasong ito, ay may anisotropy ng mga katangian. Ang pagkakaroon ng mga hangganan ng butil ay makabuluhang nakakaapekto sa pisikal, lalo na sa mekanikal, mga katangian ng polycrystals, dahil ang pagkalat ng mga conduction electron, phonon, pagpepreno ng mga dislokasyon, atbp. ay nangyayari sa mga hangganan.

Ang mga polycrystals ay nabuo sa panahon ng crystallization, polymorphic transformations at bilang isang resulta ng sintering ng crystalline powders. Ang isang polycrystal ay hindi gaanong matatag kaysa sa isang solong kristal; samakatuwid, sa panahon ng matagal na pagsusubo ng isang polycrystal, nangyayari ang recrystallization (nangingibabaw na paglaki ng mga indibidwal na butil sa gastos ng iba), na humahantong sa pagbuo ng malalaking kristal na mga bloke.

Kabanata 2. Mga elemento ng simetrya ng kristal

Ang mga konsepto ng simetrya at kawalaan ng simetrya ay lumitaw sa agham mula noong sinaunang panahon bilang isang aesthetic criterion sa halip na mahigpit na siyentipikong mga kahulugan. Bago lumitaw ang ideya ng simetrya, ang matematika, pisika, at natural na agham sa pangkalahatan ay kahawig ng magkahiwalay na mga isla ng mga ideya, teorya, at batas na walang pag-asa na nakahiwalay sa isa't isa at kahit na magkasalungat. Ang symmetry ay nagpapakilala at nagmamarka sa panahon ng synthesis, kapag ang magkakaibang mga fragment ng kaalamang pang-agham ay sumanib sa isang solong, holistic na larawan ng mundo. Isa sa mga pangunahing uso sa prosesong ito ay ang mathematization ng siyentipikong kaalaman.

Ang simetrya ay karaniwang isinasaalang-alang hindi lamang bilang isang pangunahing larawan ng kaalamang pang-agham, na nagtatatag ng mga panloob na koneksyon sa pagitan ng mga sistema, teorya, batas at konsepto, ngunit ipatungkol din ito sa mga katangiang kasinghalaga ng espasyo at oras, paggalaw. Sa ganitong kahulugan, tinutukoy ng simetrya ang istraktura ng materyal na mundo at lahat ng mga bahagi nito. Ang simetrya ay may multifaceted at multi-level na character. Halimbawa, sa sistema ng pisikal na kaalaman, ang simetrya ay isinasaalang-alang sa antas ng mga phenomena, mga batas na naglalarawan sa mga phenomena na ito, at ang mga prinsipyong pinagbabatayan ng mga batas na ito, at sa matematika - kapag naglalarawan ng mga geometric na bagay. Ang simetrya ay maaaring uriin bilang:

· istruktura;

· geometriko;

· dynamic, naglalarawan, ayon sa pagkakabanggit, crystallographic,

matematika at pisikal na aspeto ng konseptong ito.

Ang pinakasimpleng mga simetriko ay maaaring ilarawan sa geometriko sa aming ordinaryong tatlong-dimensional na espasyo at samakatuwid ay nakikita. Ang ganitong mga symmetries ay nauugnay sa mga geometric na operasyon na nagdadala sa katawan na pinag-uusapan sa pagkakataon na may sarili nito. Sinasabi nila na ang simetrya ay ipinakita sa immutability (invariance) ng isang katawan o sistema na may kaugnayan sa isang tiyak na operasyon. Halimbawa, ang isang globo (walang anumang marka sa ibabaw nito) ay invariant sa ilalim ng anumang pag-ikot. Ipinapakita nito ang simetrya nito. Ang isang globo na may marka, halimbawa, sa anyo ng isang punto, ay nag-tutugma lamang sa sarili nito kapag pinaikot, pagkatapos nito ang marka dito ay bumalik sa orihinal na posisyon nito. Ang aming tatlong-dimensional na espasyo ay isotropic. Nangangahulugan ito na, tulad ng isang globo na walang marka, ito ay sumasabay sa sarili nito sa anumang pag-ikot. Ang espasyo ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa bagay. Samakatuwid, ang ating Uniberso ay isotropic din. Ang espasyo ay homogenous din. Nangangahulugan ito na ito (at ang ating Uniberso) ay may simetrya na may paggalang sa pagpapatakbo ng shift. Ang oras ay may parehong simetrya.

Bilang karagdagan sa mga simple (geometric) symmetries, napaka-kumplikado, tinatawag na mga dynamic na simetriko ay malawakang nakatagpo sa pisika, iyon ay, mga simetriko na nauugnay hindi sa espasyo at oras, ngunit sa isang tiyak na uri ng pakikipag-ugnayan. Ang mga ito ay hindi visual, at kahit na ang pinakasimpleng sa kanila, halimbawa, ang tinatawag na sukat ng mga simetriko, mahirap ipaliwanag nang hindi gumagamit ng medyo kumplikadong pisikal na teorya. Ang ilang mga batas sa pag-iingat ay tumutugma din sa mga sukat ng sukat sa pisika. Halimbawa, ang gauge symmetry ng electromagnetic potentials ay humahantong sa batas ng konserbasyon ng electric charge.

Sa kurso ng panlipunang kasanayan, ang sangkatauhan ay nakaipon ng maraming mga katotohanan na nagpapahiwatig ng parehong mahigpit na kaayusan, balanse sa pagitan ng mga bahagi ng kabuuan, at mga paglabag sa kaayusan na ito. Kaugnay nito, ang sumusunod na limang kategorya ng simetrya ay maaaring makilala:

· mahusay na proporsyon;

· kawalaan ng simetrya;

· kawalan ng simetrya;

· antisymmetry;

· supersymmetry.

Kawalaan ng simetrya . Ang kawalaan ng simetrya ay kawalaan ng simetrya, i.e. isang estado kung saan walang simetrya. Ngunit sinabi rin ni Kant na ang pagtanggi ay hindi isang simpleng pagbubukod o kawalan ng kaukulang positibong nilalaman. Halimbawa, ang paggalaw ay isang negasyon ng dati nitong estado, isang pagbabago sa isang bagay. Ang paggalaw ay tinatanggihan ang pahinga, ngunit ang pahinga ay hindi ang kawalan ng paggalaw, dahil napakakaunting impormasyon at ang impormasyong ito ay mali. Walang kawalan ng pahinga, tulad ng walang paggalaw, dahil ang mga ito ay dalawang panig ng parehong kakanyahan. Ang pahinga ay isa pang aspeto ng paggalaw.

Wala ring kumpletong kawalan ng simetrya. Ang figure na walang elemento ng simetriko ay tinatawag na asymmetrical. Ngunit, mahigpit na nagsasalita, hindi ito ganoon. Sa kaso ng mga asymmetrical figure, ang disorder ng symmetry ay tinatapos lamang, ngunit hindi sa kumpletong kawalan ng symmetry, dahil ang mga figure na ito ay nailalarawan pa rin ng isang walang katapusang bilang ng mga first-order axes, na mga elemento din ng symmetry.

Ang kawalaan ng simetrya ay nauugnay sa kawalan ng lahat ng elemento ng simetrya sa isang bagay. Ang nasabing elemento ay hindi mahahati sa mga bahagi. Ang isang halimbawa ay ang kamay ng tao. Ang kawalaan ng simetrya ay isang kategoryang kabaligtaran ng simetrya, na nagpapakita ng mga kawalan ng timbang na umiiral sa layunin ng mundo na nauugnay sa pagbabago, pag-unlad, at muling pagsasaayos ng mga bahagi ng kabuuan. Tulad ng pinag-uusapan natin ang tungkol sa paggalaw, ibig sabihin ay ang pagkakaisa ng paggalaw at pahinga, ang simetrya at kawalaan ng simetrya ay dalawang polar na magkasalungat ng layunin ng mundo. Sa totoong kalikasan walang purong simetrya at kawalaan ng simetrya. Lagi silang nasa pagkakaisa at patuloy na pakikibaka.

Sa iba't ibang antas ng pag-unlad ng bagay, mayroong alinmang simetrya (relative order) o kawalaan ng simetrya (isang tendensiyang abalahin ang kapayapaan, paggalaw, pag-unlad), ngunit ang dalawang tendensiyang ito ay laging nagkakaisa at ang kanilang pakikibaka ay ganap. Totoo, kahit na ang pinakaperpektong mga kristal ay malayo sa mga kristal ng perpektong hugis at perpektong simetrya na isinasaalang-alang sa crystallography sa kanilang istraktura. Naglalaman ang mga ito ng mga makabuluhang paglihis mula sa perpektong simetrya. Mayroon din silang mga elemento ng kawalaan ng simetrya: mga dislokasyon, mga bakante, na nakakaapekto sa kanilang mga pisikal na katangian.

Ang mga kahulugan ng simetrya at kawalaan ng simetrya ay nagpapahiwatig ng pangkalahatan, pangkalahatang katangian ng simetrya at kawalaan ng simetrya bilang mga katangian ng materyal na mundo. Ang pagsusuri sa konsepto ng simetrya sa pisika at matematika (na may mga bihirang eksepsiyon) ay may posibilidad na ganapin ang simetrya at bigyang-kahulugan ang kawalaan ng simetrya bilang kawalan ng simetrya at kaayusan. Ang antipode ng simetrya ay lilitaw bilang isang purong negatibong konsepto, ngunit karapat-dapat ng pansin. Ang makabuluhang interes sa kawalaan ng simetrya ay lumitaw sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo na may kaugnayan sa mga eksperimento ni L. Pasteur sa pag-aaral at paghihiwalay ng mga stereoisomer.

Dissymmetry . Ang disymmetry ay panloob, o sira, simetrya, i.e. ang bagay ay kulang ng ilang elemento ng simetrya. Halimbawa, ang mga ilog na dumadaloy sa mga meridian ng lupa ay may isang bangko na mas mataas kaysa sa isa (sa Northern Hemisphere, ang kanang pampang ay mas mataas kaysa sa kaliwa, at sa Southern Hemisphere, vice versa). Ayon kay Pasteur, ang isang disymmetrical figure ay isa na hindi maaaring pagsamahin sa kanyang mirror image sa pamamagitan ng simpleng superposition. Ang dami ng symmetry ng isang disymmetric na bagay ay maaaring basta-basta mataas. Ang disymmetry sa pinakamalawak na kahulugan ng pag-unawa nito ay maaaring tukuyin bilang anumang anyo ng approximation mula sa isang walang katapusang simetriko bagay sa isang walang katapusan na walang simetriko.

Antisymmetry . Ang antisymmetry ay tinatawag na opposite symmetry, o symmetry ng opposites. Ito ay nauugnay sa isang pagbabago sa tanda ng figure: mga particle - antiparticle, convexity - concavity, itim - puti, pag-igting - compression, pasulong - paatras, atbp. Ang konseptong ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng halimbawa ng dalawang pares ng itim at puting guwantes. Kung ang dalawang pares ng itim at puting guwantes ay natahi mula sa isang piraso ng katad, ang dalawang panig nito ay pininturahan ng puti at itim, ayon sa pagkakabanggit, kung gayon maaari silang makilala sa batayan ng rightism - leftism, sa pamamagitan ng kulay - blackness at whiteness, sa ibang salita, sa batayan ng sign informism at ilang iba pang sign. Ang operasyon ng antisymmetry ay binubuo ng mga ordinaryong operasyon ng simetrya, na sinamahan ng pagbabago sa pangalawang katangian ng figure.

Supersymmetry Sa mga huling dekada ng ika-20 siglo, nagsimulang bumuo ng isang modelo ng supersymmetry, na iminungkahi ng mga Russian theorists na sina Gelfand at Lichtman. Sa madaling salita, ang kanilang ideya ay, tulad ng may mga ordinaryong sukat ng espasyo at oras, dapat mayroong mga karagdagang sukat na maaaring masukat sa tinatawag na mga numero ng Grassmann. Tulad ng sinabi ni S. Hawking, kahit na ang mga manunulat ng science fiction ay hindi nag-isip ng anumang bagay na kakaiba tulad ng mga sukat ng Grassmann. Sa ating ordinaryong arithmetic, kung ang bilang na 4 na pinarami ng 6 ay kapareho ng 6 na pinarami ng 4. Ngunit ang kakaiba sa mga numero ng Grassmann ay kung ang X ay pinarami ng Y, ito ay katumbas ng minus Y na pinarami ng X. Pakiramdam mo Gaano kalayo ito sa ating mga klasikal na ideya tungkol sa kalikasan at mga pamamaraan ng paglalarawan nito?

Ang simetrya ay maaari ding isaalang-alang sa pamamagitan ng mga anyo ng paggalaw o tinatawag na symmetry operations. Ang mga sumusunod na operasyon ng simetrya ay maaaring makilala:

· pagmuni-muni sa isang eroplano ng simetrya (pagsalamin sa isang salamin);

pag-ikot sa paligid ng axis ng symmetry ( rotational symmetry);

· pagmuni-muni sa gitna ng simetrya (inversion);

ilipat ( broadcast) mga numero sa malayo;

· pagliko ng tornilyo;

· permutation symmetry.

Pagninilay sa eroplano ng simetrya . Ang pagninilay ay ang pinakatanyag at pinakamadalas na natagpuang uri ng simetrya sa kalikasan. Ginawa ng salamin kung ano mismo ang "nakikita" nito, ngunit ang pagkakasunud-sunod na isinasaalang-alang ay nabaligtad: ang kanang kamay ng iyong double ay magiging kanyang kaliwang kamay, dahil ang mga daliri ay nakaayos sa reverse order. Malamang na pamilyar ang lahat sa pelikulang "The Kingdom of Crooked Mirrors" mula pagkabata, kung saan binasa ang mga pangalan ng lahat ng mga character sa reverse order. Ang simetrya ng salamin ay matatagpuan sa lahat ng dako: sa mga dahon at bulaklak ng mga halaman, arkitektura, mga burloloy. Ang katawan ng tao, kung pag-uusapan lamang natin ang tungkol sa hitsura nito, ay may mirror symmetry, bagaman hindi masyadong mahigpit. Bukod dito, ang simetrya ng salamin ay likas sa mga katawan ng halos lahat ng nabubuhay na nilalang, at ang gayong pagkakataon ay hindi sinasadya. Ang kahalagahan ng konsepto ng mirror symmetry ay halos hindi ma-overestimated.

Anumang bagay na maaaring hatiin sa dalawang mala-salamin na halves ay may mirror symmetry. Ang bawat isa sa mga halves ay nagsisilbing salamin na imahe ng isa pa, at ang eroplano na naghihiwalay sa kanila ay tinatawag na eroplano ng salamin na salamin, o simpleng salamin na eroplano. Ang eroplanong ito ay maaaring tawaging isang elemento ng simetrya, at ang kaukulang operasyon ay maaaring tawaging isang operasyon ng simetrya . Nakakatagpo tayo ng mga three-dimensional na simetriko na pattern araw-araw: ito ay maraming mga modernong gusali ng tirahan, at kung minsan ang mga buong bloke, mga kahon at mga kahon ay nakatambak sa mga bodega; ang mga atomo ng isang sangkap sa isang mala-kristal na estado ay bumubuo ng isang kristal na sala-sala - isang elemento ng tatlong-dimensional simetriya. Sa lahat ng mga kasong ito, ang tamang lokasyon ay nagbibigay-daan para sa matipid na paggamit ng espasyo at tinitiyak ang katatagan.

Ang isang kahanga-hangang halimbawa ng mirror symmetry sa panitikan ay ang "nagbabago" na parirala: "At ang rosas ay nahulog sa paa ni Azor." . Sa linyang ito, ang sentro ng mirror symmetry ay ang titik na "n", na nauugnay sa kung saan ang lahat ng iba pang mga titik (hindi isinasaalang-alang ang mga puwang sa pagitan ng mga salita) ay matatagpuan sa magkabilang kabaligtaran na pagkakasunud-sunod.

Paikot na simetrya . Ang hitsura ng pattern ay hindi magbabago kung ito ay paikutin sa isang tiyak na anggulo sa paligid ng axis nito. Ang simetrya na lumitaw sa kasong ito ay tinatawag na rotational symmetry . Ang isang halimbawa ay ang laro ng mga bata na "pinwheel" na may rotational symmetry. Sa maraming mga sayaw, ang mga figure ay batay sa mga rotational na paggalaw, kadalasang ginaganap lamang sa isang direksyon (i.e. walang pagmuni-muni), halimbawa, mga round dances.

Ang mga dahon at bulaklak ng maraming halaman ay nagpapakita ng radial symmetry. Ito ay isang simetrya kung saan ang isang dahon o bulaklak, na umiikot sa axis ng simetrya, ay nagiging sarili nito. Sa mga cross section ng mga tissue na bumubuo sa ugat o stem ng isang halaman, malinaw na nakikita ang radial symmetry. Ang mga inflorescences ng maraming bulaklak ay mayroon ding radial symmetry.

Reflection sa gitna ng simetrya . Ang isang halimbawa ng isang bagay na may pinakamataas na simetrya, na nagpapakilala sa operasyong ito ng simetrya, ay isang bola. Ang mga spherical form ay medyo laganap sa kalikasan. Karaniwan ang mga ito sa kapaligiran (mga patak ng fog, ulap), hydrosphere (iba't ibang microorganism), lithosphere at espasyo. Ang mga spores at pollen ng mga halaman, mga patak ng tubig na inilabas sa isang estado ng walang timbang sa isang sasakyang pangalangaang ay may spherical na hugis. Sa antas ng metagalactic, ang pinakamalaking spherical na istruktura ay mga spherical galaxies. Ang mas siksik na kumpol ng kalawakan, mas malapit ito sa isang spherical na hugis. Ang mga kumpol ng bituin ay spherical din.

Pagsasalin, o paglipat ng isang pigura sa isang distansya . Ang pagsasalin, o parallel na paglipat ng isang figure sa isang distansya, ay anumang walang limitasyong paulit-ulit na pattern. Maaari itong maging one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional. Ang pagsasalin sa pareho o magkasalungat na direksyon ay bumubuo ng one-dimensional na pattern. Ang pagsasalin sa dalawang di-parallel na direksyon ay bumubuo ng isang two-dimensional na pattern. Ang mga parquet floor, pattern ng wallpaper, lace ribbons, mga landas na sementado ng mga brick o tile, ang mga mala-kristal na figure ay bumubuo ng mga pattern na walang natural na mga hangganan. Kapag pinag-aaralan ang mga pattern na ginamit sa pag-print ng libro, ang parehong mga elemento ng simetrya ay natuklasan tulad ng sa disenyo ng mga naka-tile na sahig. Ang mga pandekorasyon na hangganan ay nauugnay sa musika. Sa musika, ang mga elemento ng simetriko na konstruksyon ay kinabibilangan ng mga operasyon ng pag-uulit (pagsasalin) at pagbaliktad (pagninilay). Ito ang mga elemento ng simetriya na matatagpuan sa mga hangganan. Bagama't ang karamihan sa musika ay hindi mahigpit na simetriko, maraming piraso ng musika ang nakabatay sa mga operasyong simetriko. Ang mga ito ay lalo na kapansin-pansin sa mga kanta ng mga bata, na, tila, ay napakadaling matandaan. Ang mga operasyon ng simetrya ay matatagpuan sa musika ng Middle Ages at Renaissance, sa musika ng panahon ng Baroque (kadalasan sa isang napaka sopistikadong anyo). Noong panahon ng I.S. Bach, nang ang simetrya ay isang mahalagang prinsipyo ng komposisyon, isang uri ng musikal na palaisipan na laro ay naging laganap. Ang isa sa kanila ay upang malutas ang mahiwagang "canon". Ang Kanon ay isang anyo ng polyphonic music batay sa pagsasagawa ng isang tema na pinamumunuan ng isang boses sa iba pang mga boses. Ang kompositor ay magmumungkahi ng isang tema, at ang mga tagapakinig ay kailangang hulaan ang mga operasyon ng simetrya na nais niyang gamitin sa pag-uulit ng tema.

Ang kalikasan ay nagtatakda ng mga puzzle ng kabaligtaran na uri: inaalok sa amin ang isang nakumpletong canon, at dapat naming mahanap ang mga patakaran at motibo na pinagbabatayan ng mga umiiral na pattern at simetrya, at kabaliktaran, maghanap ng mga pattern na lumitaw kapag inuulit ang isang motibo ayon sa iba't ibang mga panuntunan. Ang unang diskarte ay humahantong sa pag-aaral ng istraktura ng bagay, sining, musika, at pag-iisip. Ang pangalawang diskarte ay humaharap sa amin sa problema ng disenyo o plano, na nag-aalala sa mga artista, arkitekto, musikero, at siyentipiko mula noong sinaunang panahon.

Helical turns . Ang pagsasalin ay maaaring pagsamahin sa pagmuni-muni o pag-ikot, na lumilikha ng mga bagong operasyon ng symmetry. Ang isang pag-ikot ng isang tiyak na bilang ng mga degree, na sinamahan ng isang pagsasalin sa isang distansya kasama ang axis ng pag-ikot, ay bumubuo ng helical symmetry - ang simetrya ng isang spiral staircase. Ang isang halimbawa ng helical symmetry ay ang pagkakaayos ng mga dahon sa tangkay ng maraming halaman. Ang ulo ng sunflower ay may mga shoots na nakaayos sa mga geometric na spiral, na nakakalas mula sa gitna palabas. Ang pinakabatang miyembro ng spiral ay nasa gitna. Sa ganitong mga sistema, mapapansin ng isa ang dalawang pamilya ng mga spiral, na nag-unwinding sa magkasalungat na direksyon at nagsa-intersecting sa mga anggulo na malapit sa mga tuwid na linya. Ngunit gaano man kawili-wili at kaakit-akit ang mga pagpapakita ng simetrya sa mundo ng halaman, mayroon pa ring maraming mga lihim na kumokontrol sa mga proseso ng pag-unlad. Kasunod ni Goethe, na nagsalita tungkol sa ugali ng kalikasan patungo sa isang spiral, maaari nating ipagpalagay na ang paggalaw na ito ay isinasagawa kasama ng isang logarithmic spiral, sa bawat oras na nagsisimula mula sa isang sentral, nakapirming punto at pinagsasama ang paggalaw ng pagsasalin (stretching) na may isang pag-ikot.

Commutation symmetry . Ang karagdagang pagpapalawak ng bilang ng mga pisikal na symmetries ay nauugnay sa pag-unlad ng quantum mechanics. Ang isa sa mga espesyal na uri ng simetrya sa microcosm ay ang permutation symmetry. Ito ay batay sa pangunahing indistinguishability ng magkatulad na microparticle, na hindi gumagalaw kasama ang mga tiyak na tilapon, at ang kanilang mga posisyon ay tinatantya ayon sa mga probabilistikong katangian na nauugnay sa parisukat ng modulus ng wave function. Ang commutation symmetry ay nakasalalay sa katotohanan na kapag ang mga quantum particle ay "muling inayos," ang probabilistic na katangian ay hindi nagbabago; ang squared modulus ng wave function ay isang pare-parehong halaga.

Simetrya ng pagkakatulad . Ang isa pang uri ng simetrya ay ang simetrya ng pagkakatulad, na nauugnay sa sabay-sabay na pagtaas o pagbaba ng magkatulad na bahagi ng figure at ang mga distansya sa pagitan ng mga ito. Ang isang halimbawa ng ganitong uri ng simetrya ay ang matryoshka doll. Ang ganitong simetrya ay laganap sa buhay na kalikasan. Ito ay ipinapakita ng lahat ng lumalagong organismo.

Ang mga isyu sa simetriya ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa modernong pisika. Ang mga dinamikong batas ng kalikasan ay nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga uri ng simetrya. Sa pangkalahatang kahulugan, ang symmetry ng mga pisikal na batas ay nangangahulugan ng kanilang invariance na may kinalaman sa ilang mga pagbabago. Dapat ding tandaan na ang mga uri ng symmetry na isinasaalang-alang ay may ilang mga limitasyon ng pagkakalapat. Halimbawa, ang simetrya ng kanan at kaliwa ay umiiral lamang sa rehiyon ng malakas na pakikipag-ugnayan ng electromagnetic, ngunit nilalabag sa mga mahina. Ang isotopic invariance ay may bisa lamang kapag ang mga electromagnetic na pwersa ay isinasaalang-alang. Upang mailapat ang konsepto ng simetrya, maaari mong ipakilala ang isang tiyak na istraktura na isinasaalang-alang ang apat na mga kadahilanan:

· bagay o phenomenon na pinag-aaralan;

· pagbabagong-anyo na may kaugnayan sa kung saan ang simetrya ay isinasaalang-alang;

· Invariance ng anumang katangian ng isang bagay o phenomenon, na nagpapahayag ng symmetry na pinag-uusapan. Ang koneksyon sa pagitan ng simetrya ng mga pisikal na batas at mga batas sa konserbasyon;

· mga limitasyon ng applicability ng iba't ibang uri ng symmetry.

Ang pag-aaral ng mga katangian ng simetrya ng mga pisikal na sistema o batas ay nangangailangan ng paggamit ng espesyal na pagsusuri sa matematika, pangunahin ang mga konsepto ng teorya ng grupo, na kasalukuyang pinaka-binuo sa solid state physics at crystallography.

Kabanata 3. Mga uri ng mga depekto sa solids

Ang lahat ng mga tunay na solido, parehong single-crystalline at polycrystalline, ay naglalaman ng tinatawag na mga depekto sa istruktura, mga uri, konsentrasyon, at pag-uugali na kung saan ay napaka-magkakaibang at nakasalalay sa kalikasan, mga kondisyon ng pagkuha ng mga materyales at ang likas na katangian ng mga panlabas na impluwensya. Karamihan sa mga depekto na nilikha ng mga panlabas na impluwensya ay thermodynamically hindi matatag, at ang estado ng system sa kasong ito ay nasasabik (nonequilibrium). Ang ganitong mga panlabas na impluwensya ay maaaring temperatura, presyon, pag-iilaw sa mga particle at mataas na enerhiya quanta, ang pagpapakilala ng mga impurities, phase hardening sa panahon ng polymorphic at iba pang mga pagbabagong-anyo, mekanikal na mga epekto, atbp. Ang paglipat sa isang estado ng balanse ay maaaring maganap sa iba't ibang paraan at, bilang isang panuntunan, ay natanto sa pamamagitan ng isang serye metatable estado.

Ang mga depekto ng parehong mga uri, na nakikipag-ugnayan sa mga depekto ng pareho o ibang uri, ay maaaring puksain o bumuo ng mga bagong asosasyon ng mga depekto. Ang mga prosesong ito ay sinamahan ng pagbawas sa enerhiya ng system.

Batay sa bilang ng mga direksyon N kung saan ang paglabag sa pana-panahong pag-aayos ng mga atom sa kristal na sala-sala, na sanhi ng isang naibigay na depekto, ay umaabot, ang mga depekto ay nakikilala:

· Punto (zero-dimensional, N=0);

· Linear (one-dimensional, N=1);

· Ibabaw (two-dimensional, N=2);

· Dami (three-dimensional, N=3);

Ngayon ay isasaalang-alang namin ang bawat depekto nang detalyado.

3.1 Mga depekto sa punto

Sa zero-dimensional (o punto) Kasama sa mga depektong kristal ang lahat ng mga depekto na nauugnay sa pag-alis o pagpapalit ng isang maliit na grupo ng mga atomo, pati na rin sa mga dumi. Bumangon sila sa panahon ng pag-init, doping, sa panahon ng paglaki ng kristal at bilang isang resulta ng pagkakalantad sa radiation. Maaari din silang ipakilala bilang resulta ng pagtatanim. Ang mga katangian ng naturang mga depekto at ang mga mekanismo ng kanilang pagbuo ay pinakamahusay na pinag-aralan, kabilang ang paggalaw, pakikipag-ugnayan, paglipol, at pagsingaw.

· Bakante - isang libre, walang tao na atom, node ng kristal na sala-sala.

· Wastong interstitial atom - isang atom ng pangunahing elemento na matatagpuan sa interstitial na posisyon ng unit cell.

· Impurity atom substitution - pagpapalit ng atom ng isang uri ng atom ng ibang uri sa node ng crystal lattice. Ang mga posisyon ng pagpapalit ay maaaring maglaman ng mga atom na medyo maliit ang pagkakaiba sa laki at mga elektronikong katangian mula sa mga base atom.

· Interstitial impurity atom - ang impurity atom ay matatagpuan sa interstices ng crystal lattice. Sa mga metal, ang mga interstitial impurities ay karaniwang hydrogen, carbon, nitrogen at oxygen. Sa semiconductors, ito ay mga dumi na lumilikha ng malalim na antas ng enerhiya sa bandgap, tulad ng tanso at ginto sa silikon.

Ang mga kumplikadong binubuo ng ilang mga depekto sa punto ay madalas ding nakikita sa mga kristal, halimbawa, isang depekto sa Frenkel (bakante + sariling interstitial atom), bivacancy (bakante + bakante), A-center (bakante + oxygen atom sa silicon at germanium), atbp.

Thermodynamics ng mga depekto sa punto. Ang mga depekto sa punto ay nagpapataas ng enerhiya ng kristal, dahil ang isang tiyak na halaga ng enerhiya ay ginugol upang mabuo ang bawat depekto. Ang elastic deformation ay nagdudulot ng napakaliit na bahagi ng vacancy formation energy, dahil ang mga displacement ng ion ay hindi lalampas sa 1% at ang katumbas na deformation energy ay ikasampu ng isang eV. Sa panahon ng pagbuo ng isang interstitial atom, ang mga displacement ng mga kalapit na ion ay maaaring umabot sa 20% ng interatomic na distansya, at ang kaukulang enerhiya ng elastic deformation ng sala-sala ay maaaring umabot sa ilang eV. Ang pangunahing bahagi ng pagbuo ng isang depekto sa punto ay nauugnay sa isang paglabag sa periodicity ng atomic na istraktura at ang mga puwersa ng pagbubuklod sa pagitan ng mga atomo. Ang isang depekto sa punto sa isang metal ay nakikipag-ugnayan sa buong electron gas. Ang pag-alis ng isang positibong ion mula sa isang site ay katumbas ng pagpapakilala ng isang puntong negatibong singil; Ang mga conduction electron ay tinataboy mula sa singil na ito, na nagiging sanhi ng pagtaas ng kanilang enerhiya. Ang mga teoretikal na kalkulasyon ay nagpapakita na ang enerhiya ng pagbuo ng isang bakante sa fcc sala-sala ng tanso ay humigit-kumulang 1 eV, at ang enerhiya ng isang interstitial atom ay mula 2.5 hanggang 3.5 eV.

Sa kabila ng pagtaas ng enerhiya ng kristal sa panahon ng pagbuo ng sarili nitong mga depekto sa punto, maaari silang nasa thermodynamic equilibrium sa sala-sala, dahil ang kanilang pagbuo ay humahantong sa pagtaas ng entropy. Sa mataas na temperatura, ang pagtaas sa entropy term TS ng libreng enerhiya dahil sa pagbuo ng mga depekto sa punto ay nagbabayad para sa pagtaas ng kabuuang enerhiya ng kristal U, at ang libreng enerhiya ay lumalabas na minimal.

Equilibrium na konsentrasyon ng mga bakante:

saan E 0 - enerhiya ng pagbuo ng isang bakante, k- Boltzmann pare-pareho, T- ganap na temperatura. Ang parehong formula ay may bisa para sa mga interstitial na atom. Ang formula ay nagpapakita na ang konsentrasyon ng mga bakante ay dapat na lubos na nakadepende sa temperatura. Ang formula para sa pagkalkula ay simple, ngunit ang eksaktong dami ng mga halaga ay maaaring makuha lamang sa pamamagitan ng pag-alam sa halaga ng enerhiya ng pagbuo ng depekto. Napakahirap kalkulahin ang halagang ito ayon sa teorya, kaya dapat makuntento ang isa sa mga tinatayang pagtatantya lamang.

Dahil ang enerhiya ng pagbuo ng depekto ay kasama sa exponent, ang pagkakaibang ito ay nagdudulot ng malaking pagkakaiba sa konsentrasyon ng mga bakante at interstitial atoms. Kaya, sa 1000 °C sa tanso, ang konsentrasyon ng interstitial atoms ay 10?39 lamang, na 35 order ng magnitude na mas mababa kaysa sa konsentrasyon ng mga bakante sa temperaturang ito. Sa mga siksik na packing, na katangian ng karamihan sa mga metal, napakahirap para sa mga interstitial na atom na mabuo, at ang mga bakante sa naturang mga kristal ay ang pangunahing mga depekto sa punto (hindi binibilang ang mga atomo ng karumihan).

Paglipat ng mga depekto sa punto. Ang mga atom na sumasailalim sa vibrational motion ay patuloy na nagpapalitan ng enerhiya. Dahil sa randomness ng thermal motion, ang enerhiya ay hindi pantay na ipinamamahagi sa pagitan ng iba't ibang mga atomo. Sa ilang mga punto, ang isang atom ay maaaring makatanggap ng labis na enerhiya mula sa mga kapitbahay nito na sasakupin nito ang isang kalapit na posisyon sa sala-sala. Ito ay kung paano nangyayari ang paglipat (paggalaw) ng mga depekto sa punto sa karamihan ng mga kristal.

Kung ang isa sa mga atomo na nakapalibot sa isang bakante ay lilipat sa isang bakanteng lugar, kung gayon ang bakante ay lilipat sa lugar nito. Ang magkakasunod na elementarya na pagkilos ng pag-aalis ng isang tiyak na bakante ay isinasagawa ng iba't ibang mga atomo. Ang figure ay nagpapakita na sa isang layer ng close-packed na mga bola (atoms), upang ilipat ang isa sa mga bola sa isang bakanteng lugar, dapat itong maghiwalay ng mga bola 1 at 2. Dahil dito, upang lumipat mula sa isang posisyon sa isang node, kung saan ang enerhiya ng atom ay minimal, sa isang katabing bakanteng node, kung saan ang enerhiya ay minimal, ang atom ay dapat dumaan sa isang estado na may tumaas na potensyal na enerhiya at pagtagumpayan ang energy barrier. Para dito, kinakailangan para sa atom na makatanggap mula sa mga kapitbahay nito ng labis na enerhiya, na nawawala habang "pinipisil" sa isang bagong posisyon. Ang taas ng energy barrier E m ay tinatawag bakanteng migration activation energy.

Pinagmumulan at paglubog ng mga depekto sa punto. Ang pangunahing pinagmumulan at lababo ng mga depekto sa punto ay mga linear at surface na depekto. Sa malalaking perpektong solong kristal, ang agnas ng isang supersaturated solid solution ng sarili nitong mga depekto sa punto ay posible sa pagbuo ng tinatawag na. mga microdefect.

Mga kumplikado ng mga depekto sa punto. Ang pinakasimpleng kumplikado ng mga depekto sa punto ay isang bivacancy (divacancy): dalawang bakante na matatagpuan sa katabing mga lattice site. Ang mga complex na binubuo ng dalawa o higit pang impurity atoms, pati na rin ang impurity atoms at ang kanilang sariling point defects, ay may malaking papel sa mga metal at semiconductors. Sa partikular, ang mga naturang complex ay maaaring makabuluhang makaapekto sa lakas, elektrikal at optical na mga katangian ng mga solido.

3.2 Mga linear na depekto

Ang isang-dimensional (linear) na mga depekto ay mga depekto ng kristal, ang laki ng kung saan sa isang direksyon ay mas malaki kaysa sa parameter ng sala-sala, at sa iba pang dalawa - maihahambing dito. Kasama sa mga linear na depekto ang mga dislokasyon at disklinasyon. Pangkalahatang kahulugan: ang dislokasyon ay ang hangganan ng isang lugar ng hindi kumpletong paggugupit sa isang kristal. Ang mga dislokasyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang shear vector (Burger vector) at isang anggulo μ sa pagitan nito at ng linya ng dislokasyon. Kapag μ = 0, ang dislokasyon ay tinatawag na screw dislocation; sa c=90° - gilid; sa iba pang mga anggulo ito ay halo-halong at pagkatapos ay maaaring mabulok sa helical at gilid na mga bahagi. Lumilitaw ang mga dislokasyon sa panahon ng paglaki ng kristal; sa panahon ng plastic deformation nito at sa maraming iba pang mga kaso. Ang kanilang pamamahagi at pag-uugali sa ilalim ng mga panlabas na impluwensya ay tumutukoy sa pinakamahalagang mekanikal na katangian, sa partikular tulad ng lakas, kalagkitan, atbp. Ang disklinasyon ay ang hangganan ng rehiyon ng hindi kumpletong pag-ikot sa kristal. Nailalarawan sa pamamagitan ng isang rotation vector.

3.3 Mga depekto sa ibabaw

Ang pangunahing kinatawan ng depekto ng klase na ito ay ang ibabaw ng kristal. Ang iba pang mga kaso ay mga hangganan ng butil ng isang materyal, kabilang ang mga hangganan ng mababang anggulo (kumakatawan sa mga asosasyon ng mga dislokasyon), mga twinning plane, mga phase interface, atbp.

3.4 Mga depekto sa volumetric

Kabilang dito ang mga kumpol ng mga bakante na bumubuo ng mga pores at channel; mga particle na idineposito sa iba't ibang mga depekto (dekorasyon), halimbawa, mga bula ng gas, mga bula ng alak ng ina; akumulasyon ng mga impurities sa anyo ng mga sektor (hourglasses) at paglago zone. Bilang isang patakaran, ito ay mga pores o mga pagsasama ng mga yugto ng karumihan. Sila ay isang kalipunan ng maraming mga depekto. Pinagmulan: pagkagambala sa mga rehimen ng paglago ng kristal, agnas ng isang supersaturated na solidong solusyon, kontaminasyon ng mga sample. Sa ilang mga kaso (halimbawa, sa panahon ng pagtigas ng ulan), ang mga volumetric na depekto ay espesyal na ipinakilala sa materyal upang baguhin ang mga pisikal na katangian nito.

Kabanata 4. Natanggapwalang kristal

Ang pag-unlad ng agham at teknolohiya ay humantong sa katotohanan na maraming mahahalagang bato o simpleng kristal na bihirang matagpuan sa kalikasan ay naging lubhang kailangan para sa paggawa ng mga bahagi ng mga aparato at makina, para sa siyentipikong pananaliksik. Ang pangangailangan para sa maraming mga kristal ay tumaas nang labis na imposibleng matugunan ito sa pamamagitan ng pagpapalawak ng sukat ng produksyon ng luma at paghahanap ng mga bagong likas na deposito.

Bilang karagdagan, maraming mga sangay ng teknolohiya at lalo na ang siyentipikong pananaliksik ay lalong nangangailangan ng mga solong kristal ng napakataas na kadalisayan ng kemikal na may perpektong istraktura ng kristal. Ang mga kristal na matatagpuan sa kalikasan ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangang ito, dahil lumalaki sila sa mga kondisyon na napakalayo sa perpekto.

Kaya, ang gawain ay lumitaw sa pagbuo ng isang teknolohiya para sa artipisyal na paggawa ng mga solong kristal ng maraming elemento at mga compound ng kemikal.

Ang pagbuo ng isang medyo simpleng paraan ng paggawa ng isang "hiyas" ay humahantong sa katotohanan na ito ay tumigil sa pagiging mahalaga. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang karamihan sa mga mahalagang bato ay mga kristal ng mga elemento ng kemikal at mga compound na laganap sa kalikasan. Kaya, ang brilyante ay isang carbon crystal, ang ruby ​​​​at sapphire ay mga aluminum oxide na kristal na may iba't ibang mga impurities.

Isaalang-alang natin ang mga pangunahing paraan ng paglaki ng mga solong kristal. Sa unang sulyap, maaaring mukhang napakasimple ng pagkikristal mula sa pagkatunaw. Ito ay sapat na upang painitin ang sangkap sa itaas ng punto ng pagkatunaw nito, kumuha ng matunaw, at pagkatapos ay palamig ito. Sa prinsipyo, ito ang tamang paraan, ngunit kung ang mga espesyal na hakbang ay hindi kinuha, pagkatapos ay sa pinakamainam na magtatapos ka sa isang polycrystalline sample. At kung ang eksperimento ay isinasagawa, halimbawa, na may kuwarts, asupre, siliniyum, asukal, na, depende sa rate ng paglamig ng kanilang mga natutunaw, ay maaaring patigasin sa isang mala-kristal o amorphous na estado, kung gayon walang garantiya na ang isang amorphous na katawan hindi makukuha.

Upang mapalago ang isang solong kristal, ang mabagal na paglamig ay hindi sapat. Kinakailangan munang palamigin ang isang maliit na bahagi ng natutunaw at kumuha ng "nucleation" ng isang kristal sa loob nito, at pagkatapos, sunud-sunod na pagpapalamig ng natutunaw na nakapalibot sa "nucleation", payagan ang kristal na lumago sa buong dami ng matunaw. Ang prosesong ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng dahan-dahang pagbaba ng isang tunawan na naglalaman ng tunawin sa pamamagitan ng isang butas sa isang vertical tube furnace. Ang kristal ay nag-nucleate sa ilalim ng tunawan, dahil ito ay unang pumasok sa rehiyon ng mas mababang temperatura, at pagkatapos ay unti-unting lumalaki sa buong dami ng matunaw. Ang ilalim ng crucible ay espesyal na ginawang makitid, itinuro sa isang kono, upang ang isang mala-kristal na nucleus lamang ang matatagpuan dito.

Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit upang palaguin ang mga kristal ng sink, pilak, aluminyo, tanso at iba pang mga metal, pati na rin ang sodium chloride, potassium bromide, lithium fluoride at iba pang mga asing-gamot na ginagamit sa optical industry. Sa isang araw maaari kang magtanim ng isang rock salt crystal na tumitimbang ng halos isang kilo.

Ang kawalan ng inilarawan na pamamaraan ay ang kontaminasyon ng mga kristal sa pamamagitan ng materyal na crucible. katangian ng simetrya ng depekto ng kristal

Ang walang crucible na paraan ng lumalagong mga kristal mula sa isang natunaw, na ginagamit upang lumaki, halimbawa, corundum (rubies, sapphires), ay walang ganitong disbentaha. Ang pinakamahusay na aluminyo oxide powder mula sa mga butil na 2-100 microns ang laki ay ibinuhos sa isang manipis na stream mula sa hopper, dumadaan sa isang oxygen-hydrogen na apoy, natutunaw at nahuhulog sa anyo ng mga patak sa isang baras ng refractory na materyal. Ang temperatura ng baras ay pinananatili nang bahagya sa ibaba ng punto ng pagkatunaw ng aluminum oxide (2030°C). Ang mga patak ng aluminum oxide ay lumalamig dito at bumubuo ng isang crust ng sintered corundum mass. Ang mekanismo ng orasan ay dahan-dahan (10-20 mm / h) ay nagpapababa ng baras, at ang isang hindi pinutol na kristal na corundum ay unti-unting lumalaki dito, na hugis tulad ng isang baligtad na peras, ang tinatawag na boule.

Tulad ng sa kalikasan, ang pagkuha ng mga kristal mula sa solusyon ay bumaba sa dalawang pamamaraan. Ang una sa mga ito ay binubuo ng dahan-dahang pagsingaw ng solvent mula sa isang puspos na solusyon, at ang pangalawa ng dahan-dahang pagbaba ng temperatura ng solusyon. Ang pangalawang paraan ay mas madalas na ginagamit. Ang tubig, alkohol, acid, tinunaw na asin at metal ay ginagamit bilang mga solvent. Ang isang kawalan ng mga pamamaraan para sa lumalagong mga kristal mula sa solusyon ay ang posibilidad ng kontaminasyon ng mga kristal na may mga solvent na particle.

Ang kristal ay lumalaki mula sa mga lugar ng supersaturated na solusyon na agad na pumapalibot dito. Bilang isang resulta, ang solusyon na malapit sa kristal ay lumalabas na hindi gaanong supersaturated kaysa malayo dito. Dahil ang isang supersaturated na solusyon ay mas mabigat kaysa sa isang saturated, palaging may pataas na daloy ng "ginamit" na solusyon sa ibabaw ng ibabaw ng lumalagong kristal. Kung walang ganoong pagpapakilos ng solusyon, ang paglaki ng kristal ay mabilis na titigil. Samakatuwid, ang solusyon ay madalas na karagdagang hinalo o ang kristal ay naayos sa isang umiikot na may hawak. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na palaguin ang mas advanced na mga kristal.

Ang mas mababang rate ng paglago, mas mahusay ang mga kristal na nakuha. Nalalapat ang panuntunang ito sa lahat ng paraan ng paglaki. Ang asukal at table salt crystal ay madaling makuha mula sa isang may tubig na solusyon sa bahay. Ngunit, sa kasamaang-palad, hindi lahat ng mga kristal ay madaling palaguin. Halimbawa, ang paggawa ng mga kristal na kuwarts mula sa solusyon ay nangyayari sa temperatura na 400°C at isang presyon ng 1000 at.

Kabanata 5. Mga Katangian ng Kristal

Sa pagtingin sa iba't ibang mga kristal, nakikita natin na lahat sila ay magkakaiba sa hugis, ngunit ang bawat isa sa kanila ay kumakatawan sa isang simetriko na katawan. Sa katunayan, ang simetrya ay isa sa mga pangunahing katangian ng mga kristal. Tinatawag namin ang mga katawan na simetriko kung binubuo sila ng pantay, magkaparehong mga bahagi.

Ang lahat ng mga kristal ay simetriko. Nangangahulugan ito na sa bawat mala-kristal na polyhedron ang isa ay makakahanap ng mga eroplano ng simetrya, mga palakol ng simetrya, mga sentro ng simetrya at iba pang mga elemento ng simetrya upang magkasya ang magkaparehong bahagi ng polyhedron. Ipakilala natin ang isa pang konsepto na may kaugnayan sa simetrya - polarity.

Ang bawat mala-kristal na polyhedron ay may isang tiyak na hanay ng mga elemento ng simetrya. Ang kumpletong hanay ng lahat ng mga elemento ng symmetry na likas sa isang ibinigay na kristal ay tinatawag na isang symmetry class. Limitado ang kanilang bilang. Ito ay mathematically proven na mayroong 32 uri ng simetriya sa mga kristal.

Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang mga uri ng simetrya sa isang kristal. Una sa lahat, ang mga kristal ay maaaring magkaroon ng symmetry axes na 1, 2, 3, 4 at 6 na order lamang. Malinaw, ang mga symmetry axes ng ika-5, ika-7 at mas mataas na mga order ay hindi posible, dahil sa gayong istraktura, ang mga atomic row at network ay hindi pupunuin ang espasyo nang tuluy-tuloy; lilitaw ang mga void at gaps sa pagitan ng mga posisyon ng equilibrium ng mga atom. Ang mga atomo ay hindi nasa pinaka matatag na posisyon, at ang kristal na istraktura ay babagsak.

Sa isang mala-kristal na polyhedron maaari kang makahanap ng iba't ibang mga kumbinasyon ng mga elemento ng simetrya - ang ilan ay kakaunti, ang iba ay marami. Ayon sa simetrya, pangunahin sa kahabaan ng mga axes ng simetrya, ang mga kristal ay nahahati sa tatlong kategorya.

Kasama sa pinakamataas na kategorya ang mga pinaka-symmetrical na kristal; maaaring mayroon silang ilang symmetry axes ng mga order 2, 3 at 4, walang axes ng ika-6 na order, maaaring mayroon silang mga eroplano at sentro ng simetriya. Kasama sa mga hugis na ito ang cube, octahedron, tetrahedron, atbp. Lahat sila ay may isang karaniwang katangian: halos pareho sila sa lahat ng direksyon.

Ang mga kristal ng gitnang kategorya ay maaaring magkaroon ng mga palakol na 3, 4 at 6 na mga order, ngunit isa-isa lang. Maaaring mayroong ilang mga palakol ng pagkakasunud-sunod 2; posible ang mga eroplano ng simetrya at mga sentro ng simetriya. Ang mga hugis ng mga kristal na ito: prisms, pyramids, atbp. Karaniwang tampok: isang matalim na pagkakaiba sa kahabaan at sa kabuuan ng pangunahing axis ng symmetry.

Ang mga kristal sa pinakamataas na kategorya ay kinabibilangan ng: brilyante, kuwarts, germanium, silikon, tanso, aluminyo, ginto, pilak, kulay abong lata, tungsten, bakal. Sa gitnang kategorya: graphite, ruby, quartz, zinc, magnesium, white tin, tourmaline, beryl. Sa pinakamababa: dyipsum, mika, tanso sulpate, asin Rochelle, atbp. Siyempre, hindi inilista ng listahang ito ang lahat ng umiiral na mga kristal, ngunit ang pinakatanyag sa kanila.

Ang mga kategorya ay nahahati naman sa pitong sistema. Isinalin mula sa Griyego, ang "syngoniya" ay nangangahulugang "katulad na anggulo." Ang mga kristal na may magkaparehong mga palakol ng simetrya, at samakatuwid ay may katulad na mga anggulo ng pag-ikot sa istraktura, ay pinagsama sa isang sistemang kristal.

Ang mga pisikal na katangian ng mga kristal ay kadalasang nakasalalay sa kanilang istraktura at kemikal na komposisyon.

Una, ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit ng dalawang pangunahing katangian ng mga kristal. Ang isa sa kanila ay anisotropy. Ang terminong ito ay nangangahulugan ng pagbabago sa mga katangian depende sa direksyon. Kasabay nito, ang mga kristal ay magkakatulad na katawan. Ang homogeneity ng isang mala-kristal na substansiya ay binubuo sa katotohanan na ang dalawang seksyon ng parehong hugis at parehong oryentasyon ay may magkaparehong mga katangian.

Pag-usapan muna natin ang tungkol sa mga katangian ng kuryente. Sa prinsipyo, ang mga de-koryenteng katangian ng mga kristal ay maaaring isaalang-alang gamit ang halimbawa ng mga metal, dahil ang mga metal, sa isa sa kanilang mga estado, ay maaaring maging mga kristal na pinagsama-samang. Ang mga electron, na malayang gumagalaw sa metal, ay hindi maaaring lumabas; nangangailangan ito ng enerhiya. Kung ang nagliliwanag na enerhiya ay ginugol sa kasong ito, ang epekto ng abstraction ng elektron ay nagiging sanhi ng tinatawag na photoelectric effect. Ang isang katulad na epekto ay sinusunod sa mga solong kristal. Ang isang electron na napunit mula sa molecular orbit, na natitira sa loob ng kristal, ay nagdudulot ng metallic conductivity sa huli (internal photoelectric effect). Sa ilalim ng normal na mga kondisyon (nang walang pag-iilaw), ang mga naturang koneksyon ay hindi mga conductor ng electric current.

Ang pag-uugali ng mga magagaan na alon sa mga kristal ay pinag-aralan ni E. Bertolin, na siyang unang nakapansin na ang mga alon ay kumikilos nang hindi pamantayan kapag dumadaan sa isang kristal. Isang araw si Bertalin ay nag-sketch ng mga dihedral na anggulo ng Iceland spar, pagkatapos ay inilagay niya ang kristal sa mga guhit, pagkatapos ay nakita ng siyentipiko sa unang pagkakataon na ang bawat linya ay naghiwalay. Siya ay kumbinsido nang maraming beses na ang lahat ng mga kristal na spar ay nagbi-bifurcate ng liwanag, pagkatapos lamang ay nagsulat si Bertalin ng isang treatise na "Mga Eksperimento na may birefringent na Icelandic na kristal, na humantong sa pagtuklas ng isang kahanga-hanga at hindi pangkaraniwang repraksyon" (1669). Ipinadala ng siyentipiko ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento sa mga indibidwal na siyentipiko at akademya sa ilang mga bansa. Ang mga gawa ay tinanggap nang buong kawalan ng tiwala. Ang English Academy of Sciences ay naglaan ng isang grupo ng mga siyentipiko upang subukan ang batas na ito (Newton, Boyle, Hooke, atbp.). Kinikilala ng awtoritatibong komisyon na ito ang kababalaghan bilang aksidente at ang batas ay hindi umiiral. Ang mga resulta ng mga eksperimento ni Bertalin ay nakalimutan.

Pagkalipas lamang ng 20 taon, kinumpirma ni Christiaan Huygens ang kawastuhan ng pagtuklas ni Bertalin at siya mismo ang nakatuklas ng birefringence sa quartz. Maraming mga siyentipiko na kasunod na nag-aral ng ari-arian na ito ay nakumpirma na hindi lamang Iceland spar, kundi pati na rin ang maraming iba pang mga kristal na pinaghiwa-hiwalay ang liwanag.

...

Mga katulad na dokumento

Istraktura ng kristal. Ang papel, paksa at mga gawain ng solid state physics. Crystalline at amorphous na mga katawan. Mga uri ng kristal na sala-sala. Mga uri ng mga bono sa mga kristal. Mga istrukturang kristal ng mga solido. Mga likidong kristal. Mga depekto sa kristal.

lecture, idinagdag 03/13/2007


Ang konsepto at pangunahing tampok ng condensed state of matter, mga proseso ng katangian. Crystalline at amorphous na mga katawan. Ang kakanyahan at mga tampok ng kristal anisotropy. Mga natatanging tampok ng polycrystals at polymers. Mga thermal na katangian at istraktura ng mga kristal.

kurso ng mga lektura, idinagdag noong 02/21/2009


Pangkalahatang katangian ng isang solidong katawan, ang estado nito. Na-localize at na-delocalize ang mga estado ng solid, natatanging katangian. Kakanyahan, mga uri ng mga bono ng kemikal sa mga solido. Mga lokal at hindi lokal na paglalarawan sa mga hindi nababagong sala-sala. Mga depekto sa punto.

tutorial, idinagdag noong 02/21/2009


Ang mga kristal ay tunay na solido. Thermodynamics ng mga depekto sa punto sa mga kristal, ang kanilang paglipat, pinagmumulan at paglubog. Pag-aaral ng dislokasyon, isang linear na depekto sa kristal na istraktura ng mga solido. Dalawang-dimensional at tatlong-dimensional na mga depekto. Amorphous solids.

ulat, idinagdag noong 01/07/2015


Ang solid state physics ay isa sa mga haligi kung saan nakasalalay ang modernong teknolohikal na lipunan. Pisikal na istraktura ng mga solido. Symmetry at pag-uuri ng mga kristal. Mga tampok ng pagpapapangit at stress. Mga depekto sa kristal, mga paraan upang madagdagan ang lakas.

pagtatanghal, idinagdag noong 02/12/2010


Pagdaragdag ng mga elemento ng discontinuum symmetry. Pare-parehong pagmuni-muni sa dalawang magkatulad na eroplano ng simetrya. Ang kabuuan ng eroplano ng simetrya at ang pagsasaling patayo dito. Mga katangian ng pagkilos ng vector ng pagsasalin sa mga palakol na patayo dito.

pagtatanghal, idinagdag noong 09.23.2013


Crystalline at amorphous na estado ng solids, sanhi ng point at linear na mga depekto. Nucleation at paglago ng mga kristal. Artipisyal na produksyon ng mga mahalagang bato, solidong solusyon at likidong kristal. Mga optical na katangian ng cholesteric liquid crystals.

abstract, idinagdag 04/26/2010


Mga katangian ng photoelectric ng hindi magkakatulad na mga sample ng semiconductor. Enerhiya na istraktura ng isang ohmic contact sa pagkakaroon ng hindi pantay na distributed electron traps. Photoelectric properties ng mga kristal na naproseso sa isang gas discharge.

thesis, idinagdag noong 03/18/2008


Mga depekto sa mga tunay na kristal, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng bipolar transistors. Distortion ng crystal lattice sa interstitial at substitutional solid solution. Surface phenomena sa semiconductors. Mga parameter ng transistor at koepisyent ng paglipat ng kasalukuyang emitter.

pagsubok, idinagdag noong 10/22/2009


Hydrogen bonding sa tubig, ang pangunahing pamantayan nito. Maanomalyang katangian ng tubig. Ang konsepto ng electrolysis at electrolytes. Electrocrystallization at mga batas nito. Dynamics ng isang network ng hydrogen bonds sa panahon ng electrocrystallization ng tubig. Crystalline at amorphous na yelo.

Kung ang mga kristal na sala-sala ay stereometrically (spatially) magkapareho o magkatulad (may parehong simetrya), kung gayon ang geometriko na pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay namamalagi, sa partikular, sa iba't ibang mga distansya sa pagitan ng mga particle na sumasakop sa mga site ng sala-sala. Ang mga distansya sa pagitan ng mga particle mismo ay tinatawag na mga parameter ng sala-sala. Ang mga parameter ng sala-sala, pati na rin ang mga anggulo ng geometric polyhedra, ay tinutukoy ng mga pisikal na pamamaraan ng pagsusuri sa istruktura, halimbawa, mga pamamaraan ng pagsusuri sa istruktura ng X-ray.

Mga pinagmumulan

Panitikan

• Chemistry: Sanggunian. ed./ W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Transl. Kasama siya. - M.: Chemistry, 1989.
• Kurso ng pangkalahatang pisika, aklat 3, I. V. Savelyev: Astrel, 2001, ISBN 5-17-004585-9
• Mga Kristal / M. P. Shaskolskaya, 208 pp. 20 cm, 2nd ed., rev. M. Agham 1985

Tingnan din

Mga link

• Mga mineral na kristal, Mga anyo ng natural na pagkatunaw ng kristal
• Ang tanging halaman ng uri nito na gumagawa ng mga Kristal

Wikimedia Foundation. 2010.

Tingnan kung ano ang "Crystalline body" sa iba pang mga diksyunaryo:

Ang lahat ng kinikilala bilang talagang umiiral at sumasakop sa bahagi ng espasyo ay tinatawag na pisikal na T. Anumang pisikal na T. ay nabuo mula sa materya (tingnan ang Sangkap) at, ayon sa pinakalaganap na pagtuturo, ay isang kabuuan... ...

Ang organikong solid state chemistry (Ingles: organic sold state chemistry) ay isang sangay ng solid state chemistry na nag-aaral ng lahat ng uri ng kemikal at physicochemical na aspeto ng mga organic na solid (OSS), sa partikular, ang kanilang synthesis, istraktura, katangian, ... .. . Wikipedia

Isang sangay ng pisika na nag-aaral sa istruktura at katangian ng mga solido. Ang siyentipikong data sa microstructure ng solids at ang pisikal at kemikal na mga katangian ng kanilang mga constituent atoms ay kinakailangan para sa pagbuo ng mga bagong materyales at teknikal na aparato. Physics...... Collier's Encyclopedia

Ang solid state physics ay isang sangay ng condensed matter physics, ang gawain kung saan ay upang ilarawan ang mga pisikal na katangian ng mga solid mula sa punto ng view ng kanilang atomic na istraktura. Ito ay masinsinang binuo noong ika-20 siglo pagkatapos ng pagtuklas ng quantum mechanics.... ... Wikipedia

Ang pangunahing dami ng mekanikal na tumutukoy sa dami ng acceleration na ibinibigay sa isang katawan ng isang ibinigay na puwersa. Ang paggalaw ng mga katawan ay direktang proporsyonal sa mga puwersa na nagbibigay ng pantay na mga pagbilis sa kanila at inversely proporsyonal sa mga acceleration na ibinibigay sa kanila ng pantay na puwersa. Samakatuwid ang koneksyon ... ... Encyclopedic Dictionary F.A. Brockhaus at I.A. Ephron

Ang solid state chemistry ay isang sangay ng chemistry na nag-aaral ng iba't ibang aspeto ng solid-phase substance, sa partikular, ang kanilang synthesis, structure, properties, applications, atbp. Ang mga object ng pag-aaral nito ay crystalline at amorphous, inorganic at organic... ... Wikipedia

Sa ilalim ng pangalang ito mayroong mga kilalang compound na maaaring ituring bilang dihydroaromatic hydrocarbons, kung saan ang parehong mga methyl group (CH2) ay pinalitan ng mga CO group, ibig sabihin, samakatuwid, mula sa puntong ito ng view, X. ay... ... Encyclopedic Dictionary F.A. Brockhaus at I.A. Ephron

Paglaban na inaalok ng isang katawan sa paggalaw ng mga indibidwal na bahagi nito nang hindi nakakagambala sa koneksyon ng kabuuan. Ang ganitong paggalaw ay isang katangian ng mga likido, parehong droplet at nababanat, i.e. mga gas. Ang pinakamaliit na puwersa ay nagtatakda ng bahagi ng likidong katawan sa paggalaw at... ... Encyclopedic Dictionary F.A. Brockhaus at I.A. Ephron

Paglaban na inaalok ng isang katawan sa paggalaw ng mga indibidwal na bahagi nito nang hindi nakakagambala sa koneksyon ng kabuuan. Ang ganitong paggalaw ay isang katangian ng mga likido, parehong droplet at nababanat, i.e. mga gas. Ang pinakamaliit na Puwersa ay nagpapakilos sa isang bahagi ng isang likidong katawan at nagiging sanhi ng ... Encyclopedia ng Brockhaus at Efron

- (kemikal). Sa literal, ang mga heterogenous system ay nangangahulugang heterogenous, at homogenous na homogenous na sistema; mayroong, gayunpaman, ilang mga ipinahiwatig na pagpapalagay na ginagawang karapat-dapat ang isyu ng mas detalyadong pagsasaalang-alang. Matter (Le Chatelier, An. d. m., 9, 131... ... Encyclopedic Dictionary F.A. Brockhaus at I.A. Ephron

Mga libro

• Set ng mga mesa. Physics. Baitang 10 (16 na talahanayan), . Pang-edukasyon na album ng 16 na mga sheet. Artikulo - 5-8591-016. Mga pisikal na dami at pangunahing mga pare-pareho. Ang istraktura ng atom. Kinematics ng rotational motion. Kinematics ng oscillatory motion.…
• Nagising ang aura. Developing Your Inner Energy ni Kala Ambrose. Ang sangkatauhan ay pumapasok sa isang bagong panahon - tayo ay nagiging napakalakas na mga nilalang ng liwanag. Ang aming mga katawan ng enerhiya ay lumilipat sa mga bagong kristal na istruktura sa loob at paligid ng aming aura.…