كم عدد أنواع الهياكل البلورية المميزة. أنواع الهياكل البلورية. الأنواع الرئيسية للهياكل البلورية
محتوى المقال
بلورات- المواد التي يتم فيها "تجميع" أصغر الجسيمات (الذرات أو الأيونات أو الجزيئات) بترتيب معين. نتيجة لذلك ، أثناء نمو البلورات ، تظهر الوجوه المسطحة تلقائيًا على سطحها ، وتتخذ البلورات نفسها مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية. كل من زار متحف علم المعادن أو معرض المعادن لا يسعه إلا الإعجاب بنعمة وجمال الأشكال التي تتخذها المواد "غير الحية".
ومن لم يعجب برقائق الثلج ، التي لا حصر لها تنوعها حقًا! مرة أخرى في القرن السابع عشر. كتب عالم الفلك الشهير يوهانس كيبلر أطروحة حول رقاقات الثلج سداسيةوبعد ثلاثة قرون ، نُشرت ألبومات تحتوي على مجموعات من الصور المكبرة لآلاف من رقاقات الثلج ، ولم يكرر أي منها الآخر.
إن أصل كلمة "Crystal" مثير للاهتمام (يبدو هو نفسه تقريباً في جميع اللغات الأوروبية). منذ عدة قرون ، بين الثلوج الأبدية في جبال الألب ، على أراضي سويسرا الحديثة ، وجدوا بلورات جميلة جدًا ، عديمة اللون تمامًا ، تذكرنا جدًا بالجليد النقي. أطلق عليها علماء الطبيعة القدماء اسم جليد باليونانية "بلورات". تأتي هذه الكلمة من اليونانية "krios" - بارد ، صقيع. كان يعتقد أن الجليد ، في الجبال لفترة طويلة ، في صقيع شديد ، يتجمد ويفقد قدرته على الذوبان. كتب أحد الفلاسفة القدامى الأكثر موثوقية ، أرسطو ، أن "البلورات تولد من الماء عندما تفقد الحرارة تمامًا". وصف الشاعر الروماني كلوديان عام 390 نفس الشيء في الشعر:
في شتاء جبال الألب العنيف ، يتحول الجليد إلى حجر.
لا تستطيع الشمس أن تذوب مثل هذا الحجر.
تم التوصل إلى استنتاج مماثل في العصور القديمة في الصين واليابان - تم تحديد الجليد والبلور الصخري هناك بنفس الكلمة. وحتى في القرن التاسع عشر. غالبًا ما يجمع الشعراء هذه الصور معًا:
بالكاد جليد شفاف ، يتلاشى فوق البحيرة ،
قام بتغطية الطائرات الثابتة بكريستال.
أ.س.بوشكين. إلى Ovid
تحتل الأحجار الكريمة مكانة خاصة بين البلورات ، والتي جذبت انتباه الإنسان منذ العصور القديمة. لقد تعلم الناس كيفية الحصول على الكثير من الأحجار الكريمة بشكل مصطنع. على سبيل المثال ، لطالما صنعت محامل الساعات والأدوات الدقيقة الأخرى من الياقوت الاصطناعي. كما أنها تنتج بشكل مصطنع بلورات جميلة لا توجد في الطبيعة على الإطلاق. على سبيل المثال ، زيركونيا مكعب - اسمها يأتي من الاختصار FIAN - المعهد الفيزيائي لأكاديمية العلوم ، حيث تم الحصول عليها لأول مرة. بلورات زركونيا المكعبة ZrO 2 عبارة عن بلورات زركونيا مكعبة تشبه إلى حد بعيد الماس.
هيكل البلورات.
اعتمادًا على التركيب ، تنقسم البلورات إلى أيونية وتساهمية وجزيئية ومعدنية. تتكون البلورات الأيونية من الكاتيونات والأنيونات المتناوبة ، والتي يتم الاحتفاظ بها في ترتيب معين بواسطة قوى الجذب والتنافر الكهروستاتيكية. القوى الكهروستاتيكية هي قوى غير اتجاهية: يمكن لكل أيون أن يحافظ على نفسه بنفس عدد أيونات الإشارة المعاكسة التي تناسبه. ولكن في الوقت نفسه ، يجب أن تكون قوى الجذب والتنافر متوازنة ويجب الحفاظ على الحياد الكهربائي العام للبلورة. كل هذا ، مع الأخذ في الاعتبار حجم الأيونات ، يؤدي إلى تراكيب بلورية مختلفة. لذلك ، عندما تتفاعل أيونات Na + (نصف قطرها 0.1 نانومتر) و Cl - (نصف قطرها 0.18 نانومتر) ، يحدث التنسيق ثماني السطوح: يحتوي كل أيون على ستة أيونات من الإشارة المعاكسة الموجودة عند رؤوس المجسم الثماني. في هذه الحالة ، تشكل جميع الكاتيونات والأنيونات أبسط شبكة بلورية مكعبة ، حيث يتم شغل رؤوس المكعب بالتناوب بواسطة Na + و Cl - أيونات. يتم ترتيب بلورات KCl و BaO و CaO وعدد من المواد الأخرى بالمثل.
Cs + أيونات (نصف قطرها 0.165 نانومتر) قريبة في الحجم من Cl - أيونات ، ويحدث التنسيق التكعيبي: كل أيون محاط بثمانية أيونات من الإشارة المعاكسة ، وتقع عند رؤوس المكعب. في هذه الحالة ، يتم تشكيل شبكة بلورية محورها الجسم: في وسط كل مكعب مكون من ثمانية كاتيونات ، يوجد أنيون واحد ، والعكس صحيح. (من المثير للاهتمام أنه عند 445 درجة مئوية ، يتحول CsCl إلى شبكة مكعبة بسيطة من نوع NaCl.) تكون المشابك البلورية لـ CaF 2 (الفلوريت) والعديد من المركبات الأيونية الأخرى أكثر تعقيدًا. في بعض البلورات الأيونية ، يمكن دمج الأنيونات متعددة الذرات المعقدة في سلاسل أو طبقات أو تكوين إطار ثلاثي الأبعاد ، في تجاويف توجد الكاتيونات. لذلك ، على سبيل المثال ، يتم ترتيب السيليكات. تشكل البلورات الأيونية معظم أملاح الأحماض العضوية وغير العضوية والأكاسيد والهيدروكسيدات والأملاح. في البلورات الأيونية ، تكون الروابط بين الأيونات قوية ؛ لذلك ، تحتوي هذه البلورات على نقاط انصهار عالية (801 درجة مئوية لـ NaCl ، 2627 درجة مئوية لـ CaO).
في البلورات التساهمية (تسمى أيضًا ذرية) عند عقد الشبكة البلورية توجد ذرات ، متطابقة أو مختلفة ، متصلة بواسطة روابط تساهمية. هذه الروابط قوية وموجهة تحت زوايا معينة. مثال نموذجي هو الماس. في بلورته ، كل ذرة كربون مرتبطة بأربع ذرات أخرى تقع في رؤوس رباعي الوجوه. تتكون البلورات التساهمية من البورون والسيليكون والجرمانيوم والزرنيخ و ZnS و SiO 2 و ReO 3 و TiO 2 و CuNCS. نظرًا لعدم وجود حدود حادة بين الروابط التساهمية القطبية والأيونية ، فإن الأمر نفسه ينطبق على البلورات الأيونية والتساهمية. وبالتالي ، فإن الشحنة على ذرة الألومنيوم في Al 2 O 3 ليست +3 ، ولكنها +0.4 فقط ، مما يشير إلى مساهمة كبيرة في البنية التساهمية. في الوقت نفسه ، في الكوبالت ألومينات CoAl 2 O 4 ، تزداد شحنة ذرات الألومنيوم إلى +2.8 ، مما يعني غلبة القوى الأيونية. البلورات التساهمية صلبة وحرارية بشكل عام.
تتكون البلورات الجزيئية من جزيئات معزولة تعمل بينها قوى جاذبية ضعيفة نسبيًا. نتيجة لذلك ، تحتوي هذه البلورات على نقاط انصهار وغليان أقل بكثير ، وصلابتها منخفضة. لذلك ، تذوب بلورات الغازات النبيلة (التي تتكون من ذرات معزولة) حتى في درجات حرارة منخفضة جدًا. من المركبات غير العضوية ، تشكل البلورات الجزيئية العديد من اللافلزات (الغازات النبيلة ، الهيدروجين ، النيتروجين ، الفوسفور الأبيض ، الأكسجين ، الكبريت ، الهالوجينات) ، المركبات التي تتكون جزيئاتها فقط من الروابط التساهمية (H 2 O ، HCl ، NH 3 ، CO 2 ، إلخ). هذا النوع من البلورات هو أيضًا سمة لجميع المركبات العضوية تقريبًا. تعتمد قوة البلورات الجزيئية على حجم وتعقيد الجزيئات. وهكذا ، تذوب بلورات الهليوم (نصف القطر الذري 0.12 نانومتر) عند 271.4 درجة مئوية (تحت ضغط 30 ضغط جوي) ، وبلورات الزينون (نصف قطرها 0.22 نانومتر) تذوب عند -111.8 درجة مئوية ؛ تذوب بلورات الفلور عند –219.6 درجة مئوية ، ويود عند + 113.6 درجة مئوية ؛ الميثان CH 4 - عند -182.5 درجة مئوية ، و triacontane C 30 H 62 - عند + 65.8 درجة مئوية.
تشكل البلورات المعدنية معادن نقية وسبائكها. يمكن رؤية هذه البلورات على كسر المعادن ، وكذلك على سطح الصاج المجلفن. تتكون الشبكة البلورية للمعادن من الكاتيونات ، التي ترتبط بالإلكترونات المتنقلة ("غاز الإلكترون"). تحدد هذه البنية الموصلية الكهربائية ، والمرونة ، والانعكاسية العالية (التألق) للبلورات. يتكون هيكل البلورات المعدنية نتيجة لتعبئة مختلفة لكرات الذرات. المعادن القلوية ، والكروم ، والموليبدينوم ، والتنغستن ، وما إلى ذلك تشكل شعرية مكعبة محورها الجسم ؛ النحاس والفضة والذهب والألمنيوم والنيكل وما إلى ذلك - شبكة شعرية مكعبة محورها الوجه (بالإضافة إلى 8 ذرات عند رؤوس المكعب ، توجد 6 ذرات أخرى في وسط الوجوه) ؛ البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والزنك ، وما إلى ذلك - ما يسمى بالشبكة كثيفة سداسية (تحتوي على 12 ذرة تقع في رؤوس المنشور السداسي المستطيل ، 2 ذرات - في وسط قاعدتي المنشور و 3 ذرات أخرى - عند رؤوس المثلث في مركز المنشور).
يمكن تقسيم جميع المركبات البلورية إلى أحادية ومتعددة البلورات. البلورة الأحادية هي كتلة متراصة ذات شبكة بلورية واحدة غير مضطربة. تعد البلورات المفردة الطبيعية الكبيرة نادرة جدًا. معظم الأجسام البلورية متعددة البلورات ، أي أنها تتكون من العديد من البلورات الصغيرة ، وأحيانًا تكون مرئية فقط عند التكبير العالي.
نمو البلورات.
بدأ العديد من العلماء البارزين الذين قدموا مساهمة كبيرة في تطوير الكيمياء وعلم المعادن والعلوم الأخرى تجاربهم الأولى على وجه التحديد مع نمو البلورات. بالإضافة إلى التأثيرات الخارجية البحتة ، تجعلنا هذه التجارب نفكر في كيفية ترتيب البلورات وكيف تتشكل ، ولماذا تشكل المواد المختلفة بلورات. أشكال مختلفة، وبعضها لا يشكل بلورات إطلاقاً ، ما يجب فعله لجعل البلورات كبيرة وجميلة.
هذا نموذج بسيط يشرح جوهر التبلور. تخيل أن الباركيه يتم وضعه في قاعة كبيرة. من الأسهل التعامل مع البلاط ذي الشكل المربع - بغض النظر عن كيفية تحويل هذا البلاط ، فإنه سيظل مناسبًا في مكانه ، وسيمضي العمل بسرعة. هذا هو السبب في أن المركبات المكونة من ذرات (معادن ، غازات نبيلة) أو جزيئات صغيرة متماثلة تتبلور بسهولة. هذه المركبات ، كقاعدة عامة ، لا تشكل مواد غير بلورية (غير متبلورة).
يصعب وضع الباركيه من الألواح المستطيلة ، خاصة إذا كانت بها أخاديد ونتوءات على الجانبين - يمكن وضع كل لوح في مكانه بطريقة واحدة. من الصعب بشكل خاص وضع نمط الباركيه من الألواح ذات الشكل المعقد.
إذا كانت أرضيات الباركيه في عجلة من أمرك ، فسوف يصل البلاط إلى موقع التثبيت بسرعة كبيرة. من الواضح أن النمط الصحيح لن يعمل الآن: إذا كان البلاط مشوهًا في مكان واحد على الأقل ، فسيصبح كل شيء ملتويًا ، وستظهر الفراغات (كما في لعبة الكمبيوتر القديمة Tetris ، حيث يتم ملء "الزجاج" التفاصيل بسرعة كبيرة). لا شيء جيد سيأتي منه حتى لو بدأ عشرات الحرفيين في وضع الباركيه في قاعة كبيرة دفعة واحدة ، كل واحد من مكانه الخاص. حتى لو كانت تعمل ببطء ، فمن المشكوك فيه للغاية أن المقاطع المجاورة سيتم ربطها جيدًا ، وبشكل عام ، سيكون منظر الغرفة قبيحًا للغاية: في أماكن مختلفة توجد البلاط في اتجاهات مختلفة ، وثقوب فجوة بين أقسام منفصلة حتى من الباركيه.
تحدث نفس العمليات تقريبًا أثناء نمو البلورات ، لكن الصعوبة هنا تكمن أيضًا في حقيقة أن الجسيمات لا يجب أن تتناسب مع المستوى ، ولكن في الحجم. لكن بعد كل شيء ، لا توجد هنا "أرضية باركيه" - من يضع جزيئات المادة في مكانها؟ اتضح أنهم مناسبون لأنفسهم ، لأنهم يقومون باستمرار بحركات حرارية و "يبحثون" عن المكان الأنسب لأنفسهم ، حيث سيكون أكثر "ملاءمة" لهم. في هذه الحالة ، تعني "الملاءمة" أيضًا الموقع الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة. بمجرد الوصول إلى هذا المكان على سطح بلورة متنامية ، يمكن أن يبقى جسيم المادة هناك وبعد فترة يكون بالفعل داخل البلورة ، تحت طبقات جديدة متراكمة من المادة. ولكن هناك شيء آخر ممكن أيضًا - سيترك الجسيم السطح مرة أخرى في المحلول ويبدأ مرة أخرى في "البحث" حيث يكون أكثر ملاءمة له أن يستقر.
كل مادة بلورية لها شكل خارجي معين لبلورة خاصة بها. على سبيل المثال ، بالنسبة لكلوريد الصوديوم ، هذا الشكل عبارة عن مكعب ، أما بالنسبة لشب البوتاسيوم فهو مثمن الوجوه. وحتى إذا كان لهذه البلورة في البداية شكل غير منتظم ، فإنها ستتحول عاجلاً أو آجلاً إلى مكعب أو ثماني السطوح. علاوة على ذلك ، إذا تم إفساد بلورة ذات الشكل الصحيح عمدًا ، على سبيل المثال ، تم ضرب رؤوسها ، وتضررت الحواف والوجوه ، عندئذٍ مع مزيد من النمو ، ستبدأ هذه البلورة في "شفاء" تلفها من تلقاء نفسها. يحدث هذا لأن الوجوه البلورية "الصحيحة" تنمو بشكل أسرع ، والأوجه "الخاطئة" تنمو بشكل أبطأ. للتحقق من ذلك ، تم إجراء التجربة التالية: تم نحت كرة من بلورة ملح ، ثم تم وضعها في محلول كلوريد الصوديوم المشبع ؛ بعد فترة ، تحولت الكرة نفسها تدريجياً إلى مكعب! أرز. 6 ـ أشكال بلورية لبعض المعادن
إذا لم تكن عملية التبلور سريعة جدًا ، وكان للجسيمات شكل مناسب للتكديس وحركة عالية ، فإنها تجد مكانها بسهولة. ومع ذلك ، إذا تم تقليل حركة الجسيمات ذات التناظر المنخفض بشكل حاد ، فإنها "تتجمد" بشكل عشوائي ، وتشكل كتلة شفافة مماثلة للزجاج. تسمى حالة المادة هذه الحالة الزجاجية. مثال على ذلك هو زجاج النوافذ العادي. إذا ظل الزجاج ساخنًا جدًا لفترة طويلة ، فعندما تكون الجزيئات الموجودة فيه متحركة بدرجة كافية ، ستبدأ بلورات السيليكات في النمو فيه. هذا الزجاج يفقد شفافيته. ليس فقط السيليكات يمكن أن تكون زجاجية. لذلك ، مع التبريد البطيء للكحول الإيثيلي ، يتبلور عند درجة حرارة -113.3 درجة مئوية ، مكونًا كتلة بيضاء شبيهة بالثلج. ولكن إذا تم إجراء التبريد بسرعة كبيرة (قم بتخفيض أمبولة رفيعة بالكحول إلى نيتروجين سائل عند درجة حرارة -196 درجة مئوية) ، فسوف يتصلب الكحول بسرعة كبيرة بحيث لن يكون لدى جزيئاته الوقت لبناء بلورة عادية. والنتيجة زجاج شفاف. يحدث الشيء نفسه مع زجاج السيليكات (على سبيل المثال ، زجاج النافذة). مع التبريد السريع للغاية (ملايين الدرجات في الثانية) ، يمكن حتى الحصول على المعادن في حالة زجاجية غير بلورية.
من الصعب بلورة المواد بشكل "غير مريح" من الجزيئات. تشمل هذه المواد ، على سبيل المثال ، البروتينات والبوليمرات الحيوية الأخرى. لكن الجلسرين العادي ، الذي تبلغ درجة انصهاره + 18 درجة مئوية ، يتم تبريده بسهولة عند تبريده ، ويتصلب تدريجيًا في كتلة زجاجية. الحقيقة هي أن الجلسرين شديد اللزوجة في درجة حرارة الغرفة ، وعندما يبرد يصبح سميكًا جدًا. في الوقت نفسه ، من الصعب جدًا أن تصطف جزيئات الجلسرين غير المتماثلة بترتيب صارم وتشكل شبكة بلورية.
طرق زراعة البلورات.
يمكن أن يتم التبلور طرق مختلفة. واحد منهم هو تبريد محلول ساخن مشبع. في كل درجة حرارة ، لا يمكن أن تذوب أكثر من كمية معينة من المادة في كمية معينة من المذيب (على سبيل المثال ، في الماء). على سبيل المثال ، يمكن أن يذوب 200 جرام من شب البوتاسيوم في 100 جرام من الماء عند 90 درجة مئوية. مثل هذا الحل يسمى مشبع. سنقوم الآن بتبريد الحل. مع انخفاض درجة الحرارة ، تقل قابلية الذوبان لمعظم المواد. لذلك ، عند 80 درجة مئوية ، لا يمكن إذابة أكثر من 130 جم من الشب في 100 جم من الماء. أين ستذهب الـ 70 جرام المتبقية؟ إذا تم إجراء التبريد بسرعة ، فإن المادة الزائدة سوف تترسب ببساطة. إذا تم تجفيف هذا الراسب وفحصه باستخدام عدسة مكبرة قوية ، فيمكن رؤية العديد من البلورات الصغيرة.
عندما يتم تبريد المحلول ، تلتصق جزيئات المادة (الجزيئات ، الأيونات) ، التي لم يعد من الممكن أن تكون في حالة مذابة ، مع بعضها البعض ، مكونة بلورات جنينية صغيرة. يتم تسهيل تكوين النوى عن طريق الشوائب الموجودة في المحلول ، مثل الغبار ، وهي أصغر المخالفات على جدران الوعاء (يقوم الكيميائيون أحيانًا بفرك قضيب زجاجي على الجدران الداخلية للزجاج للمساعدة في بلورة المادة). إذا تم تبريد المحلول ببطء ، يتم تكوين عدد قليل من النوى ، وتتحول تدريجياً إلى بلورات جميلة بالشكل الصحيح. مع التبريد السريع ، تتشكل العديد من النوى ، و "تصب" الجزيئات من المحلول على سطح البلورات النامية ، مثل البازلاء من كيس ممزق ؛ بالطبع ، لن يتم الحصول على البلورات الصحيحة في هذه الحالة ، لأن الجسيمات الموجودة في المحلول قد لا يكون لديها ببساطة الوقت "لتستقر" على سطح البلورة مكانها. بالإضافة إلى ذلك ، تتداخل العديد من البلورات سريعة النمو مع بعضها البعض تمامًا مثل العديد من أرضيات الباركيه التي تعمل في نفس الغرفة. يمكن أن تلعب الشوائب الصلبة الأجنبية في المحلول أيضًا دور مراكز التبلور ، لذلك كلما كان المحلول أنقى ، زاد احتمال وجود عدد قليل من مراكز التبلور.
بعد تبريد محلول من الشب المشبع عند 90 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة ، سيكون لدينا بالفعل 190 جم في الرواسب ، لأنه عند درجة حرارة 20 درجة مئوية يذوب 10 جم فقط من الشب في 100 جم من الماء. هل سينتج عن ذلك بلورة واحدة كبيرة بالشكل الصحيح تزن 190 جم؟ لسوء الحظ ، لا: حتى في محلول نقي جدًا ، من غير المرجح أن تبدأ بلورة واحدة في النمو: يمكن أن تتشكل كتلة من البلورات على سطح محلول التبريد ، حيث تكون درجة الحرارة أقل قليلاً من الحجم ، وكذلك على السطح. جدران وقاع السفينة.
طريقة نمو البلورات عن طريق التبريد التدريجي لمحلول مشبع لا تنطبق على المواد التي لا تعتمد قابليتها للذوبان على درجة الحرارة إلا قليلاً. وتشمل هذه المواد ، على سبيل المثال ، كلوريد الصوديوم والألومنيوم ، وخلات الكالسيوم.
طريقة أخرى للحصول على البلورات هي الإزالة التدريجية للماء من محلول مشبع. تتبلور المادة "الإضافية". وفي هذه الحالة ، كلما كان تبخر الماء أبطأ ، كان الحصول على البلورات أفضل.
الطريقة الثالثة هي نمو البلورات من المواد المنصهرة عن طريق تبريد السائل ببطء. عند استخدام جميع الطرق ، يتم الحصول على أفضل النتائج إذا تم استخدام بذرة - بلورة صغيرة بالشكل الصحيح ، توضع في محلول أو تذوب. بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، يتم الحصول على بلورات الياقوت. يتم نمو بلورات الأحجار الكريمة ببطء شديد ، وأحيانًا لسنوات. ومع ذلك ، إذا قمت بتسريع التبلور ، فبدلاً من بلورة واحدة ، تحصل على كتلة من البلورات الصغيرة.
يمكن أن تنمو البلورات أيضًا عندما تتكثف الأبخرة - هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على رقاقات الثلج والأنماط على الزجاج البارد. عندما يتم إزاحة المعادن من محاليل أملاحها بمساعدة معادن أكثر نشاطًا ، تتشكل البلورات أيضًا. على سبيل المثال ، إذا تم إنزال مسمار حديدي إلى محلول من كبريتات النحاس ، فسيتم تغطيته بطبقة حمراء من النحاس. لكن البلورات النحاسية الناتجة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا تحت المجهر. على سطح الظفر ، يتم إطلاق النحاس بسرعة كبيرة ، وبالتالي فإن بلوراته صغيرة جدًا. ولكن إذا تباطأت العملية ، فستتحول البلورات إلى حجم كبير. للقيام بذلك ، يجب تغطية كبريتات النحاس بطبقة سميكة من ملح الطعام ، ووضع دائرة من ورق الترشيح عليها ، وفي الأعلى - صفيحة حديدية بقطر أصغر قليلاً. يبقى صب محلول مشبع من ملح الطعام في الوعاء. الزاج الأزرقسوف يذوب ببطء في محلول ملحي (الذوبان فيه أقل من الماء النقي). سوف تنتشر أيونات النحاس (على شكل الأنيونات المعقدة CuCl 4 2– green) ببطء شديد ، على مدار أيام عديدة ، إلى الأعلى ؛ يمكن ملاحظة العملية من خلال حركة الحدود الملونة.
بعد الوصول إلى الصفيحة الحديدية ، يتم تقليل أيونات النحاس إلى ذرات متعادلة. ولكن نظرًا لأن هذه العملية بطيئة جدًا ، فإن ذرات النحاس تصطف في بلورات جميلة لامعة من النحاس المعدني. في بعض الأحيان تشكل هذه البلورات فروعًا - التشعبات. من خلال تغيير ظروف التجربة (درجة الحرارة ، حجم بلورات الزجاج ، سمك طبقة الملح ، إلخ) ، من الممكن تغيير شروط بلورة النحاس.
حلول فائقة التبريد.
في بعض الأحيان لا يتبلور المحلول المشبع عند التبريد. مثل هذا المحلول ، الذي يحتوي في كمية معينة من المذيب أكثر من المذاب "المفترض" عند درجة حرارة معينة ، يسمى محلول مفرط التشبع. لا يمكن الحصول على محلول مفرط التشبع حتى عن طريق الخلط الطويل جدًا للبلورات مع مذيب ؛ يمكن تشكيله فقط عن طريق تبريد محلول مشبع ساخن. لذلك ، تسمى هذه الحلول أيضًا فائقة التبريد. شيء بداخلها يتداخل مع بداية التبلور ، على سبيل المثال ، المحلول شديد اللزوجة ، أو أن النوى الكبيرة مطلوبة لنمو البلورات غير الموجودة في المحلول.
يتم تبريد محاليل ثيوسلفات الصوديوم Na 2 S 2 O 3 بسهولة فائقة. 5H 2 O. إذا قمت بتسخين بلورات هذه المادة بعناية إلى حوالي 56 درجة مئوية ، فسوف "تذوب". في الواقع ، هذا ليس ذوبانًا ، ولكن انحلال ثيوكبريتات الصوديوم في ماء التبلور "الخاص". مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد قابلية ذوبان ثيوسلفات الصوديوم ، مثل معظم المواد الأخرى ، وعند 56 درجة مئوية ، يكون ماء التبلور كافياً لإذابة كل الملح الموجود. إذا تم الآن بعناية ، تجنب الصدمات الحادة ، قم بتبريد الوعاء ، فلن تتشكل البلورات وستبقى المادة سائلة. ولكن إذا تم إدخال جنين جاهز ، بلورة صغيرة من نفس المادة ، في محلول فائق التبريد ، فسيبدأ التبلور السريع. من المثير للاهتمام أنه ناتج عن بلورة من هذه المادة فقط ، ويمكن أن يكون المحلول غير مبالٍ تمامًا تجاه شخص خارجي. لذلك ، إذا لمست بلورة صغيرة من الثيوسلفات على سطح المحلول ، فستحدث معجزة حقيقية: ستمتد جبهة التبلور من البلورة ، والتي ستصل بسرعة إلى قاع الوعاء. لذلك بعد بضع ثوانٍ ، سوف "يتصلب" السائل تمامًا. يمكن حتى أن تنقلب السفينة رأسًا على عقب - فلن تتسرب منها قطرة واحدة! يمكن إذابة الثيوسلفات الصلبة مرة أخرى ماء ساخنوكرر من جديد.
إذا تم وضع أنبوب اختبار بمحلول فائق التبريد من ثيوسلفات في ماء مثلج ، فإن البلورات ستنمو ببطء أكبر ، وستكون أكبر حجمًا. تبلور محلول مفرط التشبع مصحوب بتسخينه - وهذا هو إطلاق الطاقة الحرارية التي يتم الحصول عليها من خلال هيدرات بلورية أثناء ذوبانها.
ثيوسلفات الصوديوم ليست المادة الوحيدة التي تشكل محلولاً فائق البرودة يمكن أن يحدث فيه التبلور السريع. على سبيل المثال ، أسيتات الصوديوم CH 3 COONa لها خاصية مماثلة (من السهل الحصول عليها من خلال عمل حمض الأسيتيك على الصودا). باستخدام أسيتات الصوديوم ، أظهر المحاضرون المتمرسون مثل هذه "المعجزة": إنهم يسكبون ببطء محلول مفرط التشبع من هذا الملح على شريحة صغيرة من الأسيتات في صحن ، والتي تتبلور فورًا عند ملامستها للبلورات ، وتشكل عمودًا من الملح الصلب!
تُستخدم البلورات على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا: أشباه الموصلات والمنشورات والعدسات للأجهزة البصرية ، وأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة ، والكهرباء الانضغاطية ، والكهرباء الحديدية ، والبلورات الضوئية والكهربائية الضوئية ، والمغناطيسات الحديدية والفريت ، والبلورات المفردة من المعادن عالية النقاء ...
أتاحت دراسات حيود الأشعة السينية للبلورات إنشاء بنية للعديد من الجزيئات ، بما في ذلك الجزيئات النشطة بيولوجيًا - البروتينات والأحماض النووية.
تستخدم بلورات الأحجار الكريمة ذات الأوجه ، بما في ذلك تلك المزروعة صناعياً ، كمجوهرات.
ايليا لينسون
تصنيف الهياكل البلورية بناءً على أنواع الروابط الكيميائية المترجمة فيها. إذا كانت الرابطة بين جميع الذرات في البلورة هي نفسها ، فإن هذه الهياكل تسمى متجانسة (من اليونانية Homo - the same ، desmos - bond) إذا كانت هناك عدة أنواع من الروابط الكيميائية تتحقق في البلورة ، تسمى هذه الهياكل غير المتجانسة (من اليونانية غير المتجانسة - مختلفة) بناءً على ترتيب جزيئات المواد في البلورات ، خمسة هندسيًا أنواع مختلفةالهياكل - الأشكال الهيكلية: التنسيق ، والجزيرة ، والسلسلة ، والطبقات والإطار.
التعبئة الأكثر كثافة للجسيمات في البلورات يجب أن يكون لتركيب الذرات أو أيونات الجزيئات طاقة داخلية دنيا. تسمى طريقة ملء الفراغ بكرات من نفس نصف القطر ، حيث تكون المسافة بين مراكز الجسيمات ضئيلة ، التعبئة الأكثر كثافة. يمكن تعبئة الكرات من نفس نصف القطر في طبقة واحدة بإحكام قدر الإمكان بالطريقة الوحيدة: كل كرة محاطة بطبقة بستة جيران أقرب ، وهناك فجوات مثلثة بينها وبين جيرانها (الطبقة أ). يمكن أيضًا الحصول على الطبقة الثانية المعبأة بشكل كثيف بطريقة فريدة: (الطبقة B) ، سيكون لكل كرة علوية ثلاثة جيران متطابقين في الطبقة السفلية ، وعلى العكس من ذلك ، ستكون كل كرة سفلية على اتصال مع الثلاثة الأوائل. في التعبئة السداسية للكرات ، تكرر الطبقة الثالثة تمامًا الطبقة الأولى ، ويتضح أن التعبئة تتكون من طبقتين وستتم كتابتها كبديل لطبقتين A و B: AB AB AB. في حشوة مكعبة من الكرات ، تقع كرات الطبقة الثالثة (الطبقة C) فوق فراغات الطبقة الأولى ، وتتكون العبوة بأكملها من ثلاث طبقات ، ويحدث تكرار الشكل في الطبقة الرابعة ، في تعيين الحرف ستتم كتابتها كـ ABC ABC ....
يمكن التمييز بين نوعين من الفراغات في المساحات المغلقة. الفراغات من نوع واحد محاطة بأربع كرات متجاورة ، والفراغات من النوع الثاني محاطة بستة. من خلال ربط مراكز الجاذبية لأربع كرات ، نحصل على رباعي السطوح - فراغ رباعي السطوح ، في الحالة الثانية نحصل على فراغ على شكل ثماني السطوح - فراغ ثماني السطوح. يتم تحديد المجموعة الكاملة للهياكل المبنية على أساس العبوات الأقرب بشكل أساسي بواسطة الزخارف الكاتيونية ، أي نوع الفراغات المشغولة وعددها وموقعها. في طريقة نمذجة الهياكل البلورية التي اقترحها L. Pauling ، تتوافق الكرات التي تشكل أقرب تغليف دائمًا مع الأنيونات. إذا قمنا بتوصيل مراكز جاذبية هذه الكرات ببعضها البعض عن طريق الخطوط ، فإن المساحة البلورية المعبأة بكثافة تنقسم إلى مثمنات ورباعية السطوح بدون فجوات.
يتم تمييز الإسقاط على المستوى xy للبنية البلورية للزبرجد الزيتوني (Mg ، Fe) 2 التنسيق متعدد السطوح - ثماني السطوح - حول ذرات Mg و Fe (M 1 و M 2) ورباعي السطوح حول ذرات Si
أرقام التنسيق ومتعددة السطوح التنسيق (متعددات الوجوه) يسمى عدد أقرب الجيران المحيطين بجسيم معين في الهياكل البلورية رقم التنسيق. يسمى متعدد الوجوه الشرطي ، الذي يوجد في وسطه جسيم ، والرؤوس ممثلة ببيئة التنسيق الخاصة به ، متعدد السطوح التنسيق.
تتكون هياكل الجزر من مجموعات طرفية فردية (غالبًا جزيئات). في بنية الكلور البلوري ، المبني من جزيئات Cl الفردية ، تتوافق أقصر مسافة بين ذرتين من Cl مع رابطة تساهمية ، بينما الحد الأدنى للمسافةبين ذرات الكلور من جزيئات مختلفة يعكس التفاعل بين الجزيئات ، أي رابطة فان دير فالس.
يمكن أن تتكون هياكل السلاسل من سلاسل محايدة ومشبعة بالتكافؤ. الرابطة بين ذرات السيلينيوم تساهمية ، وبين الذرات من سلاسل فان دير فال المجاورة. في الهيكل. نا. HCO 3 ، روابط الهيدروجين تبني أيونات كربونات (HCO 3) - في سلاسل ، يتم الاتصال بينها من خلال أيونات الصوديوم
إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه
سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.
بلورات (من الكلمة اليونانية kseufbllt ، أصلاً - جليد ، لاحقًا - بلورات صخرية ، بلورية) - أجسام صلبة يتم ترتيب الذرات فيها بانتظام ، وتشكل ترتيبًا مكانيًا دوريًا ثلاثي الأبعاد - شبكة بلورية.
البلورات عبارة عن مواد صلبة لها شكل خارجي طبيعي لمتعددات وجوه متناظرة منتظمة بناءً على بنيتها الداخلية ، أي على واحدة من عدة ترتيبات منتظمة معينة تشكل مادة الجسيمات (الذرات ، الجزيئات ، الأيونات).
ملكيات:
التوحيد. تتجلى هذه الخاصية في حقيقة أن مجلدين أوليين متطابقين من مادة بلورية ، موجهان بشكل متساوٍ في الفضاء ، ولكن مقطوعتين عند نقاط مختلفة من هذه المادة ، متطابقان تمامًا في جميع خصائصهما: لهما نفس اللون ، والجاذبية النوعية ، والصلابة والتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي وغيرها
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المواد البلورية الحقيقية غالبًا ما تحتوي على شوائب دائمة وشوائب تشوه شبكاتها البلورية. لذلك ، غالبًا ما لا يحدث التجانس المطلق في البلورات الحقيقية.
تباين البلورات
العديد من البلورات متأصلة في خاصية تباين الخواص ، أي اعتماد خصائصها على الاتجاه ، بينما في المواد الخواص (معظم الغازات والسوائل والمواد الصلبة غير المتبلورة) أو الأجسام شبه الخواص (الكريستالات) ، لا تعتمد الخصائص على الاتجاهات. تتم دائمًا عملية التشوه غير المرن للبلورات على طول أنظمة انزلاق محددة جيدًا ، أي فقط على طول مستويات بلورية معينة وفي اتجاه بلوري معين فقط. بسبب التطور غير المتجانس وغير المتكافئ للتشوه في أجزاء مختلفة من الوسط البلوري ، يحدث تفاعل مكثف بين هذه الأجزاء من خلال تطور مجالات الإجهاد الدقيق.
في الوقت نفسه ، توجد بلورات لا يوجد فيها تباين.
تراكمت ثروة من المواد التجريبية في فيزياء عدم مرونة مارتينسيت ، خاصة فيما يتعلق بمسائل تأثيرات ذاكرة الشكل ومرونة التحول. أثبت تجريبياً الموقف الأكثر أهمية لفيزياء البلورات حول التطور السائد للتشوهات غير المرنة بشكل حصري تقريبًا من خلال التفاعلات المارتينزية. لكن مبادئ بناء نظرية فيزيائية لعدم المرونة مارتينسيت غير واضحة. يحدث موقف مماثل في حالة تشوه البلورات عن طريق التوأمة الميكانيكية.
تم إحراز تقدم كبير في دراسة مرونة خلع المعادن. هنا ، لم يتم فهم الآليات الهيكلية والفيزيائية الأساسية لتنفيذ عمليات التشوه غير المرنة فحسب ، بل تم أيضًا إنشاء طرق فعالة لحساب الظواهر.
القدرة على التقطير الذاتي هي خاصية البلورات لتشكيل وجوه أثناء النمو الحر. إذا تم وضع كرة ، على سبيل المثال ملح الطعام ، منحوتة من مادة ما ، في محلولها المفرط التشبع ، بعد فترة من الوقت ستأخذ هذه الكرة شكل مكعب. في المقابل ، لن تغير حبة الزجاج شكلها لأن المادة غير المتبلورة لا تستطيع التقطير الذاتي.
نقطة انصهار ثابتة. إذا قمت بتسخين جسم بلوري ، فسترتفع درجة حرارته إلى حد معين ، مع مزيد من التسخين ، ستبدأ المادة في الذوبان ، وستظل درجة الحرارة ثابتة لبعض الوقت ، حيث ستذهب كل الحرارة إلى تدمير البلورة بنية. تسمى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الذوبان نقطة الانصهار.
منهجية البلورات
هيكل بلوري
يشير التركيب البلوري ، كونه فرديًا لكل مادة ، إلى الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية لهذه المادة. التركيب البلوري عبارة عن مجموعة من الذرات حيث ترتبط مجموعة معينة من الذرات ، تسمى الوحدة الحركية ، بكل نقطة من الشبكة البلورية ، وجميع هذه المجموعات متشابهة في التركيب والهيكل والاتجاه بالنسبة للشبكة. يمكننا أن نفترض أن الهيكل ينشأ نتيجة تخليق الشبكة والوحدة الحركية ، نتيجة لضرب الوحدة الحركية بواسطة مجموعة الترجمة.
في أبسط الحالات ، تتكون الوحدة المتحركة من ذرة واحدة ، على سبيل المثال ، في بلورات النحاس أو الحديد. الهيكل الذي ينشأ على أساس مثل هذه الوحدة الحركية يشبه هندسيًا إلى حد بعيد الشبكة الشبكية ، لكنه مع ذلك يختلف من حيث أنه يتكون من ذرات ، وليس نقاط. غالبًا لا يتم أخذ هذا الظرف في الاعتبار ، ويتم استخدام المصطلحين "شعرية بلورية" و "هيكل بلوري" لمثل هذه البلورات كمرادفات ، وهو أمر غير دقيق. في الحالات التي تكون فيها الوحدة الحركية أكثر تعقيدًا في التكوين ، فإنها تتكون من وحدتين أو أكثرالذرات ، لا يوجد تشابه هندسي للشبكة والبنية ، وتغيير هذه المفاهيم يؤدي إلى أخطاء. لذلك ، على سبيل المثال ، لا يتطابق هيكل المغنيسيوم أو الماس هندسيًا مع الشبكة: في هذه الهياكل ، تتكون الوحدات المتحركة من ذرتين.
المعلمات الرئيسية التي تميز التركيب البلوري ، وبعضها مترابط ، هي كما يلي:
§ نوع الشبكة البلورية (Syringony ، Bravais lattice) ؛
§ عدد وحدات الصيغة لكل خلية أولية ؛
§ مجموعة الفضاء؛
§ معلمات خلية الوحدة (الأبعاد والزوايا الخطية) ؛
§ إحداثيات الذرات في الخلية ؛
§ تنسيق أعداد جميع الذرات.
النوع الهيكلي
يتم دمج الهياكل البلورية التي لها نفس المجموعة الفضائية ونفس ترتيب الذرات في المواضع الكيميائية البلورية (المدارات) في أنواع هيكلية.
أشهر الأنواع التركيبية المعروفة هي النحاس ، المغنيسيوم ، الحديد ب ، الماس (المواد البسيطة) ، كلوريد الصوديوم ، السفاليريت ، الورتزيت ، كلوريد السيزيوم ، الفلوريت (المركبات الثنائية) ، البيروفسكايت ، الإسبنيل (المركبات الثلاثية).
خلية بلورية
تشكل الجسيمات التي تشكل هذه المادة الصلبة شبكة بلورية. إذا كانت المشابك البلورية متشابهة (مكانيًا) أو متشابهة (لها نفس التناظر) ، فإن الاختلاف الهندسي بينهما يكمن ، على وجه الخصوص ، في مسافات مختلفة بين الجسيمات التي تشغل العقد الشبكية. المسافات بين الجسيمات نفسها تسمى معلمات شعرية. يتم تحديد معلمات الشبكة ، وكذلك زوايا الأشكال المتعددة السطوح الهندسية ، من خلال الطرق الفيزيائية للتحليل الهيكلي ، على سبيل المثال ، طرق التحليل الإنشائي بالأشعة السينية.
استضافت في http://www.allbest.ru/
أرز. خلية بلورية
غالبًا ما تتكون المواد الصلبة (حسب الظروف) أكثر من شكل واحد من الشبكة البلورية ؛ تسمى هذه الأشكال التعديلات متعددة الأشكال. على سبيل المثال ، من بين المواد البسيطة ، يُعرف الكبريت المعيني وأحادي الميل ، والجرافيت والماس ، وهي تعديلات سداسية ومكعبة للكربون ، من بين مواد معقدة- الكوارتز والتريديميت والكريستوباليت هي تعديلات مختلفة لثاني أكسيد السيليكون.
أنواع البلورات
من الضروري فصل البلورة المثالية والحقيقية.
الكريستال المثالي
إنه ، في الواقع ، كائن رياضي له تناسق كامل متأصل فيه ، وحواف ناعمة بشكل مثالي.
بلور حقيقي
يحتوي دائمًا على عيوب مختلفة في البنية الداخلية للشبكة والتشوهات والمخالفات على الوجوه وله تناظر منخفض في متعدد السطوح بسبب ظروف النمو المحددة وعدم تجانس وسط التغذية والتلف والتشوه. لا تحتوي البلورة الحقيقية بالضرورة على حواف بلورية وشكل منتظم ، لكنها تحتفظ بخصائصها الرئيسية - الموقع المنتظم للذرات في الشبكة البلورية.
عيوب الشبكة البلورية (التركيب الحقيقي للبلورات)
في البلورات الحقيقية ، هناك دائمًا انحرافات عن الترتيب المثالي في ترتيب الذرات ، تسمى العيوب أو عيوب الشبكة. وفقًا لهندسة الاضطرابات الشبكية التي تسببها ، يتم تقسيم العيوب إلى عيوب نقطية وخطية وسطح.
عيوب النقطة
على التين. 1.2.5 يُظهر أنواعًا مختلفة من عيوب النقطة. هذه شواغر - مواقع شبكية فارغة ، ذرات "تملك" في فجوات وذرات شوائب في مواقع شبكية وفجوات. السبب الرئيسي لتكوين النوعين الأولين من العيوب هو حركة الذرات ، التي تزداد شدتها مع زيادة درجة الحرارة.
أرز. 1.2.5. أنواع العيوب النقطية في الشبكة البلورية: 1 - فراغ ، 2 - ذرة في الفجوات ، 3 و 4 - ذرات شوائب في الموقع والشقوق ، على التوالي
حول أي عيب نقطي ، يحدث تشوه شبكي محلي بنصف قطر R من 1 ... 2 فترات شعرية (انظر الشكل 1.2.6) ، لذلك ، إذا كان هناك العديد من هذه العيوب ، فإنها تؤثر على طبيعة توزيع الترابط بين الذرات قوى ، وبالتالي خصائص البلورات.
أرز. 1.2.6. تشويه موضعي للشبكة البلورية حول مكان شاغر (أ) وذرة شوائب في موقع شبكي (ب)
عيوب الخط
تسمى العيوب الخطية الاضطرابات. سبب ظهورها هو وجود أنصاف مستويات ذرية "إضافية" (مستويات إضافية) في أجزاء منفصلة من البلورة. تنشأ أثناء تبلور المعادن (بسبب انتهاك ترتيب ملء الطبقات الذرية) أو نتيجة لتشوهها البلاستيكي ، كما هو موضح في الشكل. 1.2.7.
أرز. 1.2.7. تشكيل خلع الحافة () نتيجة التحول الجزئي للجزء العلوي من البلورة تحت تأثير القوة: ABCD - مستوى الانزلاق ؛ EFGH - طائرة إضافية ؛ EN - خط خلع الحافة
يمكن ملاحظة أنه تحت تأثير قوة القص ، حدث تحول جزئي للجزء العلوي من البلورة على طول مستوى انزلاق معين ("قص الضوء") ABCD. نتيجة لذلك ، تم تشكيل الطائرة الإضافية EFGH. نظرًا لأنه لا يستمر إلى أسفل ، يحدث تشوه شبكي مرن حول حافته EH بنصف قطر من عدة مسافات بين الذرية (أي 10-7 سم - انظر الموضوع 1.2.1) ، ولكن مدى هذا التشويه أكبر بعدة مرات (يمكن أن يكون يصل إلى 0.1 ... 1 سم).
هذا النقص في البلورة حول حافة السطح الإضافي هو عيب شبكي خطي ويسمى خلع الحافة.
يتم تحديد أهم الخواص الميكانيكية للمعادن - القوة واللدونة (انظر الموضوع 1.1) - من خلال وجود الاضطرابات وسلوكها عند تحميل الجسم.
دعونا نتناول سمتين لآلية إزاحة الاضطرابات.
1. يمكن أن تتحرك الخلع بسهولة (عند حمولة منخفضة) على طول مستوى الانزلاق عن طريق حركة "سباق التتابع" للطائرة الإضافية. على التين. يوضح الشكل 1.2.8 المرحلة الأولية لمثل هذه الحركة (رسم ثنائي الأبعاد في مستوى عمودي على خط خلع الحافة).
أرز. 1.2.8. المرحلة الأولى من حركة سباق التتابع لخلع الحافة (). A-A - مستوى منزلق ، مستوى إضافي 1-1 (موضع البداية)
تحت تأثير القوة ، تنفصل ذرات المستوى الإضافي (1-1) عن المستوى (2-3) الذرات (2-2) الموجودة فوق المستوى الانزلاقي. نتيجة لذلك ، تشكل هذه الذرات مستوى إضافيًا جديدًا (2-2) ؛ ذرات الطائرة "القديمة" (1-1) تشغل الأماكن التي تم إخلاؤها ، لتكمل الطائرة (1-1-3). يعني هذا الفعل اختفاء الخلع "القديم" المرتبط بالطائرة الإضافية (1-1) ، وظهور طائرة "جديدة" مرتبطة بالمستوى الإضافي (2-2) ، أو بعبارة أخرى ، نقل "هراوة الترحيل" - خلع لمسافة واحدة بين الكواكب. ستستمر حركة سباق التتابع هذه لخلع حتى تصل إلى حافة البلورة ، مما يعني حدوث تحول في الجزء العلوي منها بمسافة واحدة بين الكواكب (أي تشوه البلاستيك).
هذه الآلية لا تتطلب الكثير من الجهد ، لأن. يتكون من إزاحة ميكروية متتالية تؤثر فقط على عدد محدود من الذرات المحيطة بالطائرة الخارجية.
2. من الواضح ، مع ذلك ، أن سهولة انزلاق الاضطرابات لن تتم ملاحظتها إلا في حالة عدم وجود عقبات في طريقها. هذه العوائق هي أي عيوب شبكية (خاصة الخطية والسطحية!) ، وكذلك جزيئات الأطوار الأخرى ، إذا كانت موجودة في المادة. تخلق هذه العوائق تشوهات في الشبكة ، ويتطلب التغلب عليها جهودًا خارجية إضافية ؛ وبالتالي ، يمكن أن تمنع حركة الاضطرابات ، أي جعلهم جامدين.
عيوب السطح
جميع المعادن الصناعية (السبائك) عبارة عن مواد متعددة الكريستالات ، أي تتكون من عدد كبير من البلورات الصغيرة (عادة 10 -2 ... 10 -3 سم) ، بلورات عشوائية التوجه تسمى الحبوب. من الواضح أن دورية الشبكة المتأصلة في كل حبة (بلورة مفردة) تنتهك في مثل هذه المادة ، حيث يتم تدوير المستويات البلورية للحبوب بالنسبة لبعضها البعض بزاوية 6 (انظر الشكل 1.2.9) ، والتي تكون قيمتها يختلف من كسور إلى عدة عشرات من الدرجات.
أرز. 1.2.9. مخطط هيكل حدود الحبوب في مادة متعددة البلورات
الحدود بين الحبيبات عبارة عن طبقة انتقالية يصل عرضها إلى 10 مسافات بين الذرات ، وعادةً ما يكون ذلك مع ترتيب غير منظم للذرات. هذا هو مكان تراكم الخلع والشواغر وذرات النجاسة. لذلك ، في الجزء الأكبر من مادة متعددة البلورات ، تكون حدود الحبوب ثنائية الأبعاد ، وهي عيوب سطحية.
تأثير عيوب الشبكة على الخواص الميكانيكية للبلورات. طرق زيادة قوة المعادن.
القوة هي قدرة المادة على مقاومة التشوه والتدمير تحت تأثير الحمل الخارجي.
تُفهم قوة الأجسام البلورية على أنها مقاومتها للحمل المطبق ، والذي يميل إلى التحرك أو ، في النهاية ، تمزيق جزء من البلورة بالنسبة إلى الجزء الآخر.
يؤدي وجود خلع متحرك في المعادن (بالفعل في عملية التبلور ، حتى 10 6 ... 10 8 الاضطرابات في مقطع عرضي يساوي 1 سم 2) إلى انخفاض مقاومتها للتحميل ، أي ليونة عالية وقوة منخفضة.
من الواضح أكثر على نحو فعالزيادة القوة ستكون إزالة الاضطرابات من المعدن. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة ليست متقدمة من الناحية التكنولوجية ، لأن لا يمكن الحصول على المعادن الخالية من الخلع إلا على شكل خيوط رفيعة (تسمى "الشعيرات") بقطر يصل إلى عدة ميكرونات وبطول يصل إلى 10 ميكرون.
لذلك ، تعتمد طرق التصلب العملية على التباطؤ ، ومنع الاضطرابات المتنقلة من خلال زيادة حادة في عدد عيوب الشبكة (العيوب الخطية والسطحية بشكل أساسي!) ، وكذلك إنشاء مواد متعددة الأطوار
هذه الطرق التقليديةزيادة قوة المعادن هي:
- تشوه اللدائن (ظاهرة تصلب العمل أو تصلب العمل) ،
- المعالجة الحرارية (والكيميائية الحرارية) ،
- صناعة السبائك (إدخال شوائب خاصة) ، والطريقة الأكثر شيوعًا هي صناعة السبائك.
في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن الزيادة في القوة على أساس منع الاضطرابات المتنقلة تؤدي إلى انخفاض في الليونة وقوة التأثير ، وبالتالي ، الموثوقية التشغيلية للمادة.
لذلك ، يجب معالجة مسألة درجة التصلب بشكل فردي ، بناءً على الغرض وظروف تشغيل المنتج.
تعدد الأشكال بالمعنى الحرفي للكلمة يعني تعدد الأشكال ، أي الظاهرة عندما تتبلور مواد لها نفس التركيب الكيميائي في هياكل مختلفة وتشكل بلورات من تراكيب مختلفة. على سبيل المثال ، الماس والجرافيت لهما نفس التركيب الكيميائي ، لكنهما مختلفان ، كلا المعدنين يختلفان بشدة في الفيزياء. ملكيات. مثال آخر هو الكالسيت والأراجونيت - فهما لهما نفس تكوين كربونات الكالسيوم 3 لكنهما يمثلان تعديلات متعددة الأشكال.
ترتبط ظاهرة تعدد الأشكال بظروف تكوين المواد البلورية وترجع إلى حقيقة أن بعض الهياكل فقط مستقرة في ظل ظروف ديناميكية حرارية مختلفة. لذلك ، القصدير المعدني (ما يسمى بالقصدير الأبيض) ، عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من -18 درجة مئوية ، يصبح غير مستقر ويتفتت ، مشكلاً "قصدير رمادي" لهيكل مختلف.
تماثل. السبائك المعدنية عبارة عن هياكل بلورية ذات تكوين متغير ، حيث توجد ذرات عنصر في فجوات الشبكة البلورية لعنصر آخر. هذه هي ما يسمى بالحلول الصلبة من النوع الثاني.
على عكس المحاليل الصلبة من النوع الثاني ، في المحاليل الصلبة من النوع الأول ، يمكن استبدال ذرات أو أيونات مادة بلورية بذرات أو أيونات مادة أخرى. تقع الأخيرة في عقد الشبكة البلورية. تسمى الحلول من هذا النوع بالمخاليط المتشابهة.
الشروط اللازمة لإظهار التماثل:
1) يمكن فقط استبدال الأيونات من نفس العلامة ، أي الكاتيون للكاتيون ، والأنيون للأنيون
2) يمكن فقط استبدال الذرات أو الأيونات ذات الحجم المماثل ، أي يجب ألا يتجاوز الفرق في نصف القطر الأيوني 15٪ للتشابه التام و 25٪ للتشابه غير الكامل (على سبيل المثال ، Ca 2+ إلى Mg 2+)
3) يمكن فقط استبدال الأيونات القريبة من درجة الاستقطاب (أي بدرجة الرابطة التساهمية الأيونية)
4) يمكن فقط استبدال العناصر التي لها نفس رقم التنسيق في بنية بلورية معينة
5) يجب أن تحدث الاستبدالات المتشابهة بهذه الطريقة. بحيث لا يتم إزعاج التوازن الكهروستاتيكي للشبكة البلورية.
6) بدائل متشابهة المضي قدما في اتجاه زيادة الطاقة شعرية.
أنواع التماثل. هناك 4 أنواع من التشابه:
1) يتميز التماثل التكافؤي بحقيقة أنه في هذه الحالة تحدث أيونات من نفس التكافؤ ، ويجب ألا يزيد الاختلاف في أحجام نصف القطر الأيوني عن 15٪
2) التماثل غير المتكافئ. في هذه الحالة ، يحدث استبدال الأيونات ذات التكافؤ المختلف. مع مثل هذا الاستبدال ، لا يمكن استبدال أيون بآخر دون الإخلال بالتوازن الكهروستاتيكي للشبكة البلورية ، وبالتالي ، مع التماثل غير المتكافئ ، لا يتم استبدال أيون ، كما هو الحال في التماثل غير المتجانس ، ولكن مجموعة من الأيونات ذات تكافؤ معين مع آخر مجموعة الأيونات مع الحفاظ على نفس التكافؤ الكلي.
من الضروري في هذه الحالة أن نتذكر دائمًا أن استبدال أيون تكافؤ بأيون آخر يرتبط دائمًا بتعويض التكافؤ. يمكن أن يحدث هذا التعويض في كل من الأجزاء الموجبة والأنيونية للمركبات. في هذه الحالة ، يجب استيفاء الشروط التالية:
أ) يجب أن يكون مجموع تكافؤ الأيونات المستبدلة مساويًا لمجموع تكافؤ الأيونات المستبدلة.
ب) يجب أن يكون مجموع نصف القطر الأيوني للأيونات المستبدلة قريبًا من مجموع نصف القطر الأيوني للأيونات المستبدلة وقد يختلف عنه بنسبة لا تزيد عن 15٪ (للتماثل التام)
3) متساوي البنية. لا يوجد استبدال لأيون بآخر ، أو مجموعة من الأيونات لمجموعة أخرى ، ولكن هناك استبدال كامل "كتلة" من شبكة بلورية بأخرى من نفس "الكتلة". يمكن أن يحدث هذا فقط إذا كانت هياكل المعادن من نفس النوع ولها أحجام خلايا متشابهة.
4) تماثل من نوع خاص.
خلع عيب شعرية الكريستال
استضافت على Allbest.ru
وثائق مماثلة
خصائص التأثير الكهرضغطية. دراسة التركيب البلوري للتأثير: دراسة النموذج ، التشوهات البلورية. الآلية الفيزيائية للتأثير الكهروإجهادي العكسي. خصائص البلورات الكهرضغطية. تطبيق تأثير.
ورقة مصطلح ، تمت الإضافة في 12/09/2010
معلومات حول اهتزازات المشابك البلورية ، وظائف تصف كمياتها الفيزيائية. أنظمة الإحداثيات البلورية. حساب طاقة تفاعل الذرات في البلورات التساهمية ، طيف الاهتزاز للشبكة البلورية لتنغستات الباريوم.
تمت إضافة أطروحة في 01/09/2014
مرور التيار عبر الإلكتروليتات. الطبيعة الفيزيائية للتوصيل الكهربائي. تأثير الشوائب وعيوب التركيب البلوري على مقاومة المعادن. مقاومة الأغشية المعدنية الرقيقة. ظواهر الاتصال والقوة الكهروحرارية.
الملخص ، تمت الإضافة في 08/29/2010
مفهوم وتصنيف العيوب في البلورات: الطاقة والإلكترونية والذرية. العيوب الرئيسية في البلورات ، وتشكيل عيوب نقطية ، وتركيزها وسرعة حركتها عبر البلورة. انتشار الجسيمات بسبب حركات الوظائف الشاغرة.
الملخص ، تمت الإضافة في 01/19/2011
جوهر تعدد الأشكال ، تاريخ اكتشافه. المادية و الخواص الكيميائيةتعديلات متعددة الأشكال للكربون: الماس والجرافيت ، تحليلهم المقارن. التحولات متعددة الأشكال للبلورات السائلة والأغشية الرقيقة من ثنائي يوديد القصدير والمعادن والسبائك.
ورقة مصطلح ، تمت الإضافة بتاريخ 04/12/2012
الحالات البلورية وغير المتبلورة للمواد الصلبة ، أسباب عيوب النقطة والخط. أصل ونمو البلورات. الإنتاج الاصطناعي للأحجار الكريمة والمحاليل الصلبة والبلورات السائلة. الخصائص البصرية للبلورات السائلة الكوليسترول.
الملخص ، تمت الإضافة بتاريخ 04/26/2010
تاريخ تطور مفهوم البلورات السائلة. البلورات السائلة وأنواعها وخصائصها الرئيسية. النشاط البصري للبلورات السائلة وخصائصها الهيكلية. تأثير Freedericksz. المبدأ المادي لتشغيل الأجهزة على شاشة LCD. ميكروفون بصري.
البرنامج التعليمي ، تمت إضافة 12/14/2010
التبلور هو عملية انتقال المعدن من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة مع تكوين بنية بلورية. مخطط تشكيل التماس في اللحام القوسي. العوامل الرئيسية والشروط اللازمة لبدء نمو بلورات المعدن السائل.
عرض تقديمي ، تمت إضافة 2015/04/26
دراسة التركيب (التكوين بالبلورات المرتبة بطريقة فوضوية) وطرق الحصول على (التبريد بالذوبان ، الرش من الطور الغازي ، قصف البلورات بواسطة الخلايا العصبية). التعرف على عمليات التبلور والتزجج.
الملخص ، تمت الإضافة 18/05/2010
عيوب البلورات الحقيقية ، مبدأ تشغيل الترانزستورات ثنائية القطب. تشويه شبكي بلوري في المحاليل الصلبة الخلالية والاستبدالية. الظواهر السطحية في أشباه الموصلات. معلمات الترانزستور ومعامل نقل الباعث الحالي.
طرق وصف وتصوير الذرة
الهياكل البلورية
بلورات
دورية الهيكل هي الخاصية الأكثر تميزًا للبلورات. في الشبكة الدورية ، يمكن للمرء دائمًا التمييز خلية أولية، البث الذي يسهل في الفضاء الحصول على فكرة عن بنية البلورة بأكملها. يعتمد تكوين شبكة مكانية معينة بواسطة أي عنصر أو مركب بشكل أساسي على حجم الذرات والتكوين الإلكتروني لغلافها الخارجي.
قام العالم الروسي إي إس فيدوروف ، قبل 40 عامًا تقريبًا من العثور على طرق تحليل حيود الأشعة السينية ، بحساب الترتيبات الممكنة للجسيمات في المشابك البلورية مواد مختلفةواقترح 230 مجموعة مكانية. هندسيًا ، لا يوجد سوى 14 شبكة مكانية مختلفة ممكنة ، تسمى شبكات Bravais وهي أساس الأنظمة البلورية الستة الموضحة في الجدول. 2.1 وفي الشكل. 2.1. في بعض الأحيان يعتبرون نظامًا معينيًا أو ثلاثي الزوايا (a \ u003d b \ u003d مع؛ α = β = γ ≠ 90 °) كنظام سابع مستقل.
إذا كانت الذرات موجودة فقط في رؤوس خلية الوحدة ، فسيتم استدعاء الشبكة بدائيأو بسيط. إذا كانت هناك ذرات على الوجوه أو في حجم الخلية ، فستكون الشبكة معقدة (على سبيل المثال ، تتمحور حول القاعدة والجسم والوجه).
يمكن أن تكون الأجسام البلورية على شكل بلورات كبيرة منفصلة - بلورات مفردة أو تتكون من مجموعة من عدد كبير من البلورات الصغيرة (حبيبات).
الجدول 2.1
المشابك المكانية للأنظمة البلورية
| نظام بلوري | شعرية مكانية | العلاقة بين الزوايا المحورية والوحدات المحورية | |
| 1. تريلينك | أنا - بسيط | أ ≠ ب ≠ ج; α ≠ β ≠ γ ≠ 90 درجة | |
| 2. أحادي الميل | II - بسيط III - تتمحور حول القاعدة | أ ≠ ب ≠ ج; α = γ = 90 درجة ؛ β ≠ 90 درجة | |
| 3. معيني أو معيني | IV - بسيط V - قاعدة متمركزة VI - محور الجسم VII - وجه متمركز | أ ≠ ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجة | |
| 4. سداسية | الثامن - التاسع البسيط - شكل معين | أ = ب ≠ ج; α = β = 90 درجة ؛ γ = 120 درجة | |
| 5. رباعي الزوايا | X - بسيط XI - متمحور حول الجسم | أ = ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجة | |
| 6. مكعب | الثاني عشر - الثالث عشر البسيط - الرابع عشر المتمحور حول الجسم - متمحور حول الوجه | أ = ب = ج; α = β = γ = 90 درجة |
أرز. 2.1. المشابك شجاع
في حالة البلورات المتعددة ، داخل كل حبة ، يتم ترتيب الذرات بشكل دوري ، ولكن عند الانتقال من حبة إلى أخرى في الواجهات ، فإن الترتيب المنتظم للجسيمات يكون مضطربًا.
تتميز البلورات المفردة بتباين الخواص. في الأجسام متعددة البلورات ، لا يُلاحظ تباين الخواص في معظم الحالات ، ومع ذلك ، بمساعدة معالجة خاصة ، يمكن الحصول على مواد منسوجة بترتيب موجه من البلورات.
نظرًا لأن البلورات المفردة متباينة الخواص ، عند تحديد الخواص الكهربائية والميكانيكية وغيرها ، من الضروري الإشارة إلى موقع المستويات البلورية والاتجاهات في البلورات. لهذا ، يتم استخدام مؤشرات Miller.
مؤشرات ميلر
دع الطائرة تقطع المقاطع OA و OB و OS على محاور الإحداثيات (بوحدات فترة الشبكة). دعونا نحسب المعادلات H = 1 / OA ، K = 1 / OB ، L = 1 / OC ونحدد أصغر الأعداد الصحيحة بنفس النسبة مثل H: K: L = h: k: l. تسمى الأعداد الصحيحة (hkl) مؤشرات ميلر للمستوى.
في البلورات المكعبة ، تشير المؤشرات (100) إلى مستوى موازٍ للمحاور Y و Z ؛ المؤشرات (010) - للمستوى الموازي للمحاور X و Z ، و (001) - للمستوى الموازي للمحاور X و Y. في البلورات ذات المحاور المتعامدة ، تكون هذه المستويات أيضًا متعامدة ، على التوالي ، على المحاور Xو Y و Z.
لتعيين الاتجاهات في بلورة ، يتم استخدام المؤشرات في شكل أصغر أعداد صحيحة مرتبطة ببعضها البعض كمكونات لمتجه موازٍ لاتجاه معين. على عكس تسمية الطائرات ، فهي مكتوبة بين قوسين مربعين. في البلورات المكعبة ، تكون هذه الاتجاهات متعامدة مع المستوى بنفس المؤشرات. يشير الاتجاه الإيجابي للمحور X إلى الاتجاه الإيجابي للمحور Y - والاتجاه السلبي للمحور Z - وقطر المكعب - وما إلى ذلك. وترد تسميات المستويات والتوجيهات البلورية في الشكل. 2.2.
المستويات التي تقطع أجزاء متساوية ، ولكنها موجودة في ثمانيات أخرى ، متكافئة في النواحي البلورية والفيزيائية الكيميائية. تشكل مجموعة من المستويات المكافئة - (hkl) أو نظام من المستويات ، حيث يمكن كتابة h ، k ، l بأي ترتيب ومع أي عدد من السالب أمام المؤشرات. يتم كتابة الطرح فوق الفهرس.
يمكن تحديد موضع الاتجاه في الشبكة المكانية بسهولة عن طريق إحداثيات الذرة الأقرب إلى أصل الإحداثيات والكذب في الاتجاه المحدد.
يتم الإشارة إلى مجموعة من الاتجاهات المكافئة أو نظام الاتجاهات
أرز. 2.2. أمثلة على التدوين البلوري
الطائرات والاتجاهات في بلورات مكعبة
باستخدام مؤشرات ميلر
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1. حدد مؤشرات المستوى التي تقطع المقاطع A = 1 ، B = 2 ، C = - 4 على محاور الشبكة.
نسب المقاطع المقلوبة هي 1 / A: 1 / B: 1 / C = 1/1: 1/2: 1 / (- 4). نحضر هذه النسبة إلى نسبة ثلاثة أعداد صحيحة ، بضربها في المقام المشترك 4 ، ستكون العوامل الإضافية 4 و 2. 1 / A: 1 / B: 1 / C \ u003d 4: 2: (- 1). سيكون هذا هو المطلوب h ، k ، l. مؤشرات المستوى (42).
مثال 2. حدد المقاطع التي يقطعها المستوى (023) على محاور الشبكة.
نكتب القيم المعكوسة لمؤشرات المستوى: 1/0 ، 1/2 ، 1/3. نضرب في مقام مشترك يساوي 6 (نحول الأجزاء إلى أعداد صحيحة). ستكون المقاطع المقطوعة بالمستوى على المحاور مساوية لـ A \ u003d ، B \ u003d 3 ، C \ u003d 2. سيكون هذا المستوى موازيًا للمحور x ، منذ A \ u003d.
تعدد الأشكال
تتمتع بعض المواد الصلبة بالقدرة على تكوين ليس بنية بلورية واحدة أو أكثر تكون مستقرة عند درجات حرارة وضغوط مختلفة. هذه الخاصية للمواد تسمى تعدد الأشكال،وتسمى الهياكل البلورية المقابلة أشكالًا متعددة الأشكال أو مؤثرتعديلات الجوهر.
عادة ما يتم الإشارة إلى التعديل المستقر في درجات الحرارة العادية والمنخفضة بالحرف α ؛ يتم الإشارة إلى التعديلات التي تكون مستقرة عند درجات حرارة أعلى بالحروف ، على التوالي. β ، γ ، إلخ.
ينتشر تعدد الأشكال بين المواد التقنيةوهي ضرورية لمعالجتها واستغلالها.
مثال كلاسيكي على تعدد الأشكال هو التحول في درجات الحرارة المنخفضة للقصدير الأبيض ( β -Sn) إلى الرمادي ( α -Sn) ، والمعروف في الفن باسم "طاعون القصدير".
من الأهمية العملية تعدد أشكال الكربون - وجوده في شكل الماس أو الجرافيت. في ظل الظروف العادية ، يعد الجرافيت تعديلًا أكثر ثباتًا من الماس. ومع ذلك ، مع زيادة الضغط ، يزداد استقرار الماس ، بينما ينخفض استقرار الجرافيت ، وعند ضغوط عالية بما فيه الكفاية ، يصبح الماس أكثر استقرارًا. إذا تم رفع درجة الحرارة في نفس الوقت لزيادة حركة الذرات ، فيمكن تحويل الجرافيت إلى الماس. يعتمد إنتاج الماس الاصطناعي على هذا المبدأ. في الاتحاد السوفياتي ، بدأ إنتاجها الصناعي في عام 1961. ويتم التجميع تحت ضغط حوالي 10 10 باسكال عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية. الماس الاصطناعي الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة له قوة وصلابة أعلى من البلورات الطبيعية.
2.1.5. تماثل
تماثل- هذه هي خاصية الذرات والأيونات المتقاربة كيميائياً وهندسياً ومجموعاتها لتحل محل بعضها البعض في الشبكة البلورية ، وتشكل بلورات ذات تكوين متغير.
تشكل بلورات السيليكون والجرمانيوم المتشابه سلسلة مستمرة من الحلول الصلبة البديلة. تتبلور هاتان المادتان في هيكل الماس ، فترة الشبكة من الجرمانيوم أ = 0.565 نانومتر ، السيليكون أ = 0.542 نانومتر ، الفرق في الفترات أقل من 4٪ ، لذلك ، يمكن تكوين محاليل صلبة بديلة مع قابلية ذوبان غير محدودة ، حيث توجد ذرات الجرمانيوم والسيليكون في مواقع شبكة الماس.
تتغير الكثافة ، وفترة الشبكة ، والصلابة في السلسلة المتماثلة من بلورات Si-Ge المختلطة خطيًا. من خلال اختيار تركيبات متشابهة مختلفة ، من الممكن تغيير نطاقات درجة حرارة التشغيل والمعلمات الكهربية لهذه وغيرها من الحلول الصلبة لمركبات أشباه الموصلات.
معلومات مماثلة.
المجموعة الأكثر شمولاً من البلورات هي أجسام مبنية من جزيئات. تحتوي المركبات الأيونية أيضًا على عدد كافٍ من الممثلين. في هذه الحالات ، كما قلنا سابقًا ، فإن فكرة البلورة كجسيمات معبأة بشكل كثيف لها ما يبررها تمامًا. ومع ذلك ، من الضروري الخوض في تلك الهياكل التي يكون فيها اتجاه الروابط بين الذرات ، وانحراف سحابة الإلكترون عن التناظر الكروي ، وما إلى ذلك ، سببًا في تكوين الهياكل التي لم يعد من الممكن اعتبارها بهذه البساطة.
تشمل هذه الاستثناءات تراكيب الذرات المتصلة بالإلكترونات الشائعة.
يظهر عدد كبير من المعادن هياكل ذات خلية مكعبة محورها الجسم. في هذه البلورات ، سيكون لكل ذرة ثمانية متجاورة ، وليس اثني عشر ، كما هو الحال في أقرب تعبئة للكرات. هكذا ، على سبيل المثال ، تتصرف ذرات الحديد (الشكل 257). شعرية الحديد مكعب ؛ توجد ذرات الحديد عند رؤوس المكعبات ومراكزها. يحتوي الليثيوم والبوتاسيوم والسيزيوم وعدد من المواد الأخرى على نفس البنية.
على التين. 263 تتم مقارنة هيكل الزئبق البلوري بالتعبئة المثالية المكعبة القريبة. من السهل أن نرى أن طبيعة موقع مراكز الذرات هي نفسها ، لكن في الهيكل
الزئبق ، وتناقصت المسافات بين الطبقات ، وتزايدت المسافات بين ذرات الطبقة الواحدة ، كما لو كنا معبأين بإحكام كرات مسطحة قليلاً.
هناك الكثير من الأمثلة على هذه الحزم "الفاسدة" بدرجة أكبر أو أقل. على سبيل المثال ، في حالة الجليد (الشكل 264) ، فإن العلاقة مع التعبئة الكروية مفقودة تمامًا. يتم تنفيذ الرابطة بين كل زوج من ذرات الأكسجين بواسطة ذرة هيدروجين واحدة. في هذه الروابط الأربعة ، تقع كل ذرة هيدروجين على ذرتين من الأكسجين - وهو تناقض مع الصيغة الكيميائية للماء الموضحة في الشكل. 264 هيكل ، بالطبع ، لا. من أجل الوضوح ، تظهر رابطة "الهيدروجين" في الشكل على أنها "برزخ". هيكل الجليد فضفاض للغاية ، ويمكن ملاحظة "ثقوب" كبيرة في الشكل. إذا واصلت عقليًا الهيكل فوق مستوى الرسم ، فستتحول هذه الثقوب إلى قنوات واسعة تخترق الهيكل.
هيكل الجليد هو استثناء مهم ل قاعدة عامة. هذا لا يعني أن هناك حالات نادرة يفقد فيها استيعاب بلورة لتعبئة كثيفة من الجزيئات معناها.
كما قلنا أعلاه ، فإن التشابه مع التعبئة الكثيفة للكرات يُفقد تمامًا في حالة البلورات المبنية من ذرات متصلة بواسطة إلكترونات مشتركة.
هيكل كبريتيد الزنك الموضح أعلاه في الشكل. 257 مميزة جدا. تبدو هياكل بعض العناصر متشابهة: الكربون (الماس) ، والسيليكون ، والجرمانيوم ، والقصدير (أبيض).
تكون الحالات ممكنة عندما تشكل الروابط المثلية القطبية طبقات وسلاسل من الذرات.
على التين. 265 يوضح هيكل الجرافيت. تشكل ذرات الكربون في الجرافيت بنية ذات طبقات. لكن هذه ليست طبقات التعبئة الأكثر كثافة. من المستحيل بناء طبقة من الجرافيت من المجالات المتجاورة. في الجرافيت ، تكون طبقات الذرات شديدة الترابط مسطحة. يعطي الزرنيخ والفوسفور أيضًا هياكل ذات طبقات بهذا المعنى ، لكن ذرات الطبقة لا توجد في نفس المستوى. كمثال
الهياكل التي تتكون من سلاسل من الذرات شديدة الترابط ، يمكننا إحضار السيلينيوم الرمادي. ترتبط كل ذرة من هذه المادة ارتباطًا وثيقًا بجارتين فقط. في السيلينيوم الرمادي ، تشكل الذرات حلزونيًا لا نهاية له ، ملتفًا على خط مستقيم. المسافات بين ذرات الحلزون المتجاورة أكبر بكثير من المسافات بين الذرات الأقرب في نفس اللولب.
الجرافيت الناعم الأسود غير اللامع الذي نكتب به والماس اللامع والشفاف والقاسي والمقطع بالزجاج مصنوع من نفس الذرات - من ذرات الكربون. يوضح هذا المثال بوضوح استثنائي كيف يتم تحديد خصائص البلورات بشكل حاد من خلال الترتيب المتبادل للذرات. يستخدم الجرافيت في صنع بوتقات حرارية يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 2000-3000 درجة مئوية ، وحروق الماس عند درجات حرارة أعلى من 700 درجة مئوية ؛ الثقل النوعي للماس 3.5 ، والجرافيت 2.1 ؛ الجرافيت يوصل الكهرباء ، الماس لا ، إلخ.
هذه الميزة لتشكيل بلورات مختلفة متأصلة ليس فقط في كربون واحد. تقريبا كل عنصر كيميائيفي حالة بلورية وأي مادة موجودة في عدة أصناف. نحن نعرف ستة أنواع من الثلج ، وتسعة أنواع من الكبريت ، وأربعة أنواع من الحديد.
في درجة حرارة الغرفة ، تشكل ذرات الحديد شبكة مكعبة تشغل فيها الذرات مواقع في قمم ووسط المكعبات ؛ كل ذرة لديها ثمانية جيران. في درجات الحرارة المرتفعة ، تشكل ذرات الحديد أقرب تعبئة: لكل ذرة اثني عشر جارًا. الحديد مع ثمانية جيران ناعم ، والحديد مع اثني عشر جارًا صعبًا. تصلب المثبتات الفولاذية في درجة حرارة الغرفة ، وهي التعبئة المكعبة الأكثر كثافة ، والتي تكون مستقرة عند درجات حرارة أعلى.
من الواضح بالفعل من أمثلة الكربون والحديد أن أنواع البلورات من نفس المادة تختلف تمامًا عن بعضها البعض في التركيب. الأمر نفسه ينطبق على المواد الأخرى.
على سبيل المثال ، يشكل الكبريت الأصفر حلقات مموجة من ثماني ذرات في بلورة. بمعنى آخر ، يمكن رؤية جزيء كبريت مكون من ثماني ذرات في البلورة. يتكون الكبريت الأحمر أيضًا من مثل هذه الحلقات ، لكن يتم تحويلها إلى بعضها البعض بطريقة مختلفة تمامًا.
يعطي الفوسفور الأصفر هيكلًا مكعبًا به ثمانية أقرب جيران. الفسفور الأسود عبارة عن هيكل من نوع الجرافيت ذي الطبقات.
القصدير الرمادي له نفس هيكل الماس. يمكن الحصول على القصدير الأبيض عقليًا من اللون الرمادي إذا تم ضغط هيكل الماس بقوة على طول محور المكعب. نتيجة لهذا التسطيح ، يصبح عدد الجيران الأقرب لذرة القصدير ستة بدلاً من أربعة.
غالبًا ما تحتوي المواد العضوية أيضًا على أنواع بلورية. يتم ترتيب الجزيئات نفسها بشكل مختلف بالنسبة إلى بعضها البعض.
