Кристалл құрылымдарының неше түрі ажыратылады. Кристалл құрылымдарының түрлері. Кристалл құрылымдарының негізгі түрлері
Мақаланың мазмұны
КРИСТАЛДАР- ең кішкентай бөлшектері (атомдар, иондар немесе молекулалар) белгілі бір ретпен «оралған» заттар. Нәтижесінде кристалдардың өсуі кезінде олардың бетінде өздігінен тегіс беттер пайда болады, ал кристалдардың өзі әртүрлі геометриялық пішіндерді алады. Минералогия мұражайына немесе минералдар көрмесіне барған әрбір адам «жансыз» заттар қабылдайтын пішіндердің әсемдігі мен сұлулығына таңдана алмады.
Әртүрлілігі шынымен шексіз болатын снежинкаларды кім таңдаған жоқ! 17 ғасырда. атақты астроном Иоганнес Кеплер трактат жазды Алтыбұрышты снежинкалар туралыжәне үш ғасырдан кейін мыңдаған снежинкалардың үлкейтілген фотосуреттерінің жинақтары бар альбомдар шығарылды және олардың ешқайсысы екіншісін қайталамайды.
«Хрусталь» сөзінің шығу тегі қызықты (ол барлық еуропалық тілдерде бірдей дерлік естіледі). Көптеген ғасырлар бұрын Альпідегі мәңгілік қарлардың арасында, қазіргі Швейцария аумағында олар таза мұзды өте еске түсіретін өте әдемі, мүлдем түссіз кристалдарды тапты. Ежелгі натуралистер оларды осылай атаған - «кристаллос», грек тілінде - мұз; Бұл сөз гректің «криос» - суық, аяз сөзінен шыққан. Мұз ұзақ уақыт тауда болған кезде, қатты аязда тастайды және еру қабілетін жоғалтады деп есептелді. Антикалық дәуірдегі ең беделді философтардың бірі Аристотель «кристалл судан жылуды толығымен жоғалтқанда пайда болады» деп жазды. Рим ақыны Клавдиан 390 жылы дәл сол нәрсені өлеңмен сипаттаған:
Қаһарлы альпілік қыста мұз тасқа айналады.
Мұндай тасты ерітуге күннің шамасы жетпейді.
Осыған ұқсас тұжырым ежелгі уақытта Қытай мен Жапонияда жасалған - мұз және рок хрусталы сол сөзбен белгіленген. Тіпті 19 ғасырда. ақындар бұл бейнелерді жиі біріктірген:
Көл үстінде солып бара жатқан мөлдір мұз,
Ол қозғалыссыз ағындарды кристалмен жапты.
А.С.Пушкин. Овидке
Кристаллдардың арасында көне заманнан бері адам назарын аударған асыл тастар ерекше орын алады. Адамдар көптеген асыл тастарды жасанды жолмен алуды үйренді. Мысалы, жасанды рубиндерден сағаттар мен басқа да дәлме-дәл аспаптарға арналған подшипниктер бұрыннан жасалған. Сондай-ақ олар табиғатта мүлдем жоқ әдемі кристалдарды жасанды түрде шығарады. Мысалы, текше цирконий - олардың атауы FIAN аббревиатурасынан шыққан - Ғылым академиясының физикалық институты, олар алғаш рет алынған. Cubic Circonia ZrO 2 кристалдары гауһарға өте ұқсас текше цирконий кристалдары болып табылады.
Кристалдардың құрылымы.
Құрылысына қарай кристалдар иондық, коваленттік, молекулалық және металдық болып бөлінеді. Иондық кристалдар электростатикалық тартылыс және тебілу күштерімен белгілі бір ретпен ұсталатын айнымалы катиондар мен аниондардан тұрады. Электростатикалық күштер бағытты емес: әрбір ион өзінің айналасында қарама-қарсы таңбалы иондарды қанша болса, сонша ұстай алады. Бірақ сонымен бірге тартылыс пен тебілу күштері теңдестіріліп, кристалдың жалпы электрлік бейтараптығы сақталуы керек. Осының бәрі иондардың мөлшерін ескере отырып, әртүрлі кристалдық құрылымдарға әкеледі. Сонымен, Na + иондары (олардың радиусы 0,1 нм) және Cl - (радиусы 0,18 нм) әрекеттескенде октаэдрлік координация жүреді: әрбір ион октаэдр шыңдарында орналасқан қарама-қарсы таңбалы алты ионды ұстайды. Бұл жағдайда барлық катиондар мен аниондар ең қарапайым текше кристалдық торды құрайды, онда текше төбелері кезекпен Na+ және Cl - иондарымен орналасады. KCl, BaO, CaO және басқа да бірқатар заттардың кристалдары бірдей орналасады.
Cs + иондары (радиусы 0,165 нм) мөлшері бойынша Cl - иондарына жақын және текшелік координация жүреді: әрбір ион кубтың төбелерінде орналасқан қарама-қарсы таңбалы сегіз ионмен қоршалған. Бұл жағдайда дене центрленген кристалдық тор түзіледі: сегіз катионнан құралған әрбір кубтың ортасында бір анион орналасады және керісінше. (Бір қызығы, 445°С температурада CsCl NaCl типті жай текше торға айналады.) CaF 2 (флюорит) және басқа да көптеген иондық қосылыстардың кристалдық торлары күрделірек. Кейбір иондық кристалдарда күрделі полиатомды аниондар тізбектерге, қабаттарға біріктірілуі мүмкін немесе қуыстарында катиондар орналасқан үш өлшемді рамка түзуі мүмкін. Мәселен, силикаттар реттелген. Иондық кристалдар бейорганикалық және органикалық қышқылдардың, оксидтердің, гидроксидтердің, тұздардың көптеген тұздарын құрайды. Иондық кристалдарда иондар арасындағы байланыс күшті, сондықтан мұндай кристалдардың балқу температуралары жоғары болады (NaCl үшін 801 ° C, CaO үшін 2627 ° C).
Ковалентті кристалдарда (оларды атомдық деп те атайды) кристалдық тордың түйіндерінде коваленттік байланыстар арқылы байланысқан бірдей немесе әртүрлі атомдар болады. Бұл байланыстар күшті және астына бағытталған белгілі бір бұрыштар. Типтік мысал - гауһар тас; оның кристалында әрбір көміртек атомы тетраэдр шыңдарында орналасқан төрт басқа атоммен байланысқан. Ковалентті кристалдар бор, кремний, германий, мышьяк, ZnS, SiO 2 , ReO 3 , TiO 2 , CuNCS түзеді. Полярлық коваленттік және иондық байланыстар арасында өткір шекара болмағандықтан, иондық және коваленттік кристалдар үшін де солай. Сонымен, Al 2 O 3 құрамындағы алюминий атомындағы заряд +3 емес, тек +0,4, бұл коваленттік құрылымның үлкен үлесін көрсетеді. Сонымен бірге кобальт алюминатында CoAl 2 O 4 алюминий атомдарының заряды +2,8-ге дейін артады, бұл иондық күштердің басымдылығын білдіреді. Ковалентті кристалдар әдетте қатты және отқа төзімді.
Молекулалық кристалдар салыстырмалы түрде әлсіз тартымды күштер әрекет ететін оқшауланған молекулалардан тұрады. Нәтижесінде мұндай кристалдардың балқу және қайнау температурасы әлдеқайда төмен, ал олардың қаттылығы төмен. Сонымен, асыл газдардың кристалдары (олар оқшауланған атомдардан жасалған) өте төмен температурада ериді. Бейорганикалық қосылыстардан молекулалық кристалдар көптеген бейметалдар (асыл газдар, сутегі, азот, ақ фосфор, оттегі, күкірт, галогендер), молекулалары тек коваленттік байланыс арқылы түзілетін қосылыстар (H 2 O, HCl, NH 3, CO 2) түзеді. , т.б.). Кристалдардың бұл түрі барлық дерлік органикалық қосылыстарға тән. Молекулалық кристалдардың беріктігі молекулалардың мөлшері мен күрделілігіне байланысты. Осылайша, гелий кристалдары (атом радиусы 0,12 нм) –271,4°С (30 атм қысымда), ал ксенон кристалдары (радиусы 0,22 нм) –111,8°С балқиды; фтор кристалдары –219,6°С, йод +113,6°С температурада балқиды; метан CH 4 - -182,5 ° C, ал триаконтан C 30 H 62 - + 65,8 ° C температурада.
Металл кристалдары таза металдар мен олардың қорытпаларын құрайды. Мұндай кристалдарды металдардың сынуынан, сондай-ақ мырышталған қаңылтырдың бетінде көруге болады. Металдардың кристалдық торын катиондар түзеді, олар жылжымалы электрондармен («электрондық газ») байланысады. Бұл құрылым кристалдардың электр өткізгіштігін, иілгіштігін, жоғары шағылыстыру қабілетін (жылтырлығын) анықтайды. Металл кристалдарының құрылымы атом-шарлардың әртүрлі орау нәтижесінде түзіледі. Сілтілік металдар, хром, молибден, вольфрам және т.б. денеге бағытталған текше торды құрайды; мыс, күміс, алтын, алюминий, никель және т.б. - бетке бағытталған текше тор (текшенің шыңдарында 8 атомнан басқа, беттердің ортасында тағы 6 атом орналасқан); бериллий, магний, кальций, мырыш және т.б. - алтыбұрышты тығыз тор деп аталатындар (оның тік бұрышты алтыбұрышты призманың төбелерінде орналасқан 12 атомы, 2 атомы - призманың екі табанының ортасында және тағы 3 атомы бар. - призманың центріндегі үшбұрыштың төбелерінде).
Барлық кристалдық қосылыстарды моно- және поликристалды деп бөлуге болады. Монокристалл – бір бұзылмаған кристалдық торы бар монолит. Табиғи ірі монокристалдар өте сирек кездеседі. Кристалдық денелердің көпшілігі поликристалды, яғни олар көптеген ұсақ кристалдардан тұрады, кейде тек жоғары үлкейткенде ғана көрінеді.
Кристаллдың өсуі.
Химия, минералогия және басқа ғылымдардың дамуына үлкен үлес қосқан көптеген көрнекті ғалымдар алғашқы тәжірибелерін дәл кристалдардың өсуінен бастады. Таза сыртқы әсерлерден басқа, бұл тәжірибелер бізді кристалдардың қалай орналасатыны және олардың қалай түзілетіні, неліктен әртүрлі заттардың кристалдар түзетіні туралы ойлануға мәжбүр етеді. әртүрлі пішіндер, ал кейбіреулері мүлде кристалдар түзбейді, кристалдарды үлкен және әдемі ету үшін не істеу керек.
Мұнда кристалданудың мәнін түсіндіретін қарапайым модель берілген. Үлкен залға паркет төселіп жатқанын елестетіп көріңізші. Шаршы пішінді плиткалармен жұмыс істеу ең оңай - мұндай тақтайшаны қалай айналдырсаңыз да, ол бәрібір орнына сәйкес келеді және жұмыс тез жүреді. Сондықтан атомдардан (металдар, асыл газдар) немесе шағын симметриялы молекулалардан тұратын қосылыстар оңай кристалданады. Мұндай қосылыстар, әдетте, кристалды емес (аморфты) заттар түзбейді.
Тіктөртбұрышты тақталардан паркет төсеу қиынырақ, әсіресе олардың бүйірлерінде ойықтар мен шығыңқы жерлер болса, онда әр тақтаны өз орнына бір жолмен салуға болады. Күрделі пішінді тақталардан паркет үлгісін салу әсіресе қиын.
Егер паркет төсеніш асығыс болса, онда плиткалар орнату орнына тым тез жетеді. Дұрыс үлгі қазір жұмыс істемейтіні анық: егер плитка кем дегенде бір жерде қисық болса, онда бәрі қисық болады, бос орындар пайда болады («әйнек» толтырылған ескі Tetris компьютерлік ойынындағы сияқты). мәліметтер тым жылдам). Он шақты шебер бірден үлкен залға әркім өз орнынан паркет төсей бастаса да, одан жақсылық шықпайды. Олар баяу жұмыс істесе де, іргелес бөліктердің жақсы біріктірілетіні өте күмәнді және жалпы бөлменің көрінісі өте жағымсыз болып шығады: әртүрлі жерлерде плиткалар әртүрлі бағытта орналасқан, ал тесіктер ашылады. біркелкі паркеттің жекелеген бөліктері арасында.
Шамамен бірдей процестер кристалдардың өсуі кезінде орын алады, тек мұндағы қиындық бөлшектердің жазықтыққа емес, көлемге сәйкес келуі керек. Бірақ бұл жерде «паркет еден» жоқ - заттардың бөлшектерін олардың орнына кім қояды? Олар өздеріне сәйкес келеді, өйткені олар үздіксіз жылу қозғалыстарын жасайды және олар үшін ең қолайлы болатын ең қолайлы орынды «іздейді». Бұл жағдайда «ыңғайлылық» ең энергетикалық қолайлы орынды да білдіреді. Өсіп келе жатқан кристалдың бетіндегі мұндай жерде заттың бір бөлігі сол жерде қалуы мүмкін және біраз уақыттан кейін кристалдың ішінде, жаңа жинақталған зат қабаттарының астында болуы мүмкін. Бірақ тағы бір нәрсе болуы мүмкін - бөлшек қайтадан бетті ерітіндіге қалдырады және қайтадан оның орналасуына ыңғайлы жерде «іздей» бастайды.
Әрбір кристалдық заттың өзіне тән кристалдың белгілі бір сыртқы түрі болады. Мысалы, натрий хлориді үшін бұл пішін текше, калий алюминиі үшін октаэдр. Алғашында мұндай кристалдың пішіні дұрыс емес болса да, ол ерте ме, кеш пе текшеге немесе октаэдрге айналады. Сонымен қатар, егер дұрыс пішіні бар кристалды әдейі бүлдірсе, мысалы, оның шыңдары ұрып-соғып, жиектері мен беттері зақымдалған болса, одан әрі өсумен мұндай кристал өз зақымдануын өздігінен «емдей бастайды». Бұл «дұрыс» кристалды беттер тезірек өсетіндіктен, «дұрыс емес» беттер баяу өседі. Мұны тексеру үшін келесі тәжірибе жүргізілді: тұз кристалынан шар ойылып, содан кейін оны қаныққан NaCl ерітіндісіне салды; біраз уақыттан кейін доптың өзі бірте-бірте текшеге айналды! Күріш. 6 Кейбір минералдардың кристалдық түрлері
Егер кристалдану процесі тым жылдам болмаса және бөлшектердің қабаттасуға ыңғайлы пішіні және жоғары қозғалғыштығы болса, олар өз орнын оңай табады. Егер симметриясы төмен бөлшектердің қозғалғыштығы күрт төмендесе, олар кездейсоқ «қатып қалады», әйнекке ұқсас мөлдір масса құрайды. Заттың бұл күйі шыны күйі деп аталады. Мысалы, қарапайым терезе әйнегі. Егер шыны ұзақ уақыт бойы өте ыстық ұсталса, ондағы бөлшектер жеткілікті қозғалмалы болғанда, онда силикат кристалдары өсе бастайды. Мұндай шыны өзінің мөлдірлігін жоғалтады. Силикаттар ғана емес шыны тәрізді болуы мүмкін. Сонымен, этил спиртін баяу салқындату кезінде ол -113,3 ° C температурада кристалданып, ақ қар тәрізді масса түзеді. Бірақ егер салқындату өте тез жүргізілсе (алкоголь қосылған жұқа ампуланы -196 ° C температурада сұйық азотқа түсіріңіз), алкоголь соншалықты тез қатып қалады, оның молекулалары кәдімгі кристалды құрастыруға уақыт таппайды. Нәтиже - мөлдір шыны. Силикатты әйнекпен де солай болады (мысалы, терезе әйнегі). Өте жылдам салқындату кезінде (секундына миллион градус) тіпті металдарды кристалды емес шыны күйінде алуға болады.
Молекулалардың «ыңғайсыз» нысаны бар заттарды кристалдау қиын. Мұндай заттарға, мысалы, белоктар және басқа биополимерлер жатады. Бірақ балқу температурасы + 18 ° C болатын қарапайым глицерин салқындаған кезде оңай суытып, бірте-бірте шыны тәрізді массаға айналады. Өйткені, қазірдің өзінде бөлме температурасында глицерин өте тұтқыр, ал салқындаған кезде ол өте қалың болады. Сонымен қатар, асимметриялық глицерин молекулаларының қатаң тәртіппен қатарласып, кристалдық тор түзуі өте қиын.
Кристаллдарды өсіру әдістері.
Кристалдануға болады әртүрлі жолдар. Олардың бірі - қаныққан ыстық ерітіндіні салқындату. Әрбір температурада белгілі бір мөлшерден аспайтын зат еріткіштің берілген мөлшерінде (мысалы, суда) ери алмайды. Мысалы, 200 г калий алюминиі 90°С температурада 100 г суда ери алады. Мұндай ерітінді қаныққан деп аталады. Енді ерітіндіні суытамыз. Температураның төмендеуімен заттардың көпшілігінің ерігіштігі төмендейді. Сонымен, 80 ° C температурада 100 г суда 130 г алюминийден артық ерітуге болмайды. Қалған 70 г қайда кетеді? Егер салқындату жылдам жүргізілсе, артық зат жай ғана тұнбаға түседі. Егер бұл тұнбаны кептіріп, күшті үлкейткішпен зерттесе, онда көптеген ұсақ кристалдар көрінеді.
Ерітіндіні салқындатқанда еріген күйде бола алмайтын заттың бөлшектері (молекулалар, иондар) бір-бірімен жабысып, ұсақ эмбриондық кристалдар түзеді. Ядролардың түзілуіне ерітіндідегі қоспалар, мысалы, шаң, ыдыстың қабырғаларындағы ең кішкентай бұзылулар ықпал етеді (химиктер кейде заттың кристалдануына көмектесу үшін шынының ішкі қабырғаларына шыны таяқшаны арнайы ысқылайды). Егер ерітінді баяу салқындатылса, бірнеше ядролар пайда болады және бірте-бірте барлық жағынан өсіп, олар дұрыс пішіндегі әдемі кристалдарға айналады. Жылдам салқындату кезінде көптеген ядролар пайда болады және ерітіндінің бөлшектері жыртылған қапшықтағы бұршақ сияқты өсіп келе жатқан кристалдардың бетіне «құйылады». әрине, бұл жағдайда дұрыс кристалдар алынбайды, өйткені ерітіндідегі бөлшектердің өз орнында кристалдың бетіне «қонуға» уақыты болмауы мүмкін. Сонымен қатар, тез өсіп келе жатқан көптеген кристалдар бір бөлмеде жұмыс істейтін бірнеше паркет едендері сияқты бір-біріне кедергі жасайды. Ерітіндідегі бөгде қатты қоспалар да кристалдану орталықтарының рөлін атқара алады, сондықтан ерітінді неғұрлым таза болса, соғұрлым кристалдану орталықтарының аз болуы ықтимал.
90°С қаныққан алюминий ерітіндісін бөлме температурасына дейін салқындатқаннан кейін бізде шөгіндіде 190 г болады, өйткені 20°С температурада 100 г суда тек 10 г алюминий ериді. Осының нәтижесінде салмағы 190 г болатын дұрыс пішіндегі бір үлкен кристал болады ма? Өкінішке орай, жоқ: тіпті өте таза ерітіндіде де бір кристалдың өсе бастауы екіталай: салқындатқыш ерітіндінің бетінде кристалдардың массасы пайда болуы мүмкін, мұнда температура көлемінен сәл төмен, сондай-ақ ыдыстың қабырғалары мен түбі.
Қаныққан ерітіндіні біртіндеп салқындату арқылы кристалдарды өсіру әдісі ерігіштігі температураға аз тәуелді заттарға қолданылмайды. Мұндай заттарға, мысалы, натрий және алюминий хлоридтері, кальций ацетаты жатады.
Кристаллдарды алудың тағы бір әдісі қаныққан ерітіндіден суды біртіндеп алу болып табылады. «Қосымша» зат кристалданады. Және бұл жағдайда су неғұрлым баяу буланса, соғұрлым жақсы кристалдар алынады.
Үшінші әдіс - сұйықты баяу салқындату арқылы балқыған заттардан кристалдардың өсуі. Барлық әдістерді қолданғанда, тұқым қолданылса, ең жақсы нәтиже алынады - ерітіндіге немесе балқымаға салынған дұрыс пішіндегі шағын кристал. Осылайша, мысалы, рубин кристалдары алынады. Асыл тастардың кристалдарының өсуі өте баяу, кейде жылдар бойы жүзеге асырылады. Алайда, кристалдануды жеделдету үшін, бір кристалдың орнына кішкене массалар пайда болады.
Кристалдар булар конденсацияланған кезде де өсуі мүмкін - осылайша қар түйіршіктері мен суық шыныдағы өрнектер алынады. Металдарды өздерінің тұздарының ерітінділерінен белсендірек металдардың көмегімен ығыстырғанда кристалдар да түзіледі. Мысалы, темір шеге мыс сульфатының ерітіндісіне түсірілсе, ол қызыл мыс қабатымен жабылады. Бірақ алынған мыс кристалдары соншалықты кішкентай, оларды тек микроскоппен көруге болады. Тырнақтың бетінде мыс өте тез бөлінеді, сондықтан оның кристалдары тым кішкентай. Бірақ процесс бәсеңдесе, кристалдар үлкен болып шығады. Ол үшін мыс сульфаты ас тұзының қалың қабатымен жабылуы керек, оған сүзгі қағазының шеңберін, ал үстіне - диаметрі сәл кішірек темір пластина. Ыдысқа ас тұзының қаныққан ерітіндісін құйып алу қалады. көк витриолтұзды ерітіндіде баяу ериді (ондағы ерігіштігі таза суға қарағанда аз). Мыс иондары (CuCl 4 2- жасыл күрделі аниондар түрінде) өте баяу, көп күндер ішінде жоғары қарай таралады; процесті түсті жиектің қозғалысы арқылы байқауға болады.
Темір тақтаға жеткенде, мыс иондары бейтарап атомдарға дейін тотықсызданады. Бірақ бұл процесс өте баяу болғандықтан, мыс атомдары металдық мыстың әдемі жылтыр кристалдарына орналасады. Кейде бұл кристалдар бұтақтарды – дендриттер түзеді. Тәжірибе шарттарын өзгерту арқылы (температура, витриол кристалдарының мөлшері, тұз қабатының қалыңдығы және т.б.) мыстың кристалдану шарттарын өзгертуге болады.
өте салқындатылған ерітінділер.
Кейде қаныққан ерітінді салқындатқанда кристалданбайды. Белгілі бір мөлшерде еріткіштің құрамында берілген температурада «болжамдан» көп еріген зат бар мұндай ерітінді аса қаныққан ерітінді деп аталады. Өте қаныққан ерітінді кристалдарды еріткішпен өте ұзақ араластырғанда да алынбайды, оны тек ыстық қаныққан ерітіндіні салқындату арқылы алуға болады. Сондықтан мұндай ерітінділерді аса салқындатылған деп те атайды. Олардағы бір нәрсе кристалданудың басталуына кедергі жасайды, мысалы, ерітінді тым тұтқыр немесе ерітіндіде жоқ кристалдардың өсуі үшін үлкен ядролар қажет.
Натрий тиосульфатының Na 2 S 2 O 3 ерітінділері оңай өте салқындатылады. 5H 2 O. Егер сіз осы заттың кристалдарын шамамен 56 ° C дейін мұқият қыздырсаңыз, олар «еріп кетеді». Шын мәнінде, бұл балқу емес, натрий тиосульфатының кристалданудың «меншікті» суында еруі. Температураның жоғарылауымен натрий тиосульфатының ерігіштігі, басқа заттардың көпшілігі сияқты, артады және 56 ° C температурада оның кристалдану суы барлық тұзды еріту үшін жеткілікті. Егер қазір мұқият болса, өткір соққыларды болдырмай, ыдысты суытыңыз, кристалдар пайда болмайды және зат сұйық болып қалады. Бірақ егер қатты салқындатылған ерітіндіге дайын эмбрион, сол заттың кішкентай кристалы енгізілсе, онда жылдам кристалдану басталады. Бір қызығы, бұл тек осы заттың кристалынан туындайды, ал шешім бөгде адамға мүлдем бей-жай болуы мүмкін. Сондықтан, егер сіз тиосульфаттың кішкене кристалын ерітіндінің бетіне тигізсеңіз, нағыз керемет болады: кристалдан кристалдану фронты өтеді, ол ыдыстың түбіне тез жетеді. Осылайша, бірнеше секундтан кейін сұйықтық толығымен «қатайтылады». Ыдысты тіпті төңкеріп тастауға болады - одан бір тамшы да төгілмейді! Қатты тиосульфатты қайтадан балқытуға болады ыстық сужәне бәрін қайтадан қайталаңыз.
Мұзды суға тиосульфаттың қатты салқындатылған ерітіндісі бар пробирканы қойса, кристалдар баяу өседі, ал олардың өздері үлкен болады. Аса қаныққан ерітіндінің кристалдануы оны қыздырумен бірге жүреді - бұл балқу кезінде кристалдық гидратпен алынған жылу энергиясының бөлінуі.
Натрий тиосульфаты жылдам кристалдану индукциялануы мүмкін өте салқындатылған ерітіндіні құрайтын жалғыз зат емес. Мысалы, натрий ацетаты CH 3 COONa ұқсас қасиетке ие (сірке қышқылы содаға әсер ету арқылы оңай алынады). Натрий ацетаты көмегімен тәжірибелі оқытушылар осындай «ғажайыпты» көрсетеді: олар бұл тұздың аса қаныққан ерітіндісін тәрелкедегі ацетаттың кішкене слайдына баяу құйып, кристалдармен байланыста бірден кристалданып, қатты тұз бағанасын құрайды!
Кристаллдар ғылым мен техникада кеңінен қолданылады: жартылай өткізгіштер, оптикалық құрылғыларға арналған призмалар мен линзалар, қатты күйдегі лазерлер, пьезоэлектриктер, ферроэлектриктер, оптикалық және электро-оптикалық кристалдар, ферромагнетиктер мен ферриттер, жоғары таза металдардың монокристалдары...
Кристалдардың рентгендік дифракциялық зерттеулері көптеген молекулалардың, соның ішінде биологиялық белсенділердің – белоктардың, нуклеин қышқылдарының құрылымын анықтауға мүмкіндік берді.
Зергерлік бұйымдар ретінде асыл тастардың қырлы кристалдары, оның ішінде жасанды түрде өсірілгендер қолданылады.
Илья Линсон
Кристалл құрылымдарының оларда локализацияланған химиялық байланыс түрлеріне қарай жіктелуі.Егер кристалдағы барлық атомдар арасындағы байланыс бірдей болса, ондай құрылымдар гомодесмиялық деп аталады (грек тілінен Homo – бірдей, desmos – байланыс) Егер бірнеше түрі болса. Химиялық байланыстардың саны кристалда жүзеге асады, мұндай құрылымдар гетеродесмиялық деп аталады (грек тілінен аударғанда hetero - әртүрлі) Кристаллдардағы материалдық бөлшектердің орналасуына негізделген, бес геометриялық әртүрлі түрлеріқұрылымдар - құрылымдық мотивтер: үйлестіру, аралдық, тізбекті, қабаттық және жақтау.
Кристаллдардағы бөлшектердің ең тығыз қаптамасы Молекулалардың атомдарының немесе иондарының құрылысы ең аз ішкі энергияға ие болуы керек.Кеңістікті радиусы бірдей шарлармен толтыру әдісі, бұл кезде бөлшектердің центрлерінің арақашықтығы ең аз деп аталады. орау. Бір қабаттағы бірдей радиустағы шарларды мүмкіндігінше тығыз орау мүмкін болатын жалғыз жолмен: әр шарды қабатта алты жақын көрші қоршайды, оның және оның көршілерінің арасында үшбұрышты бос орындар бар (А қабаты). Екінші тығыз оралған қабатты ерекше жолмен де алуға болады: (В қабаты), әрбір үстіңгі шардың төменгі қабатта үш бірдей көршілері болады және керісінше, әрбір төменгі шар жоғарғы үштікпен байланыста болады. Шарлардың алтыбұрышты орауында үшінші қабат біріншісін дәл қайталайды, ал қаптама екі қабатты болып шығады және екі А және В қабаттарының кезектесуі ретінде жазылады: AB AB AB. Шарлардың текше қаптамасында үшінші қабаттың шарлары (С қабаты) бірінші бос орындардың үстінде орналасқан, бүкіл орау үш қабатты, мотивтің қайталануы төртінші қабатта орын алады, әріптік белгілеуде ол ABC ABC түрінде жазылады ....
Тұйық кеңістікте бос орындардың екі түрін ажыратуға болады. Бір типті қуыстар төрт көршілес шармен қоршалған, ал екінші типтегі қуыстар алтаумен қоршалған. Төрт шардың ауырлық центрлерін қосу арқылы біз тетраэдр – тетраэдрлік қуысты аламыз, екінші жағдайда октаэдр түріндегі қуысты – октаэдрлік қуысты аламыз. Ең жақын қаптамалар негізінде салынған құрылымдардың әртүрлілігі негізінен катиондық мотивтермен, яғни бос орындардың түрімен, санымен және орналасуымен анықталады. Л.Полинг ұсынған кристалдық құрылымдарды модельдеу әдісінде ең жақын қаптаманы құрайтын шарлар әрқашан аниондарға сәйкес келеді. Егер осы шарлардың ауырлық центрлерін бір-бірімен сызықтар арқылы қосатын болсақ, онда барлық тығыз орналасқан кристалдық кеңістік октаэдрлер мен саңылаусыз тетраэдрлерге бөлінеді.
Оливиннің кристалдық құрылымының xy жазықтығына проекциясы (Mg, Fe)2 Координациялық полиэдрлер – октаэдрлер – Mg және Fe атомдарының айналасында (M 1 және M 2) және Si атомдарының айналасындағы тетраэдрлер ажыратылады.
Координациялық сандар және координациялық көп қырлылар (көп қырлылар) Кристалл құрылымдардағы берілген бөлшекті қоршап тұрған ең жақын көршілердің саны координациялық сан деп аталады. Ортасында бөлшек орналасқан, ал төбелері оның координациялық ортасымен бейнеленген шартты көпбұрышты координациялық көпбұрыш деп атайды.
Арал құрылымдары жеке терминалдық топтардан (көбінесе молекулалардан) тұрады. Жеке Cl молекулаларынан құрылған кристалды хлор құрылымында екі Cl атомы арасындағы ең қысқа қашықтық коваленттік байланысқа сәйкес келеді, ал ең аз қашықтықӘртүрлі молекулалардағы хлор атомдары арасындағы молекулааралық әрекеттесу, яғни ван-дер-Ваальс байланысын көрсетеді.
Тізбек құрылымдары бейтарап және валентті қаныққан тізбектерден тұруы мүмкін. Селен атомдары арасындағы байланыс ковалентті, ал көршілес ван-дер-Ваальс тізбектерінің атомдары арасындағы байланыс. Құрылымда. На. HCO 3, сутегі байланыстары карбонат иондарын (HCO 3) - тізбектерде түзеді, олардың арасындағы байланыс Na + иондары арқылы жүзеге асады.
Жақсы жұмысыңызды білім қорына жіберу оңай. Төмендегі пішінді пайдаланыңыз
Білім қорын оқу мен жұмыста пайдаланатын студенттер, аспиранттар, жас ғалымдар сізге шексіз алғысын білдіреді.
Кристаллдар (грек тілінен kseufbllt, бастапқыда – мұз, кейінірек – тау кристалы, кристал) – атомдары жүйелі түрде орналасып, үш өлшемді периодтық кеңістіктік орналасуды құрайтын қатты денелер – кристалдық тор.
Кристаллдар - ішкі құрылымына, яғни бөлшектердің (атомдардың, молекулалардың, иондардың) затын құрайтын бірнеше белгілі бір қалыпты орналасулардың біріне негізделген дұрыс симметриялы көп қырлы табиғи сыртқы пішіні бар қатты денелер.
Қасиеттер:
Біркелкілік. Бұл қасиет кеңістікте бірдей бағытталған, бірақ осы заттың әртүрлі нүктелерінде кесілген екі бірдей элементар кристалдық зат көлемінің барлық қасиеттері бойынша абсолютті бірдей екендігінде көрінеді: олардың түсі, меншікті салмағы, қаттылығы бірдей. , жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік және т.б
Нағыз кристалдық заттардың құрамында өте жиі олардың кристалдық торларын бұрмалайтын тұрақты қоспалар мен қосындылар болатынын есте ұстаған жөн. Сондықтан нақты кристалдарда абсолютті біртектілік жиі болмайды.
Кристалдардың анизотропиясы
Көптеген кристалдар анизотропия қасиетіне, яғни қасиеттерінің бағытқа тәуелділігіне тән, ал изотропты заттарда (көптеген газдар, сұйықтар, аморфты қатты заттар) немесе псевдо-изотропты (поликристалдар) денелерде қасиеттер тәуелді емес. бағыттар. Кристаллдардың серпімсіз деформациялану процесі әрқашан нақты анықталған сырғанау жүйелері бойымен, яғни белгілі бір кристаллографиялық жазықтықтар бойымен және тек белгілі бір кристаллографиялық бағытта ғана жүзеге асады. Кристалдық ортаның әр түрлі бөліктеріндегі деформацияның біртекті емес және біркелкі емес дамуына байланысты микрокернеу өрістерінің эволюциясы арқылы осы бөліктер арасында интенсивті әсерлесу жүреді.
Сонымен қатар анизотропия жоқ кристалдар бар.
Мартенситтік серпімсіздік физикасында, әсіресе пішінді есте сақтау эффектілері мен трансформацияның пластикасы мәселелері бойынша көптеген тәжірибелік материалдар жинақталған. Серпімді емес деформациялардың басым дамуы туралы кристалдық физиканың ең маңызды ұстанымы тек мартенситтік реакциялар арқылы тәжірибе жүзінде дәлелденді. Бірақ мартенситтік икемсіздіктің физикалық теориясын құру принциптері анық емес. Осындай жағдай кристалдардың механикалық егіздеу арқылы деформациялануы жағдайында орын алады.
Металдардың дислокациялық пластикасын зерттеуде айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізілді. Мұнда серпімді емес деформация процестерін жүзеге асырудың негізгі құрылымдық және физикалық механизмдері түсініліп қана қоймай, құбылыстарды есептеудің тиімді әдістері де жасалған.
Өздігінен айдау қабілеті - бұл кристалдардың еркін өсу кезінде беттерді қалыптастыру қасиеті.Сонымен. егер шар, мысалы, қандай да бір заттан ойылған ас тұзы оның аса қаныққан ерітіндісіне қойылса, біраз уақыттан кейін бұл шар текше пішінін алады. Керісінше, шыны моншақ пішінін өзгертпейді, өйткені аморфты зат өздігінен айдай алмайды.
тұрақты балқу температурасы. Егер сіз кристалдық денені қыздырсаңыз, онда оның температурасы белгілі бір шекке дейін көтеріледі, одан әрі қыздыру кезінде зат ери бастайды және температура біраз уақыт тұрақты болып қалады, өйткені барлық жылу кристалдың бұзылуына кетеді. тор. Балқу басталатын температура балқу температурасы деп аталады.
Кристалдардың систематикасы
Кристалл құрылымы
Кристалл құрылымы әрбір зат үшін жеке бола отырып, осы заттың негізгі физикалық және химиялық қасиеттеріне жатады. Кристаллдық құрылым - бұл кристалдық тордың әрбір нүктесімен мотивтік бірлік деп аталатын белгілі бір атомдар тобы байланысқан және мұндай топтардың барлығы торға қатысты құрамы, құрылымы және бағыты бойынша бірдей болатын атомдардың осындай жиынтығы. Құрылым тор мен мотивтік бірліктің синтезі нәтижесінде, түрткі бірлікті аударма тобына көбейту нәтижесінде пайда болады деп болжауға болады.
Ең қарапайым жағдайда мотивтік бірлік бір атомнан тұрады, мысалы, мыс немесе темір кристалдарында. Мұндай мотивтік бірлік негізінде пайда болатын құрылым геометриялық жағынан торға өте ұқсас, бірақ соған қарамастан оның нүктелерден емес, атомдардан тұратындығымен ерекшеленеді. Көбінесе бұл жағдай ескерілмейді және мұндай кристалдар үшін «кристалдық тор» және «кристалдық құрылым» терминдері синонимдер ретінде пайдаланылады, бұл қатаң емес. Мотивтiк бiрлiк құрамы жағынан күрделiрек болған жағдайларда ол екiден немесе тұрады Көбірекатомдар, тор мен құрылымның геометриялық ұқсастығы жоқ және бұл ұғымдардың ауысуы қателіктерге әкеледі. Мәселен, мысалы, магний немесе алмас құрылымы тормен геометриялық сәйкес келмейді: бұл құрылымдарда мотивтік бірлік екі атомнан тұрады.
Кристалл құрылымын сипаттайтын негізгі параметрлер, олардың кейбіреулері өзара байланысты:
§ кристалдық тордың түрі (сирингония, Брава торы);
§ элементар ұяшықтағы формула бірліктерінің саны;
§ ғарыш тобы;
§ бірлік ұяшық параметрлері (сызықтық өлшемдер мен бұрыштар);
§ жасушадағы атомдардың координаталары;
§ барлық атомдардың координациялық сандары.
Құрылымдық түрі
Кристаллдық химиялық позициялардағы (орбиталарда) бірдей кеңістік тобы және атомдардың бірдей орналасуы бар кристалдық құрылымдар құрылымдық типтерге біріктіріледі.
Ең танымал құрылымдық типтерге мыс, магний, b-темір, алмаз (қарапайым заттар), натрий хлориді, сфалерит, вуртцит, цезий хлориді, флюорит (екілік қосылыстар), перовскит, шпинель (үштік қосылыстар) жатады.
Кристалды жасуша
Бұл қатты денені құрайтын бөлшектер кристалдық торды құрайды. Егер кристалдық торлар стереометриялық (кеңістікте) бірдей немесе ұқсас (бірдей симметрияға ие) болса, онда олардың арасындағы геометриялық айырмашылық, атап айтқанда, тор түйіндерін алып жатқан бөлшектердің арасындағы әртүрлі қашықтықта жатыр. Бөлшектердің арасындағы қашықтықтарды тор параметрлері деп атайды. Тор параметрлері, сондай-ақ геометриялық көп қырлылардың бұрыштары құрылымдық талдаудың физикалық әдістерімен анықталады, мысалы, рентгендік құрылымдық талдау әдістері.
http://www.allbest.ru/ сайтында орналасқан.
Күріш. Кристалды жасуша
Жиі қатты заттар (шарттарға байланысты) кристалдық тордың бірнеше формасын құрайды; мұндай формалар полиморфты модификациялар деп аталады. Мысалы, қарапайым заттардың ішінде көміртектің алтыбұрышты және текше модификациясы болып табылатын орторомбты және моноклинді күкірт, графит және алмаз белгілі. күрделі заттар-- Кварц, тридимит және кристобалит кремний диоксидінің әртүрлі модификациясы болып табылады.
Кристалдардың түрлері
Идеал және нақты кристалды ажырату керек.
Керемет Кристалл
Бұл, шын мәнінде, оған тән толық симметрияға ие, идеалды тегіс жиектері бар математикалық нысан.
нағыз кристал
Ол әрқашан тордың ішкі құрылымындағы әртүрлі ақауларды, беттердегі бұрмаланулар мен бұрмаларды қамтиды және ерекше өсу жағдайларына, қоректену ортасының біртекті еместігіне, зақымдану мен деформацияға байланысты полиэдрдің төмендеген симметриясына ие. Нағыз кристалдың міндетті түрде кристаллографиялық жиектері және дұрыс пішіні болмайды, бірақ ол өзінің негізгі қасиетін – кристалдық тордағы атомдардың дұрыс орналасуын сақтайды.
Кристалл торының ақаулары (кристалдардың нақты құрылымы)
Нағыз кристалдарда атомдардың орналасу орналасуындағы идеалды тәртіптен әрқашан ауытқулар болады, олар жетілмегендік немесе тор ақаулары деп аталады. Олар тудыратын тор бұзылыстарының геометриясы бойынша ақаулар нүктелік, сызықтық және беттік ақаулар болып бөлінеді.
Нүкте ақаулары
Суретте. 1.2.5 нүкте ақауларының әртүрлі түрлерін көрсетеді. Бұл бос орындар – бос тор учаскелері, аралықтағы «меншікті» атомдар және тор тораптары мен аралықтардағы қоспа атомдары. Кемшіліктердің алғашқы екі түрінің пайда болуының негізгі себебі - атомдардың қозғалысы, оның қарқындылығы температураның жоғарылауымен жоғарылайды.
Күріш. 1.2.5. Кристалл торындағы нүкте ақауларының түрлері: 1 – бос орын, 2 – аралықтағы атом, 3 және 4 – сәйкесінше учаскедегі және аралықтағы қоспа атомдары.
Кез келген нүкте ақауының айналасында жергілікті тордың бұрмалануы R радиусы 1 ... 2 тор периодында пайда болады (1.2.6-суретті қараңыз), сондықтан мұндай ақаулар көп болса, олар атомаралық байланыстың таралу сипатына әсер етеді. күштер және соған сәйкес кристалдардың қасиеттері.
Күріш. 1.2.6. Бос орын айналасындағы кристалдық тордың жергілікті бұрмалануы (a) және тор орнындағы қоспа атомы (b)
Желілік ақаулар
Сызықтық ақаулар дислокация деп аталады. Олардың пайда болуы кристалдың жекелеген бөліктерінде «қосымша» атомдық жартылай жазықтықтардың (қосымша жазықтықтардың) болуынан туындайды. Олар металдардың кристалдануы кезінде (атомдық қабаттардың толтырылу тәртібінің бұзылуына байланысты) немесе олардың пластикалық деформациясы нәтижесінде пайда болады, суретте көрсетілген. 1.2.7.
Күріш. 1.2.7. Күш әсерінен кристалдың жоғарғы бөлігінің жартылай ығысуы нәтижесінде шеткі дислокацияның () түзілуі: ABCD – сырғанау жазықтығы; EFGH - қосымша ұшақ; EN - жиектің дислокация сызығы
Ығысу күшінің әсерінен кристалдың жоғарғы бөлігінің белгілі бір сырғанау жазықтығы («жеңіл ығысу») ABCD бойымен ішінара ығысуы орын алғанын көруге болады. Нәтижесінде экстражазықтық EFGH пайда болды. Ол төмен қарай жалғаспағандықтан, оның EH жиегінің айналасында бірнеше атомаралық қашықтық радиусы бар серпімді тордың бұрмалануы пайда болады (яғни 10 -7 см - 1.2.1-тақырыпты қараңыз), бірақ бұл бұрмалану көлемі бірнеше есе көп (ол мүмкін 0,1 ... 1 см жетеді).
Экстражазықтықтың шетіндегі кристалдың мұндай жетілмегендігі сызықты тор ақауы болып табылады және жиек дислокациясы деп аталады.
Металдардың ең маңызды механикалық қасиеттері – беріктігі мен пластикалық қасиеті (1.1-тақырыпты қараңыз) – дислокациялардың болуымен және олардың денеге жүктеме кезіндегі мінез-құлқымен анықталады.
Дислокациялардың орын ауыстыру механизмінің екі ерекшелігіне тоқталайық.
1. Дислокациялар экстражазықтықтың «эстафеталық-жарыс» қозғалысы арқылы сырғанау жазықтығы бойымен өте оңай (төмен жүктемеде) жылжи алады. Суретте. 1.2.8 мұндай қозғалыстың бастапқы кезеңін көрсетеді (жиек дислокация сызығына перпендикуляр жазықтықта екі өлшемді сызу).
Күріш. 1.2.8. Шеттік дислокацияның эстафеталық қозғалысының бастапқы кезеңі (). A-A - сырғанау жазықтығы, 1-1 қосымша жазықтық (бастапқы ұстаным)
Күштің әсерінен тыс жазықтықтың (1-1) атомдары сырғанау жазықтығының үстінде орналасқан атомдарды (2-2) жазықтықтан (2-3) жұлып алады. Нәтижесінде бұл атомдар жаңа экстражазықтық түзеді (2-2); «ескі» экстражазықтықтың атомдары (1-1) жазықтықты (1-1-3) аяқтай отырып, бос орындарды алады. Бұл акт қосымша жазықтықпен (1-1) байланысты «ескі» дислокацияның жойылуын және қосымша жазықтықпен (2-2) байланысты «жаңа» дислокацияның пайда болуын білдіреді, немесе, басқаша айтқанда, «эстафеталық таяқшаны» ауыстыру – бір жазықаралық қашықтыққа дислокация. Дислокацияның мұндай эстафеталық қозғалысы кристалдың шетіне жеткенше жалғасады, бұл оның жоғарғы бөлігінің бір жазықаралық қашықтыққа ығысуын білдіреді (яғни пластикалық деформация).
Бұл механизм көп күш жұмсамайды, өйткені. экстражазықтықты қоршап тұрған атомдардың шектеулі санына ғана әсер ететін дәйекті микроорын ауыстырулардан тұрады.
2. Дегенмен, дислокациялардың сырғуының мұндай жеңілдігі олардың жолында ешқандай кедергі болмаған кезде ғана байқалатыны анық. Мұндай кедергілер кез келген тор ақаулары (әсіресе сызықтық және беткі!), Сондай-ақ басқа фазалардың бөлшектері, егер олар материалда болса. Бұл кедергілер тордың бұрмалануын тудырады, оларды жеңу қосымша сыртқы күштерді қажет етеді, сондықтан олар дислокациялардың қозғалысын блоктай алады, яғни. оларды қозғалыссыз етіңіз.
Беттік ақаулар
Барлық өнеркәсіптік металдар (қорытпалар) поликристалды материалдар болып табылады, яғни. дәндер деп аталатын көптеген ұсақ (әдетте 10 -2 ... 10 -3 см), кездейсоқ бағытталған кристалдардан тұрады. Әлбетте, мұндай материалда әрбір дәнге (бір кристалға) тән тор периодтылығы бұзылады, өйткені дәндердің кристаллографиялық жазықтықтары бір-біріне қатысты 6 бұрышқа бұрылады (1.2.9-суретті қараңыз), оның мәні бөлшектен бірнеше ондаған градусқа дейін өзгереді.
Күріш. 1.2.9. Поликристалды материалдағы түйір шекараларының құрылымының схемасы
Дәндер арасындағы шекара әдетте атомдардың ретсіз орналасуымен ені 10 атомаралық қашықтыққа дейінгі өтпелі қабат болып табылады. Бұл дислокациялардың, бос орындардың, қоспа атомдарының жиналатын орны. Сондықтан поликристалды материалдың негізгі бөлігінде түйіршік шекаралары екі өлшемді, беттік ақаулар болып табылады.
Кристалдардың механикалық қасиеттеріне тор ақауларының әсері. Металдардың беріктігін арттыру жолдары.
Беріктік - материалдың сыртқы жүктеме әсерінен деформацияға және бұзылуға қарсы тұру қабілеті.
Кристалдық денелердің беріктігі деп олардың қозғалуға бейім немесе шекті жағдайда екіншісіне қатысты кристалдың бір бөлігін жұлып алатын жүктемеге төзімділігі түсініледі.
Металдарда жылжымалы дислокациялардың болуы (кристалдану процесінде қазірдің өзінде 1 см 2 көлденең қимада 10 6 ... 10 8 дислокация пайда болады) олардың жүктемеге төзімділігінің төмендеуіне әкеледі, т.б. жоғары икемділік және төмен беріктік.
Әлбетте, ең тиімді жолыберіктігінің артуы металдан дислокацияларды жою болады. Дегенмен, бұл жол технологиялық тұрғыдан дамыған емес, өйткені дислокациясыз металдарды диаметрі бірнеше микрон және ұзындығы 10 микронға дейінгі жұқа жіптер («мұрт» деп аталатын) түрінде ғана алуға болады.
Сондықтан практикалық шынықтыру әдістері тежелуге, жылжымалы дислокацияларды тор ақауларының санының күрт ұлғаюымен блоктауға (ең алдымен сызықтық және беттік!), сондай-ақ көп фазалы материалдарды жасауға негізделген.
Мұндай дәстүрлі әдістерМеталдардың беріктігін арттыратындар:
– пластикалық деформация (жұмыстың қатаюы немесе жұмыстың қатаюы құбылысы),
– термиялық (және химиялық-термиялық) өңдеу;
- легірлеу (арнайы қоспаларды енгізу) және ең көп таралған әдіс - қорытпаларды жасау.
Қорытындылай келе, жылжымалы дислокацияларды блоктауға негізделген беріктіктің жоғарылауы иілгіштік пен соққыға төзімділіктің және сәйкесінше материалдың пайдалану сенімділігінің төмендеуіне әкелетінін атап өткен жөн.
Сондықтан қатайту дәрежесі туралы мәселе өнімнің мақсаты мен жұмыс жағдайларына байланысты жеке шешілуі керек.
Полиморфизм сөздің тура мағынасында көптүрлілікті білдіреді, яғни. химиялық құрамы бірдей заттардың әртүрлі құрылымдарда кристалдануы және әртүрлі сингогия кристалдарын түзу құбылысы. Мысалы, алмас пен графиттің химиялық құрамы бірдей, бірақ құрылымы әртүрлі, екі минерал да физикалық жағынан күрт ерекшеленеді. қасиеттері. Тағы бір мысал - кальцит пен арагонит - олардың CaCO 3 құрамы бірдей, бірақ әртүрлі полиморфтық модификацияларды білдіреді.
Полиморфизм құбылысы кристалдық заттардың түзілу жағдайларымен байланысты және әртүрлі термодинамикалық жағдайларда тек белгілі бір құрылымдардың тұрақты болуымен байланысты. Сонымен, металл қаңылтыр (ақ қаңылтыр деп аталады), температура -18 C 0-ден төмен түскенде тұрақсыз болып, ыдырап, басқа құрылымдағы «сұр қаңылтырды» құрайды.
Изоморфизм. Металл қорытпалары – бір элементтің атомдары екінші элементтің кристалдық торының саңылауларында орналасқан айнымалы құрамды кристалдық құрылымдар. Бұл екінші түрдегі қатты ерітінділер деп аталады.
Екінші текті қатты ерітінділерден айырмашылығы, бірінші текті қатты ерітінділерде бір кристалдық заттың атомдары немесе иондары басқаның атомдарымен немесе иондарымен ауыстырылуы мүмкін. Соңғылары кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан. Мұндай ерітінділер изоморфты қоспалар деп аталады.
Изоморфизмнің көрінуіне қажетті шарттар:
1) Бір таңбалы иондарды ғана ауыстыруға болады, яғни катионға катион, анионға анион.
2) Тек өлшемдері ұқсас атомдар немесе иондар ғана ауыстырылуы мүмкін, яғни. иондық радиустардың айырмашылығы тамаша изоморфизм үшін 15% және жетілмеген изоморфизм үшін 25% аспауы керек (мысалы, Ca 2+ - Mg 2+)
3) Поляризация дәрежесі жақын (яғни, иондық-коваленттік байланыс дәрежесі бойынша) иондарды ғана ауыстыруға болады.
4) Берілген кристалдық құрылымдағы координациялық саны бірдей элементтерді ғана ауыстыруға болады
5) изоморфты алмастырулар осылай болуы керек. Кристалдық тордың электростатикалық тепе-теңдігі бұзылмауы үшін.
6) изоморфты алмастырулар тор энергиясының өсу бағытында жүреді.
Изоморфизм түрлері. Изоморфизмнің 4 түрі бар:
1) изоваленттік изоморфизм бұл жағдайда валенттілігі бірдей иондардың пайда болуымен сипатталады және иондық радиустардың өлшемдеріндегі айырмашылық 15%-дан аспауы керек.
2) гетеровалентті изоморфизм. Бұл жағдайда әртүрлі валентті иондардың орын ауыстыруы орын алады. Мұндай алмастыру кезінде кристалдық тордың электростатикалық тепе-теңдігін бұзбай бір ионды екіншісімен алмастыруға болмайды, сондықтан гетеровалентті изоморфизмде гетеровалентті изоморфизмдегідей ион емес, белгілі валентті иондар тобы басқа иондармен ауыстырылады. бірдей жалпы валенттілігін сақтай отырып, иондар тобы.
Бұл жағдайда бір валентті ионды екінші валентті ионмен алмастыру әрқашан валенттілік компенсациясымен байланысты екенін есте ұстаған жөн. Бұл компенсация қосылыстардың катиондық және аниондық бөліктерінде де болуы мүмкін. Бұл жағдайда келесі шарттар орындалуы керек:
А) алмастырылатын иондардың валенттіліктерінің қосындысы алмастырушы иондардың валенттіліктерінің қосындысына тең болуы керек.
В) алмастырушы иондардың иондық радиустарының қосындысы алмастырушы иондардың иондық радиустарының қосындысына жақын болуы керек және одан 15%-дан аспауы керек (мінсіз изоморфизм үшін)
3) изоқұрылымдық. Бір ионның екіншісімен немесе иондар тобының басқа топпен алмастырылуы емес, бір кристалдық тордың бүкіл «блогының» сол «блоктың» басқасына ауыстырылуы бар. Бұл минералдардың құрылымдары бір типті және ұқсас бірлік ұяшық өлшемдері болған жағдайда ғана болуы мүмкін.
4) ерекше түрдегі изоморфизм.
кристалдық тор ақауының дислокациясы
Allbest.ru сайтында орналастырылған
Ұқсас құжаттар
Пьезоэлектрлік эффектінің сипаттамасы. Эффекттің кристалдық құрылымын зерттеу: модельді қарастыру, кристалдық деформациялар. Кері пьезоэлектрлік әсердің физикалық механизмі. Пьезоэлектрлік кристалдардың қасиеттері. Эффекті қолдану.
курстық жұмыс, 12.09.2010 қосылған
Кристалл торларының тербелісі, олардың физикалық шамаларын сипаттайтын функциялары туралы мәліметтер. Кристаллографиялық координаттар жүйесі. Коваленттік кристалдардағы атомдардың өзара әрекеттесу энергиясын, барий вольфрамы кристалдық торының тербеліс спектрін есептеу.
диссертация, 09.01.2014 қосылған
Электролиттер арқылы токтың өтуі. Электр өткізгіштіктің физикалық табиғаты. Металдардың меншікті кедергісіне қоспалардың, кристалдық құрылым ақауларының әсері. Жұқа металл пленкалардың кедергісі. Байланыс құбылыстары және термоэлектр қозғаушы күш.
аннотация, 29.08.2010 қосылған
Кристалдардың ақауларының түсінігі және жіктелуі: энергетикалық, электронды және атомдық. Кристалдардың негізгі кемшіліктері, нүктелік ақаулардың пайда болуы, олардың концентрациясы және кристал арқылы қозғалу жылдамдығы. Бос орындардың қозғалысына байланысты бөлшектердің диффузиясы.
аннотация, 19.01.2011 қосылған
Полиморфизмнің мәні, оның ашылу тарихы. Физикалық және Химиялық қасиеттерікөміртектің полиморфты модификациялары: алмаз және графит, оларды салыстырмалы талдау. Сұйық кристалдардың, қалайы диодидінің жұқа қабықшаларының, металдар мен қорытпалардың полиморфты түрленулері.
курстық жұмыс, 04/12/2012 қосылған
Қатты денелердің кристалдық және аморфты күйлері, нүктелік және сызықтық ақаулардың себептері. Кристалдардың пайда болуы және өсуі. Асыл тастарды, қатты ерітінділер мен сұйық кристалдарды жасанды өндіру. Холестеринді сұйық кристалдардың оптикалық қасиеттері.
аннотация, 26.04.2010 қосылған
Сұйық кристалдар түсінігінің даму тарихы. Сұйық кристалдар, олардың түрлері және негізгі қасиеттері. Сұйық кристалдардың оптикалық белсенділігі және олардың құрылымдық қасиеттері. Фридерик әсері. СКД құрылғыларының жұмыс істеуінің физикалық принципі. Оптикалық микрофон.
оқу құралы, 12/14/2010 қосылған
Кристалдану металдың кристалдық құрылымның пайда болуымен сұйық күйден қатты күйге өту процесі ретінде. Доғалық дәнекерлеуде тігістің қалыптасу схемасы. Сұйық металл кристалдарының өсуін бастау үшін қажетті негізгі факторлар мен шарттар.
презентация, 26.04.2015 қосылған
Көзілдіріктің құрылымын (ретсіз орналасқан кристаллиттер арқылы түзілуі) және алу әдістерін (балқымаларды салқындату, газ фазасынан бүрку, кристалдарды нейрондармен бомбалау) зерттеу. Кристалдану және шыны ауысу процестерімен танысу.
аннотация, 18.05.2010 қосылған
Нақты кристалдардың ақаулары, биполярлы транзисторлардың жұмыс істеу принципі. Интерстициалды және орынбасушы қатты ерітінділердегі кристалдық тордың бұрмалануы. Жартылай өткізгіштердегі беттік құбылыстар. Транзистордың параметрлері және эмитент тогын беру коэффициенті.
Атомды сипаттау және бейнелеу әдістері
Кристалды құрылымдар
кристалдар
Құрылымның периодтылығы кристалдардың ең тән қасиеті болып табылады. Периодтық торда әрқашан ажыратуға болады қарапайым жасушаКеңістікте бүкіл кристалдың құрылымы туралы түсінік алу оңай болатын хабар тарату. Кез келген элементтің немесе қосылыстардың белгілі бір кеңістік торын құруы негізінен атомдардың мөлшеріне және олардың сыртқы қабықшаларының электрондық конфигурациясына байланысты.
Орыс ғалымы Е.С.Федоров рентгендік дифракциялық талдау әдістері табылғанға дейін шамамен 40 жыл бұрын кристалдық торлардағы бөлшектердің мүмкін орналасуын есептеді. әртүрлі заттаржәне 230 кеңістіктік топты ұсынды. Геометриялық тұрғыдан тек 14 түрлі кеңістіктік торлар болуы мүмкін, олар Брава торлары деп аталады және кестеде көрсетілген алты кристалдық жүйенің негізі болып табылады. 2.1 және күріш. 2.1. Кейде олар ромбоэдрлік немесе тригональды жүйені (a \u003d b \u003d) қарастырады. бірге; α = β = γ ≠ 90°) тәуелсіз жетінші жүйе ретінде.
Егер атомдар бірлік ұяшықтың төбесінде ғана орналасса, онда тор деп аталады қарапайымнемесе қарапайым. Егер жасушалардың беттерінде немесе негізгі бөлігінде атомдар болса, онда тор күрделі болады (мысалы, негіз-, дене- және бет-орталық).
Кристалдық денелер жеке ірі кристалдар – монокристалдар түрінде болуы мүмкін немесе көп мөлшердегі ұсақ кристалдардың (дәндердің) қосындысынан тұрады.
2.1-кесте
Кристалдық жүйелердің кеңістіктік торлары
| Кристалды жүйе | Кеңістіктік тор | Осьтік бұрыштар мен осьтік бірліктердің арасындағы байланыс | |
| 1. Триклиника | Мен - қарапайым | а ≠ б ≠ в; α ≠ β ≠ γ ≠90° | |
| 2. Моноклиникалық | II – қарапайым III – базалық орталықтандырылған | а ≠ б ≠ в; α = γ = 90°; β ≠90° | |
| 3. Ромбтық немесе орторомбты | IV - қарапайым V - ортаңғы негіз VI - дененің ортасында VII - бет ортасында | а ≠ б ≠ в; α = β = γ = 90° | |
| 4. Алтыбұрышты | VIII – қарапайым IX – ромбоэдрлік | а = б ≠ в; α = β = 90°; γ = 120° | |
| 5. Тетрагональды | X - қарапайым XI - денеге бағытталған | а = б ≠ в; α = β = γ = 90° | |
| 6. Текше | XII - қарапайым XIII - денеге бағытталған XIV - бетке бағытталған | а = б = в; α = β = γ = 90° |
Күріш. 2.1. Торлар Батыл
Поликристал жағдайында әрбір дәннің ішінде атомдар периодты түрде орналасады, бірақ бір түйірден екіншісіне өткенде түйіспелерде бөлшектердің жүйелі орналасуы бұзылады.
Монокристалдар қасиеттердің анизотропиясымен сипатталады. Поликристалды денелерде анизотропия көп жағдайда байқалмайды, дегенмен арнайы өңдеудің көмегімен кристалдардың бағытталған орналасуы бар текстуралы материалдарды алуға болады.
Монокристалдар анизотропты болғандықтан, электрлік, механикалық және басқа да қасиеттерді анықтау кезінде кристалдардағы кристаллографиялық жазықтықтар мен бағыттардың орналасуын көрсету қажет. Ол үшін Миллер индекстері қолданылады.
Миллер индекстері
Жазықтық координаталық осьтердегі OA, OB және OS кесінділерін кесіп алсын (тор периодының өлшем бірліктерімен). Олардың өзара H = 1/OA, K = 1/OB, L = 1/OC, және H = K: L = h: k: l қатынасы бірдей ең кіші бүтін сандарды анықтайық. Бүтін сандар (hkl) жазықтықтың Миллер индекстері деп аталады.
Текше кристалдарда индекстер (100) Y және Z осьтеріне параллель жазықтықты білдіреді; индекстері (010) – X және Z осьтеріне параллель жазықтыққа және (001) – X және Y осіне параллель жазықтыққа.Ортогональ осьтері бар кристалдарда бұл жазықтықтар да осьтерге сәйкесінше перпендикуляр болады. X, Y және Z.
Кристаллдағы бағыттарды белгілеу үшін индекстер берілген бағытқа параллель вектордың құрамдас бөліктері ретінде бір-бірімен байланысқан ең кіші бүтін сандар түрінде қолданылады. Жазықтықтарды белгілеуден айырмашылығы, олар төртбұрышты жақшада жазылады. Кубтық кристалдарда бұл бағыттар бірдей индекстері бар жазықтыққа перпендикуляр болады. X осінің оң бағыты , Y осінің оң бағыты - , Z осінің теріс бағыты - , текшенің диагоналы - және т.б. Кристаллографиялық жазықтықтар мен бағыттардың белгіленуі күріш. 2.2.
Бірдей кесінділерді кесіп тастайтын, бірақ басқа октанттарда орналасқан жазықтықтар кристаллографиялық және физика-химиялық жағынан эквивалентті. Олар эквивалентті жазықтықтардың жиынын - (hkl) немесе жазықтықтар жүйесін құрайды, онда h, k, l кез келген ретпен және индекстердің алдында кез келген минус санымен жазылуы мүмкін. Минус индекстің үстінде жазылған.
Бағыттың кеңістіктік тордағы орнын координаталар басына ең жақын және берілген бағытта жататын атомның координаталары арқылы оңай анықтауға болады.
Эквивалентті бағыттар жиынтығы немесе бағыттар жүйесі белгіленеді
Күріш. 2.2. Кристаллографиялық белгілердің мысалдары
текше кристалдардағы жазықтықтар мен бағыттар
Миллер индекстерін қолдану
Есептерді шешу мысалдары
Мысал 1. Тор осьтеріндегі A = 1, B = 2, C = - 4 кесінділерін кесетін жазықтықтың индекстерін анықтаңыз.
Сегменттердің өзара қатынасы 1/A: 1/B: 1/C = 1/1: 1/2: 1/(-4). Біз бұл қатынасты үш бүтін санның қатынасына келтіреміз, ортақ бөлгішке 4 көбейтеміз, қосымша факторлар 4 және 2 болады. 1 / A: 1 / B: 1 / C \u003d 4: 2: (- 1). Бұл қажетті h, k, l болады. Жазық индекстер (42 ).
Мысал 2. Тор осьтерінде (023) жазықтығы кесілген кесінділерді анықтаңыз.
Жазықтықтың индекстеріне кері мәндерді жазамыз: 1/0, 1/2, 1/3. Біз 6-ға тең ортақ бөлгішке көбейтеміз (кесінділерді бүтін сандарға келтіреміз). Осьтердегі жазықтықпен кесілген сегменттер A \u003d, B \u003d 3, C \u003d 2-ге тең болады. Бұл жазықтық x осіне параллель болады, өйткені A \u003d.
Полиморфизм
Кейбір қатты денелердің әртүрлі температура мен қысымда тұрақты бір емес, екі немесе одан да көп кристалдық құрылымдар түзу қабілеті бар. Материалдардың бұл қасиеті деп аталады полиморфизм,және сәйкес кристалдық құрылымдар полиморфты формалар немесе деп аталады аллотроптызаттардың модификациялары.
Қалыпты және төмен температурада тұрақты болатын модификация әдетте әріппен белгіленеді α ; жоғары температурада тұрақты болатын модификациялар тиісінше әріптермен белгіленеді. β , γ және т.б.
арасында полиморфизм кең таралған техникалық материалдаржәне оларды өңдеу мен пайдалану үшін өте маңызды.
Полиморфизмнің классикалық мысалы - ақ қалайының төмен температурада өзгеруі ( β -Sn) сұрға ( α -Sn), өнерде «қалайы оба» деген атпен белгілі.
Көміртектің полиморфизмі – оның алмаз немесе графит түрінде болуы практикалық қызығушылық тудырады. Қалыпты жағдайда графит алмазға қарағанда тұрақты модификация болып табылады. Бірақ қысымның жоғарылауымен алмаздың тұрақтылығы жоғарылайды, ал графиттің тұрақтылығы төмендейді, ал жеткілікті жоғары қысымда алмас тұрақты болады. Егер бір мезгілде температура атомдардың қозғалғыштығын арттыру үшін көтерілсе, онда графитті алмазға айналдыруға болады. Жасанды гауһар тастарды өндіру осы принципке негізделген. Кеңес Одағында олардың өнеркәсіптік өндірісі 1961 жылы басталды. Синтез 2000 ° C температурада шамамен 10 10 Па қысыммен жүзеге асырылады. Осылайша алынған жасанды алмаздар табиғи кристалдарға қарағанда беріктік пен қаттылыққа ие.
2.1.5. изоморфизм
изоморфизм- бұл химиялық және геометриялық жақын атомдар мен иондардың және олардың комбинацияларының кристалдық торда бір-бірін алмастыру қасиеті, құрамы өзгермелі кристалдар түзеді.
Изоморфты кремний және германий кристалдары алмастырушы қатты ерітінділердің үздіксіз қатарын құрайды. Бұл заттардың екеуі де алмаз құрылымында кристалданады, германийдің тор периоды а = 0,565 нм, кремний а = 0,542 нм, периодтардағы айырмашылық 4%-дан аз, сондықтан ерігіштігі шексіз орынбасушы қатты ерітінділердің түзілуі мүмкін. , онда германий және кремний атомдары алмаз торының учаскелерінде орналасқан.
Аралас Si-Ge кристалдарының изоморфты қатарындағы тығыздық, торлы кезең, қаттылық сызықты өзгереді. Әртүрлі изоморфты композицияларды таңдау арқылы жартылай өткізгіш қосылыстардың осы және басқа қатты ерітінділері үшін жұмыс температурасының диапазондары мен электрофизикалық параметрлерін өзгертуге болады.
Ұқсас ақпарат.
Кристалдардың ең кең тобы - молекулалардан құрылған денелер. Иондық қосылыстардың да өкілдері жеткілікті. Бұл жағдайларда, біз жоғарыда айтқанымыздай, кристалдың тығыз орналасқан бөлшектер ретіндегі идеясы әбден негізделген. Дегенмен, атомдар арасындағы байланыстардың бағдарлануы, электронды бұлттың сфералық симметриядан ауытқуы және т.б. құрылымдардың пайда болуының себебі болып табылатын құрылымдарға тоқталу керек.
Мұндай ерекшеліктерге ортақ электрондар арқылы қосылған атомдардың құрылымдары жатады.
Металдардың көп саны денеге бағытталған текше жасушасы бар құрылымдарды көрсетеді. Бұл кристалдарда әрбір атомның ең жақын шарлардағыдай он екі емес, сегіз көршісі болады. Мысалы, темір атомдары осылай әрекет етеді (257-сурет). Темір торы текше; темір атомдары текшелердің шыңдары мен орталықтарында орналасқан. Литий, калий, цезий және басқа да бірқатар заттардың құрылымы бірдей.
Суретте. 263 Кристалды сынаптың құрылымы идеалды текше тығыз қаптамамен салыстырылады. Атомдар центрлерінің орналасу сипаты бірдей, бірақ құрылымында екенін байқау қиын емес
сынап, қабаттар арасындағы қашықтық азайып, бір қабаттың атомдары арасындағы қашықтық ұлғая түсті, біз аздап тегістелген шарлар тығыз оралған сияқты.
Мұндай азды-көпті «бұзылған» байламдардың мысалдары өте көп. Мысалы, мұз жағдайында (264-сурет) сфералық қаптамамен байланыс толығымен жоғалады. Оттегі атомдарының әрбір жұбы арасындағы байланысты бір сутегі атомы жүзеге асырады. Осы төрт байланыста әрбір сутегі атомы екі оттегі атомына түседі - суретте көрсетілген судың химиялық формуласына қайшы келеді. 264 құрылымы, әрине, жоқ. Түсінікті болу үшін суреттегі «сутегі» байланысы «истмус» түрінде көрсетілген. Мұздың құрылымы өте бос, суретте үлкен «саңылаулар» байқалады. Егер сіз құрылымды сызба жазықтығының үстінде ойша жалғастырсаңыз, онда бұл тесіктер құрылымға енетін кең арналарға айналады.
Мұздың құрылымы маңызды ерекшелік болып табылады жалпы ереже. Бұл кристалды бөлшектердің тығыз қаптамасына ассимиляциялау өз мағынасын жоғалтатын сирек жағдайлар бар дегенді білдірмейді.
Жоғарыда айтқанымыздай, жалпы электрондармен байланысқан атомдардан құрылған кристалдар жағдайында шарлардың тығыз қаптамасы ұқсастығы толығымен жоғалады.
Жоғарыда күріште көрсетілген мырыш сульфидінің құрылымы. 257 өте тән. Кейбір элементтердің құрылымдары бірдей көрінеді: көміртегі (алмас), кремний, германий, қалайы (ақ).
Гомеополярлық байланыстар атомдардың қабаттары мен тізбегін құрайтын жағдайлар болуы мүмкін.
Суретте. 265 графиттің құрылымын көрсетеді. Графиттегі көміртегі атомдары қабаттасқан құрылымды құрайды. Бірақ бұл ең тығыз қаптаманың қабаттары емес. Іргелес шарлардан графит қабатын салу мүмкін емес. Графитте қатты байланысқан атомдардың қабаттары тегіс болады. Мышьяк пен фосфор да осы мағынада қабаттық құрылымдар береді, бірақ қабат атомдары бір жазықтықта орналаспайды. Мысал ретінде
күшті байланысқан атомдардың тізбектерінен тұратын құрылымдар, біз сұр селенді әкеле аламыз. Бұл заттың әрбір атомы тек екі көршімен тығыз байланысты. Сұр селенде атомдар түзу сызықта оралатын шексіз спираль құрайды. Көршілес спираль атомдары арасындағы қашықтық бір спиральдағы ең жақын атомдар арасындағы қашықтыққа қарағанда әлдеқайда үлкен.
Біз жазатын күңгірт қара жұмсақ графит пен жылтыр, мөлдір, қатты, шыны кесетін алмас бірдей атомдардан - көміртек атомдарынан жасалған. Бұл мысал кристалдардың қасиеттері атомдардың өзара орналасуымен қаншалықты айқын анықталатынын ерекше айқындықпен көрсетеді. Графит 2000-3000°С-қа дейінгі температураға, ал алмас 700°С-тан жоғары температураға шыдайтын отқа төзімді тигельдер жасау үшін қолданылады; алмаздың меншікті салмағы 3,5, ал графиттікі 2,1; графит электр тогын өткізеді, алмаз өткізбейді, т.б.
Әртүрлі кристалдардың пайда болуының бұл қасиеті тек бір көміртегіге ғана тән емес. Әрбір дерлік химиялық элементкристалдық күйде және кез келген зат бірнеше сортта болады. Біз мұздың алты түрін, күкірттің тоғыз түрін, темірдің төрт түрін білеміз.
Бөлме температурасында темір атомдары текше торды құрайды, онда атомдар текшелердің төбесінде және ортасында орналасады; Әрбір атомның сегіз көршісі бар. Жоғары температурада темір атомдары ең жақын қаптаманы құрайды: әрбір атомның он екі көршісі бар. Сегіз көршілі темір жұмсақ, он екі көршімен темір қатты. Бөлме температурасында болатты қатайту жоғары температурада тұрақты болатын ең тығыз текше қаптаманы бекітеді.
Қазірдің өзінде көміртегі мен темір мысалдарынан бір заттың кристалдарының сорттары құрылымы жағынан бір-бірінен мүлдем басқаша екені анық. Бұл басқа заттарға да қатысты.
Мысалы, сары күкірт кристалда сегіз атомнан тұратын гофрленген сақиналарды құрайды. Басқаша айтқанда, кристалда сегіз атомнан тұратын күкірт молекуласы көрінеді. Қызыл күкірт те осындай сақиналардан тұрады, бірақ олар бір-біріне мүлде басқаша бұрылады.
Сары фосфор сегіз жақын көршілері бар текше құрылымды береді. Қара фосфор - бұл қабатты графит типті құрылым.
Сұр қалайы гауһар сияқты құрылымға ие. Алмаз құрылымы текше осі бойымен қатты қысылған болса, ақ қаңылтырды сұрдан ойша алуға болады. Бұл тегістеу нәтижесінде қалайы атомының жақын көршілерінің саны төрт емес, алты болады.
Органикалық заттардың да жиі кристалды сорттары болады. Бірдей молекулалар бір-біріне қатысты басқаша орналасады.
