چند نوع ساختار کریستالی متمایز می شود. انواع ساختارهای کریستالی انواع اصلی ساختارهای کریستالی

محتوای مقاله

کریستال- موادی که در آنها کوچکترین ذرات (اتمها، یونها یا مولکولها) به ترتیب معین "بسته بندی" شده اند. در نتیجه در طول رشد کریستال ها، صورت های مسطح خود به خود روی سطح آنها ظاهر می شود و خود کریستال ها اشکال هندسی مختلفی به خود می گیرند. همه کسانی که از موزه کانی شناسی یا نمایشگاه کانی ها دیدن کرده اند، نمی توانند زیبایی و زیبایی اشکالی را که مواد "بی جان" به خود می گیرند، تحسین کنند.

و چه کسی دانه های برف را تحسین نکرده است که تنوع آنها واقعاً بی پایان است! در قرن هفدهم. ستاره شناس معروف یوهانس کپلر رساله ای نوشت درباره دانه های برف شش ضلعیو سه قرن بعد، آلبوم‌هایی منتشر شد که شامل مجموعه‌ای از عکس‌های بزرگ‌شده از هزاران دانه‌ی برف بود و هیچ‌کدام دیگری را تکرار نمی‌کرد.

منشا کلمه "کریستال" جالب است (در تمام زبان های اروپایی تقریباً یکسان است). قرن‌ها پیش، در میان برف‌های ابدی کوه‌های آلپ، در قلمرو سوئیس مدرن، کریستال‌های بسیار زیبا و کاملاً بی‌رنگی یافتند که بسیار یادآور یخ خالص بودند. طبیعت گرایان باستان آنها را به این ترتیب - "کریستالوس"، در یونانی - یخ نامیده اند. این کلمه از یونانی "krios" آمده است - سرما، یخ زدگی. اعتقاد بر این بود که یخ، با حضور طولانی مدت در کوهستان، در یخبندان شدید، سنگ شده و توانایی ذوب شدن خود را از دست می دهد. یکی از معتبرترین فیلسوفان باستان، ارسطو، نوشته است که "کریستالوس زمانی از آب متولد می شود که گرما را کاملاً از دست بدهد." شاعر رومی کلودیان در سال 390 همین مطلب را در بیتی شرح داده است:

در زمستان شدید آلپ، یخ به سنگ تبدیل می شود.

خورشید قادر به ذوب چنین سنگی نیست.

نتیجه مشابهی در زمان های قدیم در چین و ژاپن انجام شد - یخ و کریستال سنگ در آنجا با همان کلمه تعیین می شدند. و حتی در قرن نوزدهم. شاعران اغلب این تصاویر را با هم ترکیب می کردند:

یخ به سختی شفاف که روی دریاچه محو می شود،

او جت ​​های بی حرکت را با کریستال پوشاند.

A.S. پوشکین. به اووید

جایگاه ویژه ای در بین کریستال ها توسط سنگ های قیمتی اشغال شده است که از زمان های قدیم توجه بشر را به خود جلب کرده است. مردم یاد گرفته اند که چگونه به طور مصنوعی بسیاری از سنگ های قیمتی را بدست آورند. به عنوان مثال، یاتاقان های ساعت و سایر ابزار دقیق از مدت ها قبل از یاقوت مصنوعی ساخته شده است. آنها همچنین به طور مصنوعی کریستال های زیبایی تولید می کنند که اصلاً در طبیعت وجود ندارند. به عنوان مثال، زیرکونیا مکعبی - نام آنها از مخفف FIAN - موسسه فیزیکی آکادمی علوم، جایی که برای اولین بار به دست آمدند، آمده است. بلورهای مکعبی زیرکونیا ZrO 2 بلورهای مکعبی زیرکونیایی هستند که بسیار شبیه به الماس هستند.

ساختار کریستال ها

بسته به ساختار، بلورها به یونی، کووالانسی، مولکولی و فلزی تقسیم می شوند. بلورهای یونی از کاتیون‌ها و آنیون‌های متناوب ساخته می‌شوند که در نظم خاصی توسط نیروهای جاذبه و دافعه الکترواستاتیکی نگه داشته می‌شوند. نیروهای الکترواستاتیک غیر جهت دار هستند: هر یون می تواند به اندازه ای که مناسب است یون های علامت مخالف را در اطراف خود نگه دارد. اما در عین حال، نیروهای جاذبه و دافعه باید متعادل باشند و خنثی الکتریکی کلی کریستال باید حفظ شود. همه اینها با در نظر گرفتن اندازه یونها منجر به ساختارهای کریستالی مختلف می شود. بنابراین، هنگامی که یون های Na + (شعاع آنها 0.1 نانومتر است) و Cl - (شعاع 0.18 نانومتر) برهم کنش می کنند، هماهنگی هشت وجهی رخ می دهد: هر یون دارای شش یون علامت مخالف است که در راس هشت وجهی قرار دارد. در این حالت، تمام کاتیون ها و آنیون ها ساده ترین شبکه کریستالی مکعبی را تشکیل می دهند که در آن رئوس مکعب به طور متناوب توسط یون های Na + و Cl - اشغال می شوند. کریستال های KCl، BaO، CaO و تعدادی از مواد دیگر به طور مشابه چیده شده اند.

یون های Cs + (شعاع 0.165 نانومتر) از نظر اندازه نزدیک به یون های Cl - هستند و هماهنگی مکعبی رخ می دهد: هر یون توسط هشت یون علامت مخالف احاطه شده است که در راس مکعب قرار دارد. در این حالت، یک شبکه کریستالی بدن محور تشکیل می شود: در مرکز هر مکعبی که توسط هشت کاتیون تشکیل شده است، یک آنیون قرار دارد و بالعکس. (جالب است که در دمای 445 درجه سانتیگراد CsCl به یک شبکه مکعبی ساده از نوع NaCl تبدیل می شود.) شبکه های کریستالی CaF 2 (فلوریت) و بسیاری از ترکیبات یونی دیگر پیچیده تر هستند. در برخی از بلورهای یونی، آنیون‌های چند اتمی پیچیده را می‌توان در زنجیره‌ها، لایه‌ها یا یک چارچوب سه‌بعدی که در حفره‌های آن کاتیون‌ها قرار دارند، ترکیب کرد. بنابراین، به عنوان مثال، سیلیکات ها مرتب شده اند. کریستال های یونی بیشتر نمک های اسیدهای معدنی و آلی، اکسیدها، هیدروکسیدها، نمک ها را تشکیل می دهند. در بلورهای یونی، پیوند بین یون ها قوی است؛ بنابراین، چنین بلورهایی دارای نقطه ذوب بالایی هستند (801 درجه سانتیگراد برای NaCl، 2627 درجه سانتیگراد برای CaO).

در بلورهای کووالانسی (به آنها اتمی نیز گفته می شود) در گره های شبکه کریستالی اتم هایی یکسان یا متفاوت وجود دارد که با پیوندهای کووالانسی به هم متصل می شوند. این ارتباطات قوی و تحت هدایت هستند زوایای خاص. یک مثال معمولی الماس است. در کریستال او، هر اتم کربن به چهار اتم دیگر که در راس چهار وجهی قرار دارند پیوند دارد. بلورهای کووالانسی بور، سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنیک، ZnS، SiO 2، ReO 3، TiO 2، CuNCS را تشکیل می دهند. از آنجایی که هیچ مرز مشخصی بین پیوندهای کووالانسی و یونی قطبی وجود ندارد، همین امر در مورد بلورهای یونی و کووالانسی نیز صادق است. بنابراین، بار روی اتم آلومینیوم در Al 2 O 3 +3 نیست، بلکه فقط 0.4 + است که نشان دهنده سهم بزرگ ساختار کووالانسی است. در همان زمان، در آلومینات کبالت CoAl 2 O 4 بار اتم های آلومینیوم به +2.8 افزایش می یابد که به معنای غلبه نیروهای یونی است. بلورهای کووالانسی معمولاً سخت و نسوز هستند.

کریستال‌های مولکولی از مولکول‌های مجزا ساخته می‌شوند که بین آن‌ها نیروهای جاذبه نسبتاً ضعیفی عمل می‌کنند. در نتیجه، چنین کریستال هایی دارای نقطه ذوب و جوش بسیار پایین تری هستند و سختی آنها نیز پایین است. بنابراین، کریستال های گازهای نجیب (آنها از اتم های جدا شده ساخته شده اند) در دمای بسیار پایین ذوب می شوند. از ترکیبات معدنی، کریستال های مولکولی بسیاری از غیر فلزات (گازهای نجیب، هیدروژن، نیتروژن، فسفر سفید، اکسیژن، گوگرد، هالوژن ها) را تشکیل می دهند، ترکیباتی که مولکول های آنها فقط با پیوندهای کووالانسی (H2O، HCl، NH3، CO2) تشکیل می شوند. و غیره). این نوع کریستال ها نیز تقریباً برای تمام ترکیبات آلی مشخص است. قدرت کریستال های مولکولی به اندازه و پیچیدگی مولکول ها بستگی دارد. بنابراین، کریستال های هلیوم (شعاع اتمی 0.12 نانومتر) در -271.4 درجه سانتیگراد (تحت فشار 30 اتمسفر) و کریستال های زنون (شعاع 0.22 نانومتر) در -111.8 درجه سانتیگراد ذوب می شوند. بلورهای فلوئور در -219.6 درجه سانتیگراد و ید در +113.6 درجه سانتیگراد ذوب می شوند. متان CH 4 - در -182.5 درجه سانتیگراد و تریاکونتان C 30 H 62 - در + 65.8 درجه سانتیگراد.

کریستال های فلزی فلزات خالص و آلیاژهای آنها را تشکیل می دهند. چنین کریستال هایی را می توان در شکستگی فلزات و همچنین روی سطح ورق گالوانیزه مشاهده کرد. شبکه کریستالی فلزات توسط کاتیون ها تشکیل می شود که توسط الکترون های متحرک ("گاز الکترون") به هم متصل می شوند. این ساختار هدایت الکتریکی، چکش خواری، بازتاب (درخشش) بالا کریستال ها را تعیین می کند. ساختار کریستال های فلزی در نتیجه بسته بندی های مختلف اتم ها - توپ ها شکل می گیرد. فلزات قلیایی، کروم، مولیبدن، تنگستن و غیره یک شبکه مکعبی در مرکز بدن را تشکیل می دهند. مس، نقره، طلا، آلومینیوم، نیکل و غیره - یک شبکه مکعبی با محوریت صورت (علاوه بر 8 اتم در راس مکعب، 6 اتم دیگر نیز در مرکز چهره ها قرار دارند). بریلیم، منیزیم، کلسیم، روی و غیره - به اصطلاح شبکه متراکم شش ضلعی (دارای 12 اتم واقع در راس یک منشور شش ضلعی مستطیلی، 2 اتم - در مرکز دو پایه منشور و 3 اتم دیگر. - در رئوس مثلث در مرکز منشور).

تمام ترکیبات کریستالی را می توان به تک کریستالی و چند کریستالی تقسیم کرد. یک کریستال یکپارچه با یک شبکه کریستالی دست نخورده است. تک بلورهای طبیعی بزرگ بسیار نادر هستند. اکثر اجسام کریستالی چند کریستالی هستند، یعنی از بلورهای کوچک زیادی تشکیل شده‌اند که گاهی تنها با بزرگنمایی بالا قابل مشاهده هستند.

رشد کریستال

بسیاری از دانشمندان برجسته که سهم زیادی در توسعه شیمی، کانی شناسی و سایر علوم داشتند، اولین آزمایشات خود را دقیقاً با رشد کریستال ها آغاز کردند. این آزمایش‌ها علاوه بر اثرات کاملاً خارجی، ما را به این فکر می‌کنند که کریستال‌ها چگونه چیده شده‌اند و چگونه تشکیل می‌شوند، چرا مواد مختلف کریستال‌ها را تشکیل می‌دهند. اشکال مختلفو بعضی ها اصلا کریستال نمی سازند، برای بزرگ و زیبا شدن کریستال ها چه باید کرد.

در اینجا یک مدل ساده وجود دارد که ماهیت کریستالیزاسیون را توضیح می دهد. تصور کنید که در یک سالن بزرگ پارکت گذاشته می شود. کار با کاشی های مربعی ساده ترین کار است - مهم نیست که چگونه چنین کاشی را بچرخانید، همچنان در جای خود قرار می گیرد و کار به سرعت پیش می رود. به همین دلیل است که ترکیبات متشکل از اتم ها (فلزات، گازهای نجیب) یا مولکول های کوچک متقارن به راحتی متبلور می شوند. چنین ترکیباتی، به عنوان یک قاعده، مواد غیر کریستالی (آمورف) را تشکیل نمی دهند.

گذاشتن پارکت از تخته های مستطیلی دشوارتر است، به خصوص اگر در طرفین آنها شیارها و برآمدگی هایی وجود داشته باشد - پس هر تخته را می توان به یک روش در جای خود قرار داد. به خصوص ترسیم یک الگوی پارکت از تخته هایی با شکل پیچیده دشوار است.

اگر کفپوش پارکت عجله داشته باشد، کاشی ها خیلی سریع به محل نصب می رسند. واضح است که الگوی صحیح اکنون کار نخواهد کرد: اگر کاشی حداقل در یک مکان پیچ خورده باشد، همه چیز کج می شود، فضای خالی ظاهر می شود (مانند بازی رایانه ای قدیمی تتریس، که در آن "لیوان" پر شده است. جزئیات خیلی سریع). حتی اگر ده ها صنعتگر در یک سالن بزرگ، هر کدام از محل خود، یکباره شروع به گذاشتن پارکت کنند، هیچ چیز خوبی حاصل نمی شود. حتی اگر آهسته کار کنند، بسیار مشکوک است که بخش های مجاور به خوبی به هم وصل شوند، و به طور کلی، نمای اتاق بسیار ناخوشایند خواهد بود: در مکان های مختلف کاشی ها در جهات مختلف قرار دارند و سوراخ ها باز می شوند. بین بخش های جداگانه از پارکت یکنواخت.

تقریباً همان فرآیندها در طول رشد کریستال ها اتفاق می افتد، فقط مشکل اینجا نیز در این واقعیت است که ذرات باید نه در یک صفحه، بلکه در یک حجم قرار گیرند. اما بالاخره در اینجا "کف پارکت" وجود ندارد - چه کسی ذرات ماده را در جای خود قرار می دهد؟ معلوم می شود که آنها برای خود مناسب هستند، زیرا به طور مداوم حرکات حرارتی انجام می دهند و مناسب ترین مکان را برای خود "به دنبال" می گردند، جایی که برای آنها "راحت ترین" خواهد بود. در این مورد، "راحتی" همچنین به معنای مطلوب ترین مکان از نظر انرژی است. هنگامی که در چنین مکانی روی سطح یک کریستال در حال رشد قرار گرفت، ذره ای از ماده می تواند در آنجا باقی بماند و پس از مدتی در داخل کریستال، زیر لایه های انباشته شده جدید ماده قرار گیرد. اما چیز دیگری نیز ممکن است - ذره دوباره سطح را در محلول رها می کند و دوباره شروع به "جستجو" می کند که در آن راحت تر است.

هر ماده کریستالی دارای شکل خارجی خاصی از کریستال خاص خود است. به عنوان مثال، برای کلرید سدیم این شکل یک مکعب است، برای زاج پتاسیم یک هشت وجهی است. و حتی اگر در ابتدا چنین کریستالی شکل نامنظم داشت، باز هم دیر یا زود به یک مکعب یا هشت وجهی تبدیل می شود. علاوه بر این، اگر یک کریستال با شکل صحیح عمدا خراب شود، به عنوان مثال، رئوس آن شکسته شود، لبه ها و چهره ها آسیب ببینند، با رشد بیشتر، چنین کریستالی شروع به "درمان" آسیب خود می کند. این به این دلیل اتفاق می‌افتد که چهره‌های کریستالی «درست» سریع‌تر رشد می‌کنند، و چهره‌های «نادرست» کندتر رشد می‌کنند. برای تأیید این موضوع، آزمایش زیر انجام شد: یک توپ از یک کریستال نمک تراشیده شد، و سپس آن را در محلول NaCl اشباع قرار دادند. بعد از مدتی خود توپ کم کم به مکعب تبدیل شد! برنج. 6 اشکال کریستالی برخی کانی ها

اگر فرآیند کریستالیزاسیون خیلی سریع نباشد و ذرات شکل مناسبی برای انباشته شدن و تحرک بالا داشته باشند، به راحتی جای خود را پیدا می کنند. با این حال، اگر تحرک ذرات با تقارن کم به شدت کاهش یابد، آنها به طور تصادفی "یخ می زنند" و جرمی شفاف شبیه شیشه تشکیل می دهند. به این حالت ماده، حالت شیشه ای می گویند. یک مثال شیشه پنجره معمولی است. اگر شیشه برای مدت طولانی بسیار گرم نگه داشته شود، زمانی که ذرات موجود در آن به اندازه کافی متحرک باشند، کریستال های سیلیکات در آن شروع به رشد می کنند. چنین شیشه ای شفافیت خود را از دست می دهد. نه تنها سیلیکات ها می توانند شیشه ای باشند. بنابراین، با خنک شدن آهسته اتیل الکل، در دمای -113.3 درجه سانتیگراد متبلور می شود و یک توده سفید برف مانند را تشکیل می دهد. اما اگر خنک‌سازی خیلی سریع انجام شود (یک آمپول نازک با الکل را به نیتروژن مایع در دمای -196 درجه سانتیگراد پایین بیاورید)، الکل آنقدر سریع جامد می‌شود که مولکول‌های آن زمان برای ساختن یک کریستال معمولی نخواهند داشت. نتیجه شیشه شفاف است. در مورد شیشه سیلیکات (مثلا شیشه پنجره) همین اتفاق می افتد. با سرد شدن بسیار سریع (میلیون ها درجه در ثانیه)، حتی فلزات را می توان در حالت شیشه ای غیر کریستالی به دست آورد.

متبلور کردن مواد با شکل "ناراحت کننده" مولکول ها دشوار است. از جمله این مواد می توان به پروتئین ها و دیگر پلیمرهای زیستی اشاره کرد. اما گلیسیرین معمولی که نقطه ذوب آن 18+ درجه سانتیگراد است، در هنگام سرد شدن به راحتی فوق العاده خنک می شود و به تدریج به یک توده شیشه ای تبدیل می شود. واقعیت این است که گلیسیرین در دمای اتاق بسیار چسبناک است و وقتی خنک شود کاملاً غلیظ می شود. در عین حال، برای مولکول های گلیسرول نامتقارن بسیار دشوار است که در یک نظم دقیق قرار بگیرند و یک شبکه کریستالی تشکیل دهند.

روش های رشد کریستال

کریستالیزاسیون قابل انجام است راه های مختلف. یکی از آنها خنک شدن محلول داغ اشباع شده است. در هر دما، بیش از مقدار معینی از یک ماده نمی تواند در مقدار معینی از حلال (مثلاً در آب) حل شود. به عنوان مثال، 200 گرم زاج پتاسیم می تواند در 100 گرم آب در دمای 90 درجه سانتی گراد حل شود. چنین محلولی اشباع نامیده می شود. اکنون محلول را خنک می کنیم. با کاهش دما، حلالیت اکثر مواد کاهش می یابد. بنابراین، در دمای 80 درجه سانتیگراد، بیش از 130 گرم زاج را نمی توان در 100 گرم آب حل کرد. 70 گرم باقی مانده کجا می رود؟ اگر خنک سازی سریع انجام شود، ماده اضافی به سادگی رسوب می کند. اگر این رسوب خشک شود و با ذره بین قوی بررسی شود، بلورهای کوچک زیادی دیده می شود.

هنگامی که محلول سرد می شود، ذرات یک ماده (مولکول ها، یون ها) که دیگر نمی توانند در حالت محلول باشند، به یکدیگر می چسبند و کریستال های جنینی ریز را تشکیل می دهند. تشکیل هسته‌ها با ناخالصی‌های موجود در محلول، مانند گرد و غبار، کوچک‌ترین بی‌نظمی‌های روی دیواره ظرف تسهیل می‌شود (گاهی اوقات شیمیدان‌ها برای کمک به کریستال شدن ماده، میله‌ای شیشه‌ای را روی دیواره‌های داخلی شیشه می‌مالند). اگر محلول به آرامی سرد شود، هسته های کمی تشکیل می شود و به تدریج از همه طرف رشد می کنند، به کریستال های زیبا با شکل صحیح تبدیل می شوند. با سرد شدن سریع، هسته های زیادی تشکیل می شود و ذرات محلول مانند نخود از یک کیسه پاره شده روی سطح کریستال های در حال رشد می ریزند. البته در این مورد بلورهای درستی بدست نمی آیند، زیرا ذرات موجود در محلول ممکن است زمان کافی برای "ته نشین شدن" روی سطح کریستال در جای خود نداشته باشند. علاوه بر این، بسیاری از کریستال‌هایی که به سرعت در حال رشد هستند، درست مانند چندین طبقه پارکت که در یک اتاق کار می‌کنند، با یکدیگر تداخل دارند. ناخالصی های جامد خارجی موجود در محلول نیز می توانند نقش مراکز تبلور را ایفا کنند، بنابراین هر چه محلول خالص تر باشد، احتمال وجود تعداد کمی از مراکز تبلور بیشتر می شود.

پس از سرد کردن محلول زاج اشباع شده در دمای 90 درجه سانتیگراد تا دمای اتاق، 190 گرم در رسوب خواهیم داشت، زیرا در دمای 20 درجه سانتیگراد تنها 10 گرم زاج در 100 گرم آب حل می شود. آیا این منجر به یک کریستال بزرگ با شکل صحیح با وزن 190 گرم می شود؟ متأسفانه، خیر: حتی در یک محلول بسیار خالص، بعید است که یک بلور شروع به رشد کند: توده‌ای از کریستال‌ها می‌توانند روی سطح محلول خنک‌کننده تشکیل شوند، جایی که دما کمی کمتر از حجم است، و همچنین روی سطح دیواره ها و پایین کشتی

روش رشد کریستال ها با سرد شدن تدریجی یک محلول اشباع، برای موادی که حلالیت آنها بستگی کمی به دما دارد، کاربرد ندارد. چنین موادی شامل، به عنوان مثال، کلریدهای سدیم و آلومینیوم، استات کلسیم است.

روش دیگر برای به دست آوردن کریستال، حذف تدریجی آب از محلول اشباع است. ماده "اضافی" متبلور می شود. و در این حالت هر چه آب کندتر تبخیر شود، بلورهای بهتری بدست می آید.

روش سوم رشد کریستال ها از مواد مذاب با خنک کردن آرام مایع است. هنگام استفاده از همه روش ها، بهترین نتایج در صورت استفاده از یک دانه - یک کریستال کوچک با شکل صحیح، که در محلول یا مذاب قرار می گیرد، به دست می آید. به این ترتیب، به عنوان مثال، کریستال یاقوت به دست می آید. رشد کریستال های سنگ های قیمتی بسیار کند انجام می شود، گاهی اوقات برای سال ها. با این حال، اگر برای تسریع در تبلور، به جای یک کریستال، توده ای از بلورهای کوچک ظاهر می شود.

کریستال ها همچنین می توانند در هنگام متراکم شدن بخار رشد کنند - به این ترتیب دانه های برف و الگوهای روی شیشه سرد به دست می آیند. هنگامی که فلزات از محلول نمک های خود با کمک فلزات فعال تر جابجا می شوند، کریستال ها نیز تشکیل می شوند. به عنوان مثال، اگر یک میخ آهنی را در محلول سولفات مس فرو کنید، با یک لایه مس قرمز رنگ پوشانده می شود. اما بلورهای مس به دست آمده آنقدر کوچک هستند که فقط زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. روی سطح ناخن مس خیلی سریع آزاد می شود و به همین دلیل کریستال های آن خیلی کوچک هستند. اما اگر روند کند شود، کریستال ها بزرگ می شوند. برای انجام این کار، سولفات مس باید با یک لایه ضخیم از نمک سفره پوشانده شود، یک دایره کاغذ صافی روی آن قرار دهید، و در بالا - یک صفحه آهن با قطر کمی کوچکتر. باقی مانده است که محلول اشباع نمک سفره را در ظرف بریزید. ویتریول آبیبه آرامی در آب نمک حل می شود (حلالیت در آن کمتر از آب خالص است). یون‌های مس (به شکل آنیون‌های پیچیده CuCl 4 2– سبز) بسیار آهسته و طی چند روز به سمت بالا منتشر می‌شوند. این فرآیند را می توان با حرکت مرز رنگی مشاهده کرد.

پس از رسیدن به صفحه آهن، یون های مس به اتم های خنثی کاهش می یابد. اما از آنجایی که این فرآیند بسیار کند است، اتم‌های مس در کریستال‌های براق و زیبای مس فلزی قرار می‌گیرند. گاهی اوقات این کریستال ها شاخه هایی را تشکیل می دهند - دندریت. با تغییر شرایط آزمایش (دما، اندازه کریستال های ویتریول، ضخامت لایه نمک و ...) می توان شرایط تبلور مس را تغییر داد.

محلول های فوق سرد

گاهی اوقات یک محلول اشباع در هنگام خنک شدن متبلور نمی شود. چنین محلولی که حاوی مقدار معینی از حلال بیش از حدی است که در دمای معین "فرض" است، محلول فوق اشباع نامیده می شود. یک محلول فوق اشباع حتی با اختلاط بسیار طولانی کریستال ها با یک حلال نیز به دست نمی آید، تنها با خنک کردن یک محلول اشباع داغ می توان آن را تشکیل داد. بنابراین به چنین محلول هایی فوق خنک نیز می گویند. چیزی در آنها با شروع تبلور تداخل می کند، به عنوان مثال، محلول بیش از حد چسبناک است، یا هسته های بزرگی برای رشد کریستال ها مورد نیاز است که در محلول وجود ندارد.

محلول های سدیم تیوسولفات Na 2 S 2 O 3 به راحتی فوق سرد می شوند. 5H 2 O. اگر کریستال های این ماده را با دقت تا حدود 56 درجه سانتیگراد گرم کنید، آنها "ذوب می شوند". در واقع، این ذوب نیست، بلکه انحلال تیوسولفات سدیم در آب "خود" تبلور است. با افزایش دما، حلالیت تیوسولفات سدیم مانند اکثر مواد دیگر افزایش می یابد و در دمای 56 درجه سانتیگراد، آب تبلور آن برای حل کردن تمام نمک موجود کافی است. اگر اکنون با احتیاط و اجتناب از ضربه های شدید، ظرف را خنک کنید، کریستال ها تشکیل نمی شوند و ماده مایع باقی می ماند. اما اگر یک جنین آماده، یک کریستال کوچک از همان ماده، به محلول فوق سرد وارد شود، آنگاه تبلور سریع آغاز خواهد شد. جالب است که تنها توسط کریستالی از این ماده ایجاد می شود و راه حل آن می تواند به یک فرد خارجی کاملاً بی تفاوت باشد. بنابراین، اگر یک کریستال کوچک از تیوسولفات را به سطح محلول لمس کنید، یک معجزه واقعی اتفاق می افتد: یک جبهه کریستالیزاسیون از کریستال خارج می شود که به سرعت به پایین ظرف می رسد. بنابراین پس از چند ثانیه، مایع کاملاً "سفت" می شود. حتی می توان رگ را وارونه کرد - حتی یک قطره از آن بیرون نمی ریزد! تیوسولفات جامد را می توان دوباره در آن ذوب کرد آب گرمو همه چیز را دوباره تکرار کنید

اگر یک لوله آزمایش با محلول تیوسولفات فوق سرد شده در آب یخ قرار داده شود، کریستال ها کندتر رشد می کنند و خود بزرگتر می شوند. تبلور یک محلول فوق اشباع با گرمایش همراه است - این آزاد شدن انرژی حرارتی است که توسط هیدرات کریستالی در طول ذوب آن به دست می آید.

تیوسولفات سدیم تنها ماده ای نیست که محلول فوق سردی را تشکیل می دهد که در آن تبلور سریع القا می شود. به عنوان مثال، استات سدیم CH 3 COONa دارای خاصیت مشابهی است (به راحتی با اثر اسید استیک روی سودا به دست می آید). با استات سدیم، سخنرانان باتجربه چنین "معجزه ای" را نشان می دهند: آنها به آرامی محلول فوق اشباع این نمک را روی یک اسلاید کوچک استات در یک نعلبکی می ریزند که در تماس با کریستال ها بلافاصله متبلور می شود و ستونی از نمک جامد را تشکیل می دهد!

کریستال ها به طور گسترده در علم و فناوری استفاده می شوند: نیمه هادی ها، منشورها و عدسی ها برای دستگاه های نوری، لیزرهای حالت جامد، پیزوالکتریک ها، فروالکتریک ها، بلورهای نوری و الکترواپتیکی، فرومغناطیس ها و فریت ها، تک بلورهای فلزات با خلوص بالا ...

مطالعات پراش اشعه ایکس کریستال ها امکان ایجاد ساختار بسیاری از مولکول ها از جمله مولکول های فعال بیولوژیکی - پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک را فراهم کرد.

کریستال های وجهی سنگ های قیمتی، از جمله آنهایی که به صورت مصنوعی رشد می کنند، به عنوان جواهرات استفاده می شوند.

ایلیا لینسون

طبقه بندی ساختارهای بلوری بر اساس انواع پیوندهای شیمیایی موجود در آنها اگر پیوند بین همه اتم ها در یک بلور یکسان باشد، چنین ساختارهایی را همودسمیک (از یونانی Homo - همان، desmos - پیوند) می گویند. پیوندهای شیمیایی در یک کریستال تحقق می یابد، چنین ساختارهایی هترودسمیک (از یونانی هترو - متفاوت) نامیده می شوند. انواع متفاوتسازه ها - نقوش ساختاری: هماهنگی، جزیره ای، زنجیره ای، لایه ای و قاب.

متراکم ترین بسته بندی ذرات در کریستال ها ساختاری از اتم ها یا یون های مولکول باید دارای حداقل انرژی داخلی باشد.روش پر کردن فضا با گلوله های هم شعاع، که در آن فاصله بین مراکز ذرات حداقل است، متراکم ترین نامیده می شود. بسته بندی. توپ های با شعاع یکسان در یک لایه را می توان به محکم ترین روش ممکن بسته بندی کرد: هر توپ در یک لایه توسط شش همسایه نزدیک احاطه شده است، بین آن و همسایگانش شکاف های مثلثی وجود دارد (لایه A). لایه دوم متراکم را نیز می توان به روشی منحصر به فرد به دست آورد: (لایه B)، هر توپ بالایی سه همسایه یکسان در لایه پایین خواهد داشت و برعکس، هر توپ پایینی با سه توپ بالایی در تماس است. در یک بسته بندی شش ضلعی از توپ ها، لایه سوم دقیقاً لایه اول را تکرار می کند و بسته بندی دو لایه است و به صورت متناوب از دو لایه A و B نوشته می شود: AB AB AB. در یک بسته بندی مکعبی از توپ ها، توپ های لایه سوم (لایه C) در بالای حفره های اول قرار دارند، کل بسته بندی سه لایه است، تکرار موتیف در لایه چهارم اتفاق می افتد، در نامگذاری حرف آن است. به صورت ABC ABC نوشته می شود ....

در فضای بسته دو نوع فضای خالی را می توان تشخیص داد. حفره های یک نوع با چهار توپ مجاور احاطه شده اند و حفره های نوع دوم با شش توپ احاطه شده اند. با اتصال مراکز ثقل چهار توپ، یک چهار وجهی - یک فضای خالی چهار وجهی به دست می آوریم، در حالت دوم، یک فضای خالی به شکل یک هشت وجهی - یک فضای خالی هشت وجهی به دست می آوریم. تمام ساختارهای ساخته شده بر اساس نزدیکترین بسته بندی ها عمدتاً توسط نقوش کاتیونی، یعنی نوع، تعداد و محل حفره های اشغال شده تعیین می شود. در روش مدل‌سازی ساختارهای کریستالی که توسط L. Pauling پیشنهاد شده است، کره‌هایی که نزدیک‌ترین بسته‌بندی را تشکیل می‌دهند همیشه با آنیون‌ها مطابقت دارند. اگر مراکز ثقل این توپ ها را با خطوط به یکدیگر متصل کنیم، کل فضای کریستالی متراکم به هشت وجهی و چهار وجهی بدون شکاف تقسیم می شود.

پرتاب بر روی صفحه xy ساختار بلوری الیوین (Mg, Fe)2 چند وجهی هماهنگی - هشت وجهی - در اطراف اتم های منیزیم و آهن (M1 و M2) و چهار وجهی در اطراف اتم Si متمایز می شوند.

اعداد هماهنگی و چند وجهی هماهنگی (چند وجهی) به تعداد نزدیکترین همسایگان که یک ذره معین را در ساختارهای بلوری احاطه کرده اند، عدد هماهنگی می گویند. چندوجهی شرطی که در مرکز آن یک ذره وجود دارد و رئوس آن با محیط هماهنگی آن نشان داده می شود، چند وجهی هماهنگی نامیده می شود.

ساختارهای جزیره از گروه بندی های انتهایی منفرد (اغلب مولکول ها) تشکیل شده اند. در ساختار کلر کریستالی، ساخته شده از مولکول های منفرد کلر، کوتاه ترین فاصله بین دو اتم کلر مربوط به یک پیوند کووالانسی است، در حالی که حداقل فاصلهبین اتم های کلر از مولکول های مختلف، برهمکنش بین مولکولی، یعنی پیوند واندروالس را منعکس می کند.

ساختارهای زنجیره ای می توانند از هر دو زنجیره خنثی و اشباع از ظرفیت تشکیل شوند. پیوند بین اتم های سلنیوم کووالانسی است و بین اتم های زنجیره های واندروالس همسایه است. در ساختار. Na HCO 3، پیوندهای هیدروژنی یون های کربنات (HCO 3) را می سازند - در زنجیره ای که اتصال بین آنها از طریق یون های Na + انجام می شود.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

کریستال ها (از یونانی kseufbllt، در اصل - یخ، بعدا - کریستال سنگ، کریستال) - اجسام جامدی که در آنها اتم ها به طور منظم مرتب شده اند و یک آرایش فضایی تناوبی سه بعدی را تشکیل می دهند - یک شبکه کریستالی.

کریستال ها جامداتی هستند که بر اساس ساختار درونی خود، یعنی بر روی یکی از چندین آرایش منظم خاص که ماده ذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها) را تشکیل می دهند، شکل بیرونی طبیعی چند وجهی متقارن منظم دارند.

خواص:

یکنواختی. این خاصیت در این واقعیت آشکار می شود که دو حجم ابتدایی یکسان از یک ماده کریستالی که به طور مساوی در فضا قرار دارند، اما در نقاط مختلف این ماده بریده شده اند، در تمام خواص آنها کاملاً یکسان هستند: آنها دارای رنگ، وزن مخصوص، سختی یکسان هستند. ، هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و دیگران

باید در نظر داشت که مواد کریستالی واقعی اغلب حاوی ناخالصی ها و اجزای دائمی هستند که شبکه های کریستالی آنها را مخدوش می کند. بنابراین، تجانس مطلق در بلورهای واقعی اغلب رخ نمی دهد.

ناهمسانگردی کریستال ها

بسیاری از بلورها در خاصیت ناهمسانگردی، یعنی وابستگی خواص آنها به جهت، ذاتی هستند، در حالی که در مواد همسانگرد (اکثر گازها، مایعات، جامدات بی شکل) یا اجسام شبه همسانگرد (چند بلورها)، خواص به آن بستگی ندارد. جهت ها. فرآیند تغییر شکل غیرالاستیک کریستال ها همیشه در امتداد سیستم های لغزش کاملاً تعریف شده انجام می شود، یعنی فقط در امتداد صفحات کریستالوگرافی خاص و فقط در یک جهت کریستالوگرافی خاص. به دلیل توسعه ناهمگن و نابرابر تغییر شکل در بخش‌های مختلف محیط کریستالی، برهمکنش شدیدی بین این بخش‌ها از طریق تکامل میدان‌های ریز تنش رخ می‌دهد.

در عین حال، کریستال هایی وجود دارند که در آنها ناهمسانگردی وجود ندارد.

مقدار زیادی از مواد تجربی در فیزیک عدم کشش مارتنزیتی، به ویژه در مورد مسائل مربوط به اثرات حافظه شکل و شکل پذیری تبدیل انباشته شده است. به طور تجربی مهم ترین موقعیت فیزیک کریستال در مورد ایجاد غالب تغییر شکل های غیرالاستیک تقریباً منحصراً از طریق واکنش های مارتنزیتی ثابت شد. اما اصول ساخت نظریه فیزیکی عدم کشش مارتنزیتی مشخص نیست. وضعیت مشابهی در مورد تغییر شکل کریستال ها توسط دوقلوی مکانیکی اتفاق می افتد.

پیشرفت قابل توجهی در مطالعه پلاستیسیته نابجایی فلزات حاصل شده است. در اینجا، نه تنها مکانیسم‌های ساختاری و فیزیکی اساسی برای اجرای فرآیندهای تغییر شکل غیرالاستیک درک می‌شوند، بلکه روش‌های مؤثری برای محاسبه پدیده‌ها نیز ایجاد شده‌اند.

توانایی خود تقطیر خاصیت بلورها برای تشکیل چهره در طول رشد آزاد است. اگر یک گلوله، به عنوان مثال نمک خوراکی، از موادی حک شده، در محلول فوق اشباع آن قرار گیرد، پس از مدتی این توپ به شکل یک مکعب در می آید. در مقابل، یک مهره شیشه ای شکل خود را تغییر نمی دهد زیرا یک ماده بی شکل نمی تواند خود تقطیر شود.

نقطه ذوب ثابت اگر جسم کریستالی را گرم کنید، دمای آن تا حد معینی افزایش می یابد، با گرم شدن بیشتر، ماده شروع به ذوب شدن می کند و دما برای مدتی ثابت می ماند، زیرا تمام گرما به سمت نابودی کریستال می رود. شبکه دمایی که در آن ذوب شروع می شود نقطه ذوب نامیده می شود.

سیستماتیک کریستال ها

ساختار کریستالی

ساختار کریستالی، مجزا بودن برای هر ماده، به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اولیه این ماده اشاره دارد. ساختار بلوری مجموعه ای از اتم ها است که در آن گروه خاصی از اتم ها به نام واحد محرکه با هر نقطه از شبکه بلوری مرتبط است و همه این گروه ها از نظر ترکیب، ساختار و جهت گیری نسبت به شبکه یکسان هستند. می توان فرض کرد که ساختار در نتیجه سنتز شبکه و واحد محرک، در نتیجه ضرب واحد محرک توسط گروه ترجمه به وجود می آید.

در ساده ترین حالت، واحد محرک از یک اتم واحد تشکیل شده است، به عنوان مثال، در بلورهای مس یا آهن. ساختاری که بر اساس چنین واحد محرکی به وجود می آید از نظر هندسی بسیار شبیه به یک شبکه است، اما با این وجود از این جهت متفاوت است که از اتم ها تشکیل شده است و نه از نقاط. غالباً این شرایط در نظر گرفته نمی شود و اصطلاحات "شبکه بلوری" و "ساختار بلوری" برای چنین بلورهایی به عنوان مترادف استفاده می شود که دقیقاً چنین نیست. در مواردی که واحد انگیزشی از نظر ترکیب پیچیده‌تر است، از دو یا تشکیل می‌شود بیشتراتم ها، شباهت هندسی شبکه و ساختار وجود ندارد و جابه جایی این مفاهیم منجر به خطا می شود. بنابراین، برای مثال، ساختار منیزیم یا الماس از نظر هندسی با شبکه منطبق نیست: در این ساختارها، واحدهای محرک از دو اتم تشکیل شده است.

پارامترهای اصلی که ساختار کریستالی را مشخص می کند، که برخی از آنها به هم مرتبط هستند، به شرح زیر است:

§ نوع شبکه کریستالی (سیرینگونی، شبکه Bravais);

§ تعداد واحدهای فرمول در هر سلول ابتدایی.

§ گروه فضایی;

§ پارامترهای سلول واحد (ابعاد و زوایای خطی)؛

مختصات اتم ها در یک سلول.

§ اعداد هماهنگی همه اتم ها.

نوع سازه ای

ساختارهای بلوری که دارای گروه فضایی یکسان و آرایش یکسان اتم ها در موقعیت های شیمیایی کریستالی (مدار) هستند در انواع ساختاری ترکیب می شوند.

شناخته شده ترین انواع ساختاری عبارتند از مس، منیزیم، ب-آهن، الماس (مواد ساده)، کلرید سدیم، اسفالریت، وورتزیت، کلرید سزیم، فلوریت (ترکیبات دوتایی)، پروسکایت، اسپینل (ترکیبات سه تایی).

سلول کریستالی

ذرات تشکیل دهنده این جامد یک شبکه کریستالی تشکیل می دهند. اگر شبکه‌های کریستالی از نظر استریومتری (از نظر فضایی) یکسان یا مشابه باشند (تقارن یکسان داشته باشند)، تفاوت هندسی بین آنها به ویژه در فواصل مختلف بین ذرات اشغالگر گره‌های شبکه نهفته است. فاصله بین ذرات خود پارامترهای شبکه نامیده می شود. پارامترهای شبکه، و همچنین زوایای چند وجهی هندسی، با روش های فیزیکی تحلیل سازه، به عنوان مثال، روش های تحلیل ساختاری اشعه ایکس تعیین می شوند.

میزبانی شده در http://www.allbest.ru/

برنج. سلول کریستالی

اغلب جامدات (بسته به شرایط) بیش از یک شکل شبکه کریستالی را تشکیل می دهند. چنین اشکالی را اصلاحات چند شکلی می نامند. به عنوان مثال، از میان مواد ساده، گوگرد ارتورومبیک و مونوکلینیک، گرافیت و الماس شناخته شده است که اصلاحات شش ضلعی و مکعبی کربن هستند. مواد پیچیده- کوارتز، تری دیمیت و کریستوبالیت اصلاحات مختلف دی اکسید سیلیکون هستند.

انواع کریستال

جداسازی کریستال ایده آل و واقعی ضروری است.

کریستال کامل

این در واقع یک شی ریاضی است که دارای تقارن کامل ذاتی است، به طور ایده آل لبه های صافی دارد.

کریستال واقعی

همیشه حاوی عیوب مختلف در ساختار داخلی شبکه، اعوجاج و بی نظمی در وجوه است و به دلیل شرایط رشد خاص، ناهمگنی محیط تغذیه، آسیب و تغییر شکل، تقارن چند وجهی کاهش یافته است. یک کریستال واقعی لزوما دارای لبه های کریستالوگرافی و شکل منظم نیست، اما خاصیت اصلی خود را حفظ می کند - موقعیت منظم اتم ها در شبکه کریستالی.

عیوب شبکه کریستالی (ساختار واقعی کریستال ها)

در بلورهای واقعی، همیشه انحرافاتی از نظم ایده آل در آرایش اتم ها وجود دارد که به آنها نقص یا نقص شبکه می گویند. با توجه به هندسه اختلالات شبکه ناشی از آنها، عیوب به عیوب نقطه ای، خطی و سطحی تقسیم می شوند.

عیوب نقطه ای

روی انجیر 1.2.5 انواع مختلف عیوب نقطه را نشان می دهد. اینها جاهای خالی هستند - سایت های شبکه خالی، اتم های "خود" در میان و اتم های ناخالصی در سایت های شبکه و بینا. دلیل اصلی تشکیل دو نوع عیب اول حرکت اتم هاست که با افزایش دما شدت آن افزایش می یابد.

برنج. 1.2.5. انواع عیوب نقطه ای در شبکه کریستالی: به ترتیب 1 - جای خالی، 2 - اتم در فاصله ها، 3 و 4 - اتم های ناخالصی در محل و بینا.

در اطراف هر نقص نقطه ای، یک اعوجاج شبکه محلی با شعاع R 1 ... 2 دوره شبکه رخ می دهد (شکل 1.2.6 را ببینید)، بنابراین، اگر چنین عیوب زیادی وجود داشته باشد، بر ماهیت توزیع پیوند بین اتمی تأثیر می گذارد. نیروها و بر این اساس، خواص کریستال ها.

برنج. 1.2.6. اعوجاج موضعی شبکه کریستالی در اطراف یک جای خالی (a) و یک اتم ناخالصی در محل شبکه (b)

نقص خط

عیوب خطی را دررفتگی می گویند. ظاهر آنها به دلیل وجود نیم صفحه های اتمی "اضافی" در قسمت های جداگانه کریستال ایجاد می شود. آنها در هنگام تبلور فلزات (به دلیل نقض نظم پر شدن لایه های اتمی) یا در نتیجه تغییر شکل پلاستیک آنها بوجود می آیند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1.2.7.

برنج. 1.2.7. تشکیل یک دررفتگی لبه () در نتیجه جابجایی جزئی قسمت بالایی کریستال تحت تأثیر نیرو: ABCD - صفحه لغزش. EFGH - هواپیمای اضافی؛ EN - خط دررفتگی لبه

مشاهده می شود که تحت تأثیر نیروی برشی، یک جابجایی جزئی از قسمت بالایی کریستال در امتداد یک صفحه لغزش خاص ("برشی سبک") ABCD رخ داده است. در نتیجه هواپیمای اضافی EFGH تشکیل شد. از آنجایی که به پایین ادامه نمی‌یابد، یک اعوجاج شبکه الاستیک در اطراف لبه EH آن با شعاع چندین فاصله بین اتمی (یعنی 10 -7 سانتی‌متر - به مبحث 1.2.1 مراجعه کنید) رخ می‌دهد، اما میزان این اعوجاج چندین برابر بیشتر است (می‌تواند رسیدن به 0.1 ... 1 سانتی متر).

چنین نقصی از کریستال در اطراف لبه صفحه خارج، یک نقص شبکه خطی است و نابجایی لبه نامیده می شود.

مهمترین خواص مکانیکی فلزات - استحکام و پلاستیسیته (به مبحث 1.1 مراجعه کنید) - با وجود نابجایی ها و رفتار آنها در هنگام بارگذاری بدن تعیین می شود.

اجازه دهید در مورد دو ویژگی مکانیسم جابجایی نابجایی ها صحبت کنیم.

1. نابجایی ها می توانند به راحتی (در بار کم) در امتداد صفحه لغزش با استفاده از حرکت "رله-مسابقه" هواپیمای اضافی حرکت کنند. روی انجیر 1.2.8 مرحله اولیه چنین حرکتی (طراحی دو بعدی در صفحه عمود بر خط دررفتگی لبه) را نشان می دهد.

برنج. 1.2.8. مرحله اولیه حرکت رله مسابقه دررفتگی لبه (). A-A - هواپیما لغزش، 1-1 هواپیما اضافی (موقعیت شروع)

تحت تأثیر نیرو، اتم های صفحه اضافی (1-1) اتم های (2-2) واقع در بالای صفحه لغزش را از صفحه (2-3) جدا می کنند. در نتیجه، این اتم ها یک صفحه اضافی جدید را تشکیل می دهند (2-2). اتم های صفحه اضافی "قدیمی" (1-1) مکان های خالی را اشغال می کنند و هواپیما را تکمیل می کنند (1-1-3). این عمل به معنای ناپدید شدن جابجایی "قدیمی" مرتبط با صفحه اضافی (1-1) و ظهور یک "جدید" مرتبط با صفحه اضافی (2-2) یا به عبارت دیگر، انتقال "باتوم رله" - جابجایی به یک فاصله بین سطحی. چنین حرکت رله‌ای از جابجایی تا زمانی که به لبه کریستال برسد ادامه خواهد داشت، که به معنای جابجایی قسمت بالایی آن با یک فاصله بین‌سطحی (یعنی تغییر شکل پلاستیک) است.

این مکانیسم به تلاش زیادی نیاز ندارد، زیرا. شامل ریزجابجایی‌های متوالی است که تنها بر تعداد محدودی از اتم‌های اطراف صفحه اضافی تأثیر می‌گذارد.

2. البته بدیهی است که چنین سهولتی در لغزش نابجایی ها تنها زمانی مشاهده می شود که هیچ مانعی در مسیر آنها وجود نداشته باشد. چنین موانعی هرگونه نقص شبکه (مخصوصاً خطی و سطحی!) و همچنین ذرات سایر فازها، در صورت وجود در مواد هستند. این موانع اعوجاج های شبکه ای ایجاد می کنند که غلبه بر آنها نیازمند تلاش های خارجی اضافی است، بنابراین می توانند حرکت نابجایی ها را مسدود کنند. آنها را بی حرکت کند

عیوب سطحی

تمام فلزات صنعتی (آلیاژها) مواد پلی کریستالی هستند، یعنی. متشکل از تعداد زیادی کریستال کوچک (معمولاً 10-2 ... 10-3 سانتی متر) با جهت گیری تصادفی به نام دانه ها. بدیهی است که تناوب شبکه ذاتی هر دانه (تک کریستال) در چنین ماده ای نقض می شود، زیرا صفحات کریستالوگرافی دانه ها نسبت به یکدیگر با زاویه 6 می چرخند (شکل 1.2.9) را ببینید. از کسری تا چند ده درجه متغیر است.

برنج. 1.2.9. طرح ساختار مرزهای دانه در یک ماده پلی کریستالی

مرز بین دانه ها یک لایه انتقالی است که تا 10 فاصله بین اتمی عرض دارد، معمولاً با آرایش نامنظم اتم ها. این محل تجمع نابجایی ها، جاهای خالی، اتم های ناخالصی است. بنابراین، در بخش عمده ای از مواد پلی کریستالی، مرزهای دانه دارای عیوب سطحی دو بعدی هستند.

تأثیر عیوب شبکه بر خواص مکانیکی بلورها. راه های افزایش مقاومت فلزات

استحکام توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تغییر شکل و تخریب تحت اثر یک بار خارجی است.

استحکام اجسام کریستالی به عنوان مقاومت آنها در برابر بار اعمال شده درک می شود که تمایل به حرکت یا در نهایت پاره شدن یک قسمت از کریستال نسبت به قسمت دیگر دارد.

وجود نابجایی متحرک در فلزات (در حال حاضر در فرآیند کریستالیزاسیون، تا 10 6 ... 10 8 نابجایی در مقطعی برابر با 1 سانتی متر مربع ظاهر می شود) منجر به کاهش مقاومت آنها در برابر بارگذاری می شود، یعنی. شکل پذیری بالا و استحکام کم

واضح است که بیشترین راه موثرافزایش استحکام حذف نابجایی از فلز خواهد بود. با این حال، این راه از نظر فناوری پیشرفته نیست، زیرا فلزات بدون دررفتگی را فقط می توان به صورت رشته های نازک (به اصطلاح "سبیل") با قطر چند میکرون و طول تا 10 میکرون به دست آورد.

بنابراین، روش‌های عملی سخت‌سازی مبتنی بر کاهش سرعت، مسدود کردن نابجایی‌های متحرک با افزایش شدید تعداد عیوب شبکه (عمدتاً خطی و سطحی!) و همچنین ایجاد مواد چند فازی است.

چنین روش های سنتیافزایش مقاومت فلزات عبارتند از:

- تغییر شکل پلاستیک (پدیده سخت شدن کار یا سخت شدن کار)،

- عملیات حرارتی (و شیمیایی- حرارتی)،

- آلیاژسازی (معرفی ناخالصی های خاص) و متداول ترین رویکرد، ایجاد آلیاژ است.

در پایان، لازم به ذکر است که افزایش استحکام بر اساس مسدود شدن نابجایی های متحرک منجر به کاهش شکل پذیری و مقاومت ضربه و بر این اساس، قابلیت اطمینان عملیاتی مواد می شود.

بنابراین، مسئله درجه سخت شدن باید به صورت جداگانه، بر اساس هدف و شرایط عملیاتی محصول مورد بررسی قرار گیرد.

Polymorphism در معنای لغوی کلمه به معنای چندشکل بودن است، یعنی. پدیده ای است که موادی با ترکیب شیمیایی یکسان در ساختارهای مختلف متبلور می شوند و کریستال هایی از سنگوژیاهای مختلف را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، الماس و گرافیت ترکیب شیمیایی یکسانی دارند، اما ساختارهای متفاوتی دارند، هر دو کانی از نظر فیزیکی به شدت متفاوت هستند. خواص مثال دیگر کلسیت و آراگونیت است - آنها ترکیب یکسانی از CaCO 3 دارند اما تغییرات چندشکلی متفاوتی را نشان می دهند.

پدیده پلی مورفیسم با شرایط تشکیل مواد کریستالی همراه است و به این دلیل است که فقط ساختارهای خاصی در شرایط مختلف ترمودینامیکی پایدار هستند. بنابراین، قلع فلزی (به اصطلاح قلع سفید)، هنگامی که دما به زیر 18- درجه سانتیگراد کاهش می یابد، ناپایدار می شود و خرد می شود و یک "قلع خاکستری" با ساختار متفاوتی را تشکیل می دهد.

ایزومورفیسم. آلیاژهای فلزی ساختارهای کریستالی با ترکیب متغیر هستند که در آن اتم های یک عنصر در شکاف شبکه کریستالی عنصر دیگر قرار دارند. اینها محلولهای به اصطلاح جامد نوع دوم هستند.

برخلاف محلول‌های جامد نوع دوم، در محلول‌های جامد نوع اول، اتم‌ها یا یون‌های یک ماده کریستالی را می‌توان با اتم‌ها یا یون‌های دیگری جایگزین کرد. دومی در گره های شبکه کریستالی قرار دارند. محلول هایی از این نوع را مخلوط های ایزومورف می نامند.

شرایط لازم برای تظاهر ایزومورفیسم:

1) فقط یون های هم علامت را می توان جایگزین کرد، یعنی کاتیون برای کاتیون و آنیون برای آنیون.

2) فقط اتم ها یا یون های با اندازه مشابه را می توان جایگزین کرد، یعنی. تفاوت در شعاع یونی نباید از 15% برای ایزومورفیسم کامل و 25% برای ایزومورفیسم ناقص تجاوز کند (مثلاً Ca2+ تا Mg2+)

3) فقط یون هایی که از نظر درجه قطبش نزدیک هستند (یعنی از نظر درجه پیوند یونی-کووالانسی) می توانند جایگزین شوند.

4) فقط عناصری که تعداد هماهنگی یکسانی در یک ساختار کریستالی مشخص دارند می توانند جایگزین شوند

5) جانشینی های ایزومورف باید به این ترتیب اتفاق بیفتد. به طوری که تعادل الکترواستاتیک شبکه کریستالی به هم نخورد.

6) جایگزینی های هم شکل در جهت افزایش انرژی شبکه پیش می روند.

انواع ایزومورفیسم. 4 نوع ایزومورفیسم وجود دارد:

1) ایزومورفیسم ایزووالانتی با این واقعیت مشخص می شود که در این حالت یون های با ظرفیت یکسان رخ می دهند و تفاوت در اندازه شعاع های یونی نباید بیش از 15٪ باشد.

2) ایزومورفیسم هترو ظرفیتی. در این حالت، جایگزینی یون های با ظرفیت های مختلف رخ می دهد. با چنین جایگزینی، نمی توان یک یون را بدون برهم زدن تعادل الکترواستاتیک شبکه کریستالی با یون دیگری جایگزین کرد، بنابراین، با ایزومورفیسم هترو ظرفیتی، نه یک یون جایگزین می شود، بلکه گروهی از یون ها با ظرفیت معین با دیگری جایگزین می شود. گروهی از یون ها در حالی که ظرفیت کل یکسانی را حفظ می کنند.

در این مورد لازم است همیشه به یاد داشته باشید که جایگزینی یون یک ظرفیت به جای یون دیگری همیشه با جبران ظرفیت همراه است. این جبران می تواند در هر دو بخش کاتیونی و آنیونی ترکیبات رخ دهد. در این مورد، شرایط زیر باید رعایت شود:

الف) مجموع ظرفیت های یون های جایگزین باید برابر با مجموع ظرفیت های یون های جایگزین باشد.

ب) مجموع شعاع‌های یونی یون‌های جایگزین باید نزدیک به مجموع شعاع‌های یونی یون‌های جایگزین باشد و ممکن است بیش از 15 درصد با آن تفاوت نداشته باشد (برای ایزومورفیسم کامل).

3) هم ساختاری جایگزینی نه یک یون به جای یون دیگر، یا یک گروه از یون ها برای گروه دیگر، بلکه جایگزینی کل "بلوک" یک شبکه کریستالی با دیگری از همان "بلوک" وجود دارد. این تنها در صورتی می تواند اتفاق بیفتد که ساختار کانی ها از یک نوع باشند و اندازه سلول های واحد مشابهی داشته باشند.

4) ایزومورفیسم از نوع خاص.

دررفتگی عیب شبکه کریستالی

میزبانی شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

ویژگی های اثر پیزوالکتریک مطالعه ساختار کریستالی اثر: در نظر گرفتن مدل، تغییر شکل‌های کریستالی. مکانیسم فیزیکی اثر پیزوالکتریک معکوس خواص کریستال های پیزوالکتریک اعمال یک اثر.

مقاله ترم، اضافه شده در 12/09/2010


اطلاعاتی در مورد ارتعاشات شبکه های کریستالی، عملکردهایی که مقادیر فیزیکی آنها را توصیف می کنند. سیستم های مختصات کریستالوگرافی محاسبه انرژی برهمکنش اتم ها در کریستال های کووالانسی، طیف ارتعاش شبکه کریستالی تنگستات باریم.

پایان نامه، اضافه شده 01/09/2014


عبور جریان از الکترولیت ها ماهیت فیزیکی هدایت الکتریکی تأثیر ناخالصی ها، نقص ساختار کریستالی بر مقاومت فلزات. مقاومت لایه های فلزی نازک. پدیده های تماسی و نیروی ترموالکتروموتور.

چکیده، اضافه شده در 2010/08/29


مفهوم و طبقه بندی عیوب در کریستال ها: انرژی، الکترونیکی و اتمی. عیوب اصلی کریستال ها، تشکیل عیوب نقطه ای، غلظت و سرعت حرکت آنها در کریستال. انتشار ذرات به دلیل حرکت جاهای خالی.

چکیده، اضافه شده در 1390/01/19


جوهر چند شکلی، تاریخچه کشف آن. فیزیکی و خواص شیمیاییتغییرات چندشکلی کربن: الماس و گرافیت، تجزیه و تحلیل مقایسه ای آنها تبدیل های چند شکلی کریستال های مایع، لایه های نازک دی یدید قلع، فلزات و آلیاژها.

مقاله ترم، اضافه شده 04/12/2012


حالت های کریستالی و بی شکل جامدات، علل نقص نقطه و خط. منشا و رشد کریستال ها. تولید مصنوعی سنگ های قیمتی، محلول های جامد و کریستال های مایع. خواص نوری کریستال های مایع کلستریک

چکیده، اضافه شده در 2010/04/26


تاریخچه توسعه مفهوم کریستال های مایع. بلورهای مایع، انواع و خواص اصلی آنها. فعالیت نوری کریستال های مایع و خواص ساختاری آنها اثر Freedericksz. اصل فیزیکی عملکرد دستگاه ها بر روی LCD. میکروفون نوری.

آموزش، اضافه شده در 12/14/2010


کریستالیزاسیون فرآیند انتقال فلز از حالت مایع به جامد با تشکیل ساختار بلوری است. طرح تشکیل درز در جوشکاری قوس الکتریکی. عوامل کلیدی و شرایط لازم برای شروع رشد بلورهای فلزی مایع.

ارائه، اضافه شده در 2015/04/26


مطالعه ساختار (تشکیل بوسیله بلورهایی که به صورت آشفته چیده شده اند) و روش های بدست آوردن (سرد شدن مذاب، پاشش از فاز گاز، بمباران کریستال ها توسط نورون ها) شیشه ها. آشنایی با فرآیندهای تبلور و انتقال شیشه.

چکیده، اضافه شده در 2010/05/18


نقص کریستال های واقعی، اصل عملکرد ترانزیستورهای دوقطبی. اعوجاج شبکه کریستالی در محلول های جامد بینابینی و جانشینی پدیده های سطحی در نیمه هادی ها پارامترهای ترانزیستور و ضریب انتقال جریان امیتر.

روش هایی برای توصیف و ترسیم یک اتم

ساختارهای کریستالی

کریستال ها

تناوب بودن ساختار مشخصه ترین ویژگی کریستال ها است. در یک شبکه تناوبی، همیشه می توان تشخیص داد سلول ابتدایی، پخش که در فضا به راحتی می توان از ساختار کل کریستال ایده گرفت. تشکیل یک شبکه فضایی خاص توسط هر عنصر یا ترکیب عمدتاً به اندازه اتم ها و پیکربندی الکترونیکی پوسته بیرونی آنها بستگی دارد.

دانشمند روسی E. S. Fedorov، تقریباً 40 سال قبل از یافتن روش های تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، آرایش احتمالی ذرات در شبکه های کریستالی را محاسبه کرد. مواد مختلفو 230 گروه فضایی را پیشنهاد کرد. از نظر هندسی، تنها 14 شبکه فضایی مختلف امکان پذیر است که به آنها شبکه های Bravais گفته می شود و اساس شش سیستم کریستالی نشان داده شده در جدول هستند. 2.1 و در شکل. 2.1. گاهی اوقات آنها یک سیستم لوزی یا مثلثی را در نظر می گیرند (a \u003d b \u003d با; α = β = γ ≠ 90 درجه) به عنوان یک سیستم هفتم مستقل.

اگر اتم ها فقط در راس سلول واحد قرار داشته باشند، شبکه نامیده می شود اولیهیا ساده. اگر اتم هایی روی وجه یا در حجم سلول وجود داشته باشد، شبکه پیچیده خواهد بود (به عنوان مثال، پایه، بدن و صورت محور).

اجسام کریستالی می توانند به شکل کریستال های بزرگ جداگانه - تک بلور یا متشکل از مجموعه ای از تعداد زیادی کریستال کوچک (دانه ها) باشند.

جدول 2.1

شبکه های فضایی سیستم های کریستالی

سیستم کریستالی	شبکه فضایی	رابطه بین زوایای محوری و واحدهای محوری
1. تری کلینیک	من - ساده	آ ≠ ب ≠ ج; α ≠ β ≠ γ ≠90 درجه
2. مونوکلینیک	II - ساده III - پایه محور	آ ≠ ب ≠ ج; α = γ = 90 درجه؛ β ≠90 درجه
3. لوزی یا متعامد	IV - V ساده - پایه محور VI - بدن در مرکز VII - صورت وسط	آ ≠ ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجه
4. شش ضلعی	VIII - ساده IX - لوزی	آ = ب ≠ ج; α = β = 90 درجه؛ γ = 120 درجه
5. چهارضلعی	X - XI ساده - بدن محور	آ = ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجه
6. مکعب	XII - ساده XIII - بدن محور XIV - صورت محور	آ = ب = ج; α = β = γ = 90 درجه

برنج. 2.1. شبکه های شجاع

در مورد پلی کریستال، در داخل هر دانه، اتم ها به صورت دوره ای مرتب می شوند، اما هنگام عبور از یک دانه به دانه دیگر در فصل مشترک، آرایش منظم ذرات مختل می شود.

تک بلورها با ناهمسانگردی خواص مشخص می شوند. در اجسام چند کریستالی، در اکثر موارد ناهمسانگردی مشاهده نمی شود، با این حال، با کمک پردازش خاص، می توان مواد بافتی با آرایش جهت دار کریستال ها را به دست آورد.

از آنجایی که تک بلورها ناهمسانگرد هستند، هنگام تعیین خواص الکتریکی، مکانیکی و سایر خواص، لازم است محل صفحات کریستالوگرافی و جهت ها در کریستال ها مشخص شود. برای این منظور از شاخص های میلر استفاده می شود.

شاخص های میلر

اجازه دهید صفحه قطعات OA، OB و OS را روی محورهای مختصات (بر حسب واحد دوره شبکه) قطع کند. بیایید متقابل آنها را H = 1/OA، K = 1/OB، L = 1/OC محاسبه کنیم و کوچکترین اعداد صحیح را با نسبت H: K: L = h: k: l تعریف کنیم. اعداد صحیح (hkl) را شاخص های میلر صفحه می نامند.

در کریستال های مکعبی، شاخص های (100) به صفحه ای موازی با محورهای Y و Z اشاره دارد. شاخص های (010) - به صفحه موازی با محورهای X و Z و (001) - به صفحه موازی با محورهای X و Y. در بلورهایی با محورهای متعامد، این صفحات نیز به ترتیب بر محورها عمود هستند. ایکس، Y و Z.

برای تعیین جهات در یک کریستال، از شاخص ها به شکل کوچکترین اعداد صحیح مرتبط با یکدیگر به عنوان اجزای یک بردار موازی با یک جهت معین استفاده می شود. برخلاف نام هواپیماها، آنها در کروشه مربع نوشته می شوند. در بلورهای مکعبی، این جهات عمود بر صفحه با شاخص های یکسان هستند. جهت مثبت محور X نشان دهنده , جهت مثبت محور Y - , جهت منفی محور Z - , مورب مکعب - و غیره است. تعیین سطوح کریستالوگرافی و جهت ها در شکل 1 آورده شده است. 2.2.

صفحاتی که بخش های مساوی را قطع می کنند، اما در اکتانت های دیگر قرار دارند، از نظر کریستالوگرافی و فیزیکوشیمیایی معادل هستند. آنها مجموعه ای از صفحات معادل - (hkl) یا سیستمی از صفحات را تشکیل می دهند که در آن h، k، l را می توان به هر ترتیب و با هر تعداد منفی در جلوی شاخص ها نوشت. منهای بالای شاخص نوشته شده است.

موقعیت یک جهت در شبکه فضایی را می توان به راحتی با مختصات اتم نزدیک به مبدا مختصات و در جهت داده شده تعیین کرد.

مجموعه ای از جهت های معادل یا سیستمی از جهت ها نشان داده می شود ، که در آن h، k، l را می توان به هر ترتیب و با هر تعداد منفی نوشت:<100>- مجموعه ای از جهت ها به موازات تمام لبه های مکعب؛ (100) - مجموعه ای از صفحات موازی با تمام وجوه مکعب.

برنج. 2.2. نمونه هایی از نمادهای کریستالوگرافی

سطوح و جهت ها در کریستال های مکعبی

با استفاده از شاخص های میلر

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1. شاخص های صفحه ای را تعیین کنید که بخش های A = 1، B = 2، C = - 4 را روی محورهای شبکه قطع می کند.

نسبت های متقابل قطعات 1/A: 1/B: 1/C = 1/1: 1/2: 1/(-4) است. ما این نسبت را به نسبت سه عدد صحیح می آوریم، با ضرب در مخرج مشترک 4، عوامل اضافی 4 و 2 خواهد بود. 1 / A: 1 / B: 1 / C \u003d 4: 2: (- 1). این h، k، l مورد نیاز خواهد بود. شاخص های صفحه (42).

مثال 2. قطعاتی را که صفحه (023) بر روی محورهای شبکه قطع می کند، تعیین کنید.

مقادیر را معکوس به شاخص های صفحه می نویسیم: 1/0، 1/2، 1/3. ما در یک مخرج مشترک برابر با 6 ضرب می کنیم (قطعات را به اعداد صحیح می آوریم). قطعات بریده شده توسط هواپیما روی محورها برابر با A \u003d، B \u003d 3، C \u003d 2 خواهد بود. این صفحه موازی با محور x خواهد بود، زیرا A \u003d.

پلی مورفیسم

برخی از جامدات توانایی تشکیل نه یک، بلکه دو یا چند ساختار بلوری را دارند که در دماها و فشارهای مختلف پایدار هستند. این خاصیت مواد نامیده می شود پلی مورفیسم،و ساختارهای کریستالی مربوطه را اشکال چندشکلی یا آلوتروپیکاصلاحات مواد

تغییری که در دمای معمولی و دمای پایین‌تر پایدار است معمولاً با حرف نشان داده می‌شود α ; تغییراتی که در دماهای بالاتر پایدار هستند، به ترتیب با حروف نشان داده می شوند. β ، γ و غیره

پلی مورفیسم در بین آن ها شایع است مواد فنیو برای پردازش و بهره برداری از آنها ضروری است.

یک مثال کلاسیک از پلی مورفیسم، تبدیل قلع سفید در دمای پایین است. β -Sn) به خاکستری ( α -Sn) که در هنر به عنوان "طاعون قلع" شناخته می شود.

مورد توجه عملی چند شکلی کربن است - وجود آن به شکل الماس یا گرافیت. در شرایط عادی، گرافیت اصلاح پایدارتری نسبت به الماس است. با این حال، با افزایش فشار، پایداری الماس افزایش می‌یابد، در حالی که پایداری گرافیت کاهش می‌یابد و در فشارهای به اندازه کافی بالا، الماس پایدارتر می‌شود. اگر در همان زمان، دما برای افزایش تحرک اتم ها افزایش یابد، گرافیت می تواند به الماس تبدیل شود. تولید الماس مصنوعی بر این اصل استوار است. در اتحاد جماهیر شوروی، تولید صنعتی آنها در سال 1961 آغاز شد. سنتز تحت فشار حدود 10 10 Pa در دمای 2000 درجه سانتیگراد انجام می شود. الماس های مصنوعی به دست آمده از این روش دارای استحکام و سختی بالاتری نسبت به بلورهای طبیعی هستند.

2.1.5. ایزومورفیسم

ایزومورفیسم- این خاصیت اتم ها و یون ها از نظر شیمیایی و هندسی نزدیک و ترکیب آنها برای جایگزینی یکدیگر در شبکه کریستالی است و کریستال هایی با ترکیب متغیر تشکیل می دهند.

کریستال های سیلیکون و ژرمانیوم ایزومورفیک مجموعه ای پیوسته از محلول های جامد جایگزین را تشکیل می دهند. هر دوی این مواد در ساختار الماس متبلور می شوند، دوره شبکه ژرمانیوم a = 0.565 نانومتر، سیلیکون a = 0.542 نانومتر، اختلاف دوره ها کمتر از 4٪ است، بنابراین، تشکیل محلول های جامد جایگزین با حلالیت نامحدود امکان پذیر است. ، که در آن اتم های ژرمانیوم و سیلیکون در سایت های شبکه الماس قرار دارند.

چگالی، دوره شبکه، سختی در سری ایزومورف کریستال های مخلوط Si-Ge به صورت خطی تغییر می کند. با انتخاب ترکیبات ایزومورفیک مختلف، می توان محدوده دمای عملیاتی و پارامترهای الکتروفیزیکی را برای این محلول ها و سایر محلول های جامد ترکیبات نیمه هادی تغییر داد.

اطلاعات مشابه

گسترده ترین گروه کریستال ها اجسامی هستند که از مولکول ها ساخته شده اند. ترکیبات یونی نیز نمایندگان کافی دارند. در این موارد، همانطور که قبلاً گفتیم، ایده کریستال به عنوان ذرات متراکم کاملاً موجه است. با این حال، لازم است در ساختارهایی که جهت گیری پیوندهای بین اتم ها، انحراف ابر الکترونی از تقارن کروی و غیره، علت شکل گیری ساختارهایی است که دیگر نمی توان آنها را به این سادگی در نظر گرفت، صحبت کرد.

چنین استثناهایی شامل ساختار اتم هایی است که توسط الکترون های مشترک به هم متصل شده اند.

تعداد زیادی از فلزات ساختارهایی با یک سلول مکعبی در مرکز بدن را نشان می دهند. در این بلورها، هر اتم هشت همسایه خواهد داشت، نه دوازده همسایه، همانطور که در نزدیکترین بسته بندی توپ ها وجود دارد. به عنوان مثال، اتم های آهن این گونه رفتار می کنند (شکل 257). شبکه آهنی مکعبی است. اتم های آهن در راس و مرکز مکعب ها قرار دارند. لیتیوم، پتاسیم، سزیم و تعدادی از مواد دیگر ساختار مشابهی دارند.

روی انجیر 263 ساختار جیوه کریستالی با یک بسته بندی نزدیک مکعبی ایده آل مقایسه می شود. به راحتی می توان فهمید که ماهیت مکان مراکز اتم ها یکسان است، اما در ساختار

جیوه، فواصل بین لایه ها کاهش یافت و فاصله بین اتم های یک لایه افزایش یافت، گویی توپ های کمی پهن شده را محکم بسته بندی کرده ایم.

نمونه های زیادی از این بسته های کم و بیش "فاسد" وجود دارد. به عنوان مثال، در مورد یخ (شکل 264)، رابطه با بسته بندی کروی به طور کامل از بین می رود. پیوند بین هر جفت اتم اکسیژن توسط یک اتم هیدروژن انجام می شود. در این چهار پیوند، هر اتم هیدروژن بر روی دو اتم اکسیژن قرار می گیرد - این تناقض با فرمول شیمیایی آب نشان داده شده در شکل. ساختار 264، البته، اینطور نیست. برای وضوح، پیوند "هیدروژن" در شکل به صورت "ایستموس" نشان داده شده است. ساختار یخ بسیار شل است، "سوراخ" های بزرگ در شکل قابل توجه است. اگر به طور ذهنی ساختار را در بالای صفحه نقاشی ادامه دهید، این سوراخ ها به کانال های گسترده ای تبدیل می شوند که به ساختار نفوذ می کنند.

ساختار یخ یک استثنا مهم است قانون کلی. این بدان معنا نیست که موارد نادری وجود دارد که جذب یک کریستال به یک بسته بندی متراکم از ذرات معنای خود را از دست می دهد.

همانطور که در بالا گفتیم، قیاس با بسته بندی متراکم کره ها در مورد کریستال هایی که از اتم های متصل به الکترون های مشترک ساخته شده اند، کاملاً از بین می رود.

ساختار سولفید روی که در شکل بالا نشان داده شده است. 257 بسیار مشخص است. ساختار برخی از عناصر یکسان به نظر می رسد: کربن (الماس)، سیلیکون، ژرمانیوم، قلع (سفید).

مواردی امکان پذیر است که پیوندهای هومیوپولار لایه ها و زنجیره ای از اتم ها را تشکیل دهند.

روی انجیر شکل 265 ساختار گرافیت را نشان می دهد. اتم های کربن موجود در گرافیت یک ساختار لایه ای تشکیل می دهند. اما اینها لایه هایی از متراکم ترین بسته بندی نیستند. ساختن لایه ای از گرافیت از کره های به هم پیوسته غیرممکن است. در گرافیت، لایه های اتم های با پیوند قوی صاف هستند. آرسنیک و فسفر نیز ساختارهای لایه ای به این معنا می دهند، اما اتم های لایه در یک صفحه قرار ندارند. به عنوان مثال

ساختارهای متشکل از زنجیره‌ای از اتم‌های با پیوند قوی، می‌توانیم سلنیوم خاکستری به ارمغان بیاوریم. هر اتم از این ماده تنها با دو همسایه محکم متصل است. در سلنیوم خاکستری، اتم ها یک مارپیچ بی پایان را تشکیل می دهند که روی یک خط مستقیم می پیچند. فاصله بین اتم های مارپیچ های مجاور بسیار بیشتر از فاصله بین نزدیک ترین اتم ها در همان مارپیچ است.

گرافیت نرم سیاه مات که با آن می نویسیم و الماس براق، شفاف، سخت و برش شیشه ای از همان اتم ها - از اتم های کربن ساخته شده اند. این مثال با وضوح استثنایی نشان می دهد که چگونه خواص کریستال ها با آرایش متقابل اتم ها مشخص می شود. از گرافیت برای ساخت بوته های نسوز استفاده می شود که می توانند در دمای 2000-3000 درجه سانتیگراد مقاومت کنند و الماس در دمای بالاتر از 700 درجه سانتیگراد می سوزد. وزن مخصوص الماس 3.5 و گرافیت 2.1 است. گرافیت الکتریسیته را رسانا می کند، الماس نه و غیره.

این ویژگی تشکیل کریستال های مختلف نه تنها ذاتی یک کربن است. تقریبا هر عنصر شیمیاییدر حالت کریستالی و هر ماده ای در چندین نوع وجود دارد. ما شش نوع یخ، نه نوع گوگرد، چهار نوع آهن می شناسیم.

در دمای اتاق، اتم های آهن یک شبکه مکعبی تشکیل می دهند که در آن اتم ها موقعیت هایی را در بالا و مرکز مکعب ها اشغال می کنند. هر اتم هشت همسایه دارد. در دماهای بالا، اتم های آهن نزدیک ترین بسته بندی را تشکیل می دهند: هر اتم دوازده همسایه دارد. آهن با هشت همسایه نرم است، آهن با دوازده همسایه سخت است. سخت شدن فولاد در دمای اتاق متراکم ترین بسته بندی مکعبی را ثابت می کند که در دماهای بالاتر پایدار است.

قبلاً از نمونه های کربن و آهن مشخص است که انواع بلورهای یک ماده از نظر ساختار کاملاً با یکدیگر متفاوت هستند. همین امر در مورد سایر مواد نیز صدق می کند.

به عنوان مثال، گوگرد زرد حلقه های موجدار هشت اتمی را در یک کریستال تشکیل می دهد. به عبارت دیگر، یک مولکول گوگرد از هشت اتم در کریستال قابل مشاهده است. گوگرد قرمز نیز از چنین حلقه هایی تشکیل شده است، اما آنها به روشی کاملاً متفاوت به یکدیگر تبدیل می شوند.

فسفر زرد یک ساختار مکعبی با هشت همسایه نزدیک می دهد. فسفر سیاه یک ساختار از نوع گرافیت لایه ای است.

قلع خاکستری ساختاری مشابه الماس دارد. اگر ساختار الماس به شدت در امتداد محور مکعب فشرده شده باشد، قلع سفید را می توان از نظر ذهنی از خاکستری به دست آورد. در نتیجه این مسطح شدن، تعداد نزدیکترین همسایگان اتم قلع به جای چهار، شش می شود.

مواد آلی نیز اغلب دارای انواع کریستالی هستند. مولکول های یکسان یکی در رابطه با دیگری مرتب شده اند.