Tabiiy kristallar - navlari, xususiyatlari, olinishi va ishlatilishi. Kristallarning eng muhim xossalari

Kristallarning asosiy xususiyatlari - anizotropiya, bir xillik, o'zini yoqish qobiliyati va doimiy erish nuqtasi mavjudligi - ularning ichki tuzilishi bilan belgilanadi.

Guruch. 1. Anizotropiyaga misol sifatida disten mineralining kristalini keltirish mumkin. Uzunlamasına yo'nalishda uning qattiqligi 4,5 ga, ko'ndalang yo'nalishda 6 ga teng. © Parent Géry

Bu xususiyat tengsizlik deb ham ataladi. Kristallarning fizik xossalari (qattiqligi, mustahkamligi, issiqlik o'tkazuvchanligi, elektr o'tkazuvchanligi, yorug'likning tarqalish tezligi) turli yo'nalishlarda bir xil emasligida ifodalanadi. Parallel bo'lmagan yo'nalishlarda kristall struktura hosil qiluvchi zarralar bir-biridan turli masofalarda joylashgan bo'lib, buning natijasida kristalli moddaning bunday yo'nalishdagi xususiyatlari har xil bo'lishi kerak. Aniq anizotropiyaga ega bo'lgan moddaning odatiy misoli slyuda. Ushbu mineralning kristalli plitalari faqat qatlamliligiga parallel ravishda tekisliklar bo'ylab osongina bo'linadi. Transvers yo'nalishlarda slyuda plitalarini ajratish ancha qiyin.

Anizotropiya kristalga har qanday erituvchi ta'sir qilganda kimyoviy reaksiyalar tezligi turli yo'nalishlarda har xil bo'lishida ham namoyon bo'ladi. Natijada, har bir kristall eritilganda o'ziga xos shakllarga ega bo'lib, ular o'yma figuralari deb ataladi.

Amorf moddalar izotropiya (ekvivalentlik) bilan tavsiflanadi - fizik xususiyatlar barcha yo'nalishlarda teng ravishda namoyon bo'ladi.

Bir xillik

Kosmosda bir xil yo'naltirilgan kristalli moddaning har qanday elementar hajmlari barcha xususiyatlarida mutlaqo bir xil bo'lishi bilan ifodalanadi: ular bir xil rangga, massaga, qattiqlikka va boshqalarga ega. Shunday qilib, har bir kristal bir hil, lekin ayni paytda anizotropik tanadir.

Bir jinslilik faqat kristall jismlarga xos emas. Qattiq amorf shakllanishlar ham bir hil bo'lishi mumkin. Ammo amorf jismlarning o'zi ko'p qirrali shaklga ega bo'lolmaydi.

O'z-o'zini cheklash qobiliyati

O'z-o'zini kesish qobiliyati kristalldan uning o'sishi uchun mos muhitda ishlangan har qanday bo'lak yoki sharning vaqt o'tishi bilan ma'lum bir kristall uchun xarakterli qirralar bilan qoplanishi bilan ifodalanadi. Bu xususiyat kristall tuzilishi bilan bog'liq. Masalan, shisha to'p bunday xususiyatga ega emas.

Xuddi shu moddaning kristallari bir-biridan o'lchamlari, yuzlar soni, qirralari va yuzlarning shakli bilan farq qilishi mumkin. Bu kristall hosil bo'lish shartlariga bog'liq. Noto'g'ri o'sish bilan kristallar tekislangan, cho'zilgan va hokazo bo'lib chiqadi. O'sib borayotgan kristallning mos keladigan yuzlari orasidagi burchaklar o'zgarishsiz qoladi. Kristallarning bu xususiyati ma'lum faset burchaklarining doimiylik qonuni. Bunday holda, bir xil moddaning turli kristallari yuzlarining o'lchami va shakli, ular orasidagi masofa va hatto ularning soni o'zgarishi mumkin, lekin bir xil moddaning barcha kristallaridagi mos keladigan yuzlar orasidagi burchaklar bir xil sharoitda doimiy bo'lib qoladi. bosim va harorat.

Faset burchaklarining doimiylik qonuni o'rnatildi XVII oxiri asrda daniyalik olim Steno (1699) tomonidan temir yorqinligi kristallari va tosh kristall bo'yicha, bu qonun keyinchalik M.V. Lomonosov (1749) va frantsuz olimi Rim de Lill (1783). Faset burchaklarining doimiylik qonuni kristallografiyaning birinchi qonuni deyiladi.

Faset burchaklarining doimiylik qonuni bir moddaning barcha kristallari bir xil bo'lishi bilan izohlanadi. ichki tuzilishi, ya'ni. bir xil tuzilishga ega.

Ushbu qonunga ko'ra, ma'lum bir moddaning kristallari o'ziga xos burchaklari bilan tavsiflanadi. Shuning uchun burchaklarni o'lchash orqali o'rganilayotgan kristallning ma'lum bir moddaga tegishli ekanligini isbotlash mumkin. Kristallarni tashxislash usullaridan biri bunga asoslanadi.

Kristallarning dihedral burchaklarini o'lchash uchun maxsus qurilmalar - goniometrlar ixtiro qilindi.

Doimiy erish nuqtasi

U kristall jism qizdirilganda haroratning ma'lum chegaraga ko'tarilishi bilan ifodalanadi; keyingi isitish bilan modda eriy boshlaydi va harorat bir muncha vaqt doimiy bo'lib qoladi, chunki hamma narsa issiqlik keladi kristall panjarani yo'q qilish uchun. Erish boshlangan haroratga erish nuqtasi deyiladi.

Amorf moddalar, kristall moddalardan farqli o'laroq, aniq belgilangan erish nuqtasiga ega emas. Kristalli va amorf moddalarning sovutish (yoki isitish) egri chiziqlarida birinchi holatda kristallanishning boshlanishi va oxiriga to'g'ri keladigan ikkita keskin burilish mavjudligini ko'rish mumkin; sovutish holatida amorf modda bizda silliq egri chiziq bor. Bu xususiyatga ko'ra kristall moddalarni amorf moddalardan ajratish oson.

Zamonaviy insoniyat kristallarni faqat 17-asrda qayta kashf etdi. Kristallarni o'rganuvchi fan kristallografiyaning tug'ilgan yili 1669 yil deb hisoblanadi.
Ilmiy kristallografiya 17-asrda paydo boʻlgan boʻlsa ham, nazariy asos kristallarning tuzilishi va ularni o'rganish usullari faqat 19-asrda yaratilgan. 20-asrda bu kashfiyotlar eng ko'p amaliy amalga oshirildi turli hududlar inson hayoti. Kristallar fan va texnikaning turli sohalarida keng qo'llanila boshlandi. Kelajak ham ularniki.
Kristallar bizni har tomondan o'rab oladi. Ular jismoniy dunyoning asosidir. Deyarli barcha minerallar, jumladan, bazalt, granit, ohaktosh va marmardan iborat. Barcha metallar va ko'pchilik nometalllar ulardan qilingan: kauchuk, suyaklar, sochlar, tsellyuloza va boshqalar.
Biz kristallar dunyosida yashaymiz. Uylar, kemalar, avtobuslar, samolyotlar, raketalar, pichoqlar va vilkalar ... - hamma narsa ulardan iborat.
Biz hatto oziq-ovqatda kristalli moddalarni iste'mol qilamiz: tuz, shakar, kasallik paytida qabul qiladigan planshetlar va kukunlardagi dori-darmonlarni hisobga olmaganda.
Yerda kristallar bo'lmagan joy yo'q. Va ular Koinotda keng tarqalgan, chunki ular uning moddiy asosi bo'lib xizmat qiladi.
1669 yilda daniyalik shifokor N. Stenon qildi muhim kashfiyot, u bir xil moddadan hosil bo'lgan kristallarda, kristalning shakli va o'lchamidan qat'i nazar, qo'shni yuzlar orasidagi burchaklar doimo bir xil bo'lishini aniqladi.
Bu shuni anglatadiki, har bir kristalning yuzlari orasida o'ziga xos burchak bor.
Bu kashfiyot kristallografiyaga doimiy burchaklar qonuni sifatida kirdi. Shunday qilib, agar yuzlar orasidagi burchak ma'lum bo'lsa, u holda kristallning moddasi kimyoviy yoki fizik tahlilga murojaat qilmasdan aniqlanishi mumkin. Ularni ma'lum kristallarning burchaklari bilan solishtirish kifoya.
Bundan tashqari, xuddi shu Stenon birinchi bo'lib kristallar o'simliklarda kuzatilganidek, ichkaridan emas, balki tashqi tekisliklarga yangi zarrachalarni joylashtirish orqali o'sadigan ajoyib versiyani taklif qildi.
Kristallar atomlar, ionlar va molekulalardan iborat. Bu zarralar qat'iy belgilangan tartibda joylashib, fazoviy panjara hosil qiladi. Ularda atomlar va ionlar tortishish va itarilish kuchlari bilan ushlab turiladi. Ular bir joyda turmaydi, balki doimiy ravishda o'zgarib turadi.
Har bir kristall nafaqat u o'sgan muhitga, balki fazoviy panjara tuzilishiga ham bog'liq bo'lgan o'ziga xos shaklga ega. Panjara shakli kristalning o'ziga xos xususiyatlarini ham aniqlaydi. Shu nuqtai nazardan, eng ko'rsatkichli misol olmos va grafit bo'lib, ularning fazoviy panjaralari bir xil element - uglerod atomlari tomonidan hosil bo'ladi.
Grafit qora mineral, yumshoq va egiluvchan, o'tkazuvchan elektr toki va olovga chidamli. Va barchasi, chunki uning panjarasi qatlamlardan iborat bo'lib, ular orasidagi aloqa bu qatlam ichidagi alohida atomlar orasidagi kabi kuchli emas. Bunday qatlamlarni engil bosim bilan bir-biriga nisbatan osongina ko'chirish mumkin, biz qalam bilan yozganimizda buni kuzatamiz. Bu, biz allaqachon taxmin qilganimizdek, grafit.
Ammo olmos grafitga mutlaqo ziddir. U shaffof, kuchliligi bo'yicha boshqa kristallardan ustundir, lekin oqim o'tkazmaydi va kislorod oqimida osongina yonadi. U grafitdan deyarli ikki baravar og'irroq. Bularning barchasi uchun uning fazoviy tarmog'i "aybdor". U uch o'lchovli bo'lib, undagi har bir atom boshqa to'rtta atom bilan chambarchas bog'langan.
Kristallar qattiq va suyuq bo'lishi mumkin, agar ularning molekulalari bir yo'nalishda "to'satdan" yoki guruh-qatlamlarda yoki boshqa yo'llar bilan yo'naltirish qobiliyatiga ega bo'lsa.
Va nihoyat, "kristallar" sof baquvvat va ko'rinmas bo'lishi mumkin, ammo kristallografiya fani hali bunday "arvohlar" bilan shug'ullanmagan.
Kristalda yuzlar qirralarning bo'ylab kesishadi va qirralarning cho'qqilarida kesishadi. Yuzlar, qirralar va cho'qqilar - zarur elementlar yuzlash.
Kristallarning asosiy xususiyatlari bir xillik va tekislikdir. Shunday qilib, agar kristallar tekis yuzga ega bo'lsa, unda ularning tarkibi bir hil bo'ladi. Va aksincha: agar kristall moddasi bir hil bo'lsa, unda tekis yuzlar bor.
Kristallar qum kuylash kabi tovushlarni chiqarishi mumkin. Bu hodisa Qoraqum cho'li yoki boshqa cho'llarning qumtepalari orasida qolgan sayohatchining e'tiborini tortadi.
Kutilmaganda, noaniq qo'shiq tovushlari eshitiladi, lekin atrofda hech kim yo'q, faqat qum. Ular kuchsiz shamolda sirpanishni boshlaganlarida tovush chiqaradilar. qumli qiyalik.
Qo'shiqchi qumlar faqat cho'llarda uchramaydi. Plyajda ho'l qumda yurish paytida ko'pincha uyg'un ohanglar paydo bo'ladi.
Rus sayyohi A.Eliseev Sahroi Kabir haqidagi taassurotlarini qoldirdi:
"... issiq havoda juda baland, ohangdor, uyg'unlikdan xoli bo'lmagan, kuchli metall tusga ega bo'lgan sehrli tovushlar eshitildi. Ular har tomondan eshitildi, go'yo ular cho'lning ko'rinmas ruhlari tomonidan ishlab chiqarilgan ...
Cho'l jim edi, lekin tovushlar uchib, issiq atmosferada erib ketdi, yuqoridan qaerdadir paydo bo'lib, go'yo yerga g'oyib bo'ldi ... Endi quvnoq, endi achinarli, endi o'tkir va shovqinli, endi mayin va ohangdor, ular tirik mavjudotlar haqida gapiring, lekin o'lik cho'l tovushlari bilan emas ...
Qadimgilarning hech bir nimfasi qumlarning bu sirli qo'shiqlaridan ko'ra ajoyibroq va ajoyibroq narsani o'ylab topmagan."
Qumlarning qo'shiqlarini eshitgan har bir kishi bu hodisadan hayratda qoladi va ko'pchilik buni tushuntirishga harakat qildi. Misol uchun, qadimgi misrliklar bunday tovushlarni cho'l ruhlarining mahsuli deb hisoblashgan va ular haq edi.
Zamonaviy olimlar, tovushlarning paydo bo'lishining sababi qum donasining tuzilishida yashirin bo'lishi mumkin, deb hisoblashadi. Ma'lumki, tarkibida ko'p kvarts va boshqa silikalar mavjud.
Kvars er qobig'ida eng ko'p tarqalgan kremniy oksididir. Uning kristallari bir qator ajoyib xususiyatlarga ega. Ular oddiy, ya'ni yopiq, yopiq shakllarga boy. Bu erda siz piramidalar, prizmalar, rombedrlar - besh yuzdan ortiq oddiy shakllarni topishingiz mumkin. Kvars egizaklarning shakllanishi bilan tavsiflanadi - kristallarning simmetrik o'zaro o'sishi.
Ammo kvarts nafaqat tashqi ko'rinishlarining xilma-xilligi bilan ajablantiradi. Uning kristalli simmetriya markaziga ega emas va bu uning piezoelektrik xususiyatlarga ega ekanligining ishonchli belgisidir.
Shuning uchun, agar siz kristallni siqsangiz, uning yuzlarida siqilish yo'nalishiga perpendikulyar qarama-qarshi elektr zaryadlari paydo bo'ladi: bir yuzida ijobiy, ikkinchisida salbiy.
Kvars kristali yordamida mexanik energiya elektr energiyasiga shunday aylanadi. Agar siz kristalldan mexanik yukni olib tashlasangiz va uni cho'zishni boshlasangiz, u holda yuzlardagi zaryadlarning qutblari qarama-qarshi zaryadlarga o'zgaradi. Va bu o'zi izolyator bo'lgan kvarts kristalida sodir bo'ladi!
Kvars kristallaridagi bu hodisani 1817-yilda fransuz kristallografi R.Gayyuy, yana 1880-yilda frantsuz olimlari aka-uka Jan va Per Kyurilar kashf etgan va uni pyezoelektrik deb atagan. Keyinchalik ular bu ta'sirning teskariligini ham aniqladilar.
Ma'lum bo'lishicha, kvarts kristalli, agar uning yuzlarida qarama-qarshi elektr zaryadlari hosil bo'lsa, qisqarishi yoki cho'zilishi mumkin. Bunday holda, elektr energiyasiga aylantirildi mexanik energiya.
Aynan kristallning bu xususiyati cho'l qumlarining qo'shig'i ruhlarning mavjudligi bilan bog'liq deb ishonishga asos beradi. Chunki cho'l ruhlari elektronlarning xaotik harakatini ifodalovchi iblislardir.
Shaytoniy shaxslarda yadro va magnitlanish yo'q. Ular xaotik harakatlanuvchi elektronlar bilan o'ralgan bo'shliqni ifodalaydi. Shunday qilib, iblis mavjudotlari kristal molekulalari yuzasida kuchlanishni keltirib chiqaradigan elektr zaryadining tashuvchilari.
Ushbu ta'sir natijasida qum kristallari siqilib, siqilib, havo tebranishlarini keltirib chiqaradi, bu esa tovushlar shaklida namoyon bo'ladi.
Qumlarning qo'shig'i inson ruhiyatiga kuchli ta'sir qiladi, instinktiv qo'rquvni keltirib chiqaradi. Bu qo'rquvning sababini qumlarni kuylashda inson ruhi o'limning "nafasini" ushlashi bilan izohlash mumkin, uning tashuvchisi iblis mavjudotdir.
Odam, hayvon va o'simlik, tirik organizmlar kabi, iblis kabi, kuchlanishga bardosh bera olmaydi va kristallarga ta'sir qila olmaydi, qumlarning qo'shig'iga sabab bo'lolmaydi. Organik jismlarning tirik hujayralarining atom tizimi boshqa chastotali tebranishlarni keltirib chiqaradi va elektromagnit induksiya, bu elektr ta'siri ma'nosida tana tizimini yopiq qiladi. Ya'ni, tananing elektr energiyasi uni boshqaradigan o'z magnit maydoni tomonidan ushlanadi.
Va faqat insonning ma'naviyati pasayganda, bu potentsialni pasaytiradi magnit maydon uning tanasi, ortiqcha elektr energiyasi va qo'shimcha stress hosil bo'lishi mumkin. Aynan mana shu taranglikni iblis kuchi tutib oladi va uzatadi. Bu ortiqcha elektr energiyasi birinchi navbatda kristall tuzilmalariga salbiy ta'sir qiladi inson tanasi, so'ngra uni o'rab turgan kristall jismlarga. Masalan, odam kiygan zargarlik buyumlarida. Shu sababli, qadimgi davrlarda tumorlarning holatiga qarab, insonning sog'lig'i va hatto kelajagi haqida bashorat qilingan. Biz sutga e'tibor qaratdik, u uyda mavjudligiga sezgir yovuz ruhlar.
Tadqiqotlar natijasida kristall tanasidan kesilgan plastinka shaklidagi kvarts shunday katta egiluvchanlikka ega ekanligi aniqlandiki, u juda yuqori chastotada tebranadi, elektr maydonining qutbliligi o'zgarganda ketma-ket siqiladi va cho'ziladi.
Kvarts keng chastota diapazonida tebranishi mumkin, akustik va elektr to'lqinlarini yaratadi, ya'ni qo'shiq aytadi. Qum ko'chkisi qumtepadan yoki qum massividan siljib tushganda, qumning pastki qatlamlari harakatlanuvchi qatlamdan o'zgaruvchan bosimni boshdan kechiradi. Ular bosim ostida siqiladi va bosim kamaytirilganda "to'g'rilanadi". Qum donalarida mavjud bo'lgan kvarts kristallari tebranish va tebranishni boshlaydi va akustik to'lqinlarni hosil qiladi. Xuddi shunday jarayonlar ho'l qum ustida yurganda sodir bo'ladi.
Qum donalaridagi kvarts kristallarining mexanik tebranishlari ularning yuzlarida elektr zaryadlarining paydo bo'lishiga olib keladi, ularning qutblari sinxron ravishda o'zgaradi. mexanik tebranishlar kristallar. Nafaqat akustik to'lqinlar, balki ma'lum bir chastota spektrining o'zgaruvchan elektr maydoni ham paydo bo'ladi.
Har bir qum donasi, har bir kristall o'z qo'shig'ini o'z chastotasida kuylaydi. Ularning ovozlari qo'shiladi. Va endi polifonik qo'shiq bor, juda baland ovozda, chastota diapazoni keng. Bu inson qulog'i eshitadigan narsa. Lekin faqat past chastotalar. Bizning qulog'imiz yuqori chastotalarni sezmaydi. Qumning harakati to'xtaganda, qum donalaridagi kvarts kristallarining hayajonlangan mexanik va elektr tebranishlari o'chadi va tovush to'xtaydi.
1957-yilda sovet olimi K. Baranskiy akustik toʻlqinlar bevosita kristall yuzasida qoʻzgʻalishi mumkinligini aniqladi va bu hosil boʻlgan chastotalar diapazonini yanada kengaytirdi. Keyin amerikalik olimlar chastota shiftini kattalikning yana bir tartibiga oshirdilar.
Agar qumlar mexanik va elektr ta'siriga duchor bo'lganda qo'shiq aytsa, unda xuddi shunday sababga ko'ra Yerning o'zi kuylaydi. Sayyoraning pulsatsiyalanuvchi olovli yuragi, boshqa sayyoralar va Quyoshning ta'siri yer qobig'i jinslarining harakatiga va tebranishiga sabab bo'lib, Yerni tovushli qiladi. Uning qo'shig'i inson qulog'i bilan sezilmaydi, kosmosda uzoqqa boradi.
Yer qobig'i doimiy kuchlanish ostida. Bu erda va u erda zilzilalar va vulqon otilishi sodir bo'lib, xavfli zonalarni jinlarning haddan tashqari yuklanishidan - ruhsiz bo'shliqlardan ozod qiladi.
Yer yuzidagi zilzilalar soni yiliga yuz mingtaga etadi. Kimdan umumiy soni zilzilalar: kuchli zilzilalar yiliga mingtagacha sodir bo'ladi.
Yer qobig'ining deformatsiya markazlaridan tebranishlar uzoq masofalarga uzatiladi. To'lqinlarning tarqalish tezligi juda yuqori. Granit jinslarida uzunlamasına to'lqinlar uchun sekundiga 5000 metrdan ortiq, ko'ndalang to'lqinlar uchun sekundiga taxminan 2509 metrni tashkil qiladi.
Yo'lda er to'lqinlari toshlarni siqib chiqaradi yoki ularni cho'zadi, bu turli xil qutbli kuchli elektr zaryadlarini hosil qiladi. Ular, ayniqsa, siqilish yoki cho'zilish epitsentrida katta bo'lib, bu erda erning jinslari juda kuchli, hatto yorilish, deformatsiyani boshdan kechiradi.
Kuchli er osti chaqmoqlari ko'rinishidagi elektr zaryadlari eng kam qarshilik zonalari bo'ylab tez tarqaladi va ko'pincha chuqurlikdan Yer yuzasiga chiqib, erigan qattiq jinslar yoki g'alati dumaloq teshiklarni qoldiradi.
Yerning jaranglashida g'alati narsa yo'q. Uning qattiq jinslari, bazalt, granitlari, qumtoshlari va boshqalar kristall tuzilishga ega. Ularda ko'plab kvarts birikmalari mavjud. Kristallar deformatsiyalanganda nafaqat akustik va elektr to'lqinlari paydo bo'ladi, balki boshqa fizik va kimyoviy jarayonlar ham bir vaqtning o'zida sodir bo'ladi.
Chuqur bo'ronlarning qo'rqinchli shovqini ko'plab hayvonlar, qushlar va hasharotlar tomonidan "eshitiladi". Ular hatto yaqinlashib kelayotgan er osti ish tashlashining "annunciatori" bo'lishlari mumkin. Va faqat odam, qoida tariqasida, ajablanib olinadi. Chunki men o'zimni tabiatning bir qismi sifatida qabul qilishni va tabiatda sodir bo'layotgan jarayonlarni kuzatishni to'xtatdim.
"Qo'shiq aytish" ga qo'shimcha ravishda, kristallar yorug'lik spektrining ma'lum bir diapazonida tebranadi, shuning uchun ular o'zlarining rangini, masalan, zargarlik toshlarini oladi. Toshlar shaffof va kuchli yorqinlikka ega, nurlanish energiyasini uzatish va o'zgartirishga qodir. Minerallarning rangi ularning kristall panjarasiga metall ionlarining kiritilishi bilan bog'liq bo'lib, ular valentligini osongina o'zgartiradi va minimal energiya bilan elektronlarini berishga qodir.
Ushbu elektronlarning ba'zilari kristall panjaraning atomlari orasida "aylanib yuradi", ular bilan o'zaro ta'sir qiladi va ular bilan energiya almashadi. Natijada, kristallda kristall panjaradagi mahalliy buzilishlar paydo bo'ladi va uning naqshini doimiy ravishda o'zgartiradi. Shunday qilib, kristal o'z hayotini intensiv ravishda yashaydi ichki hayot", tashqi ko'rinishlari tumor toshlarining "sehrli" xususiyatlari to'plamini tashkil qiladi.
Bunday metallar, kristallning energiya siluetini sezilarli darajada o'zgartiradigan aralashmalar aralashmalariga temir, mis, marganets, xrom va noyob tuproq elementlari kiradi.

16-ma'ruza

Kristallarning fizik xossalari

Qattiq jismlar fizikasi qattiq jismlarning tuzilishi va fizik xossalarini oʻrganuvchi fandir. U jismoniy xususiyatlarning bog'liqligini belgilaydi atom tuzilishi moddalar, belgilangan xususiyatlarga ega yangi kristall materiallarni olish va o'rganish usullarini ishlab chiqadi.

Kristallarning fizik xususiyatlari quyidagilar bilan belgilanadi:

1) tabiat kimyoviy elementlar, kristallarga kiritilgan;

2) kimyoviy bog'lanish turi;

3) strukturaning geometrik tabiati, ya'ni. nisbiy pozitsiya kristall tuzilishdagi atomlar;

4) strukturaning nomukammalligi, ya'ni nuqsonlarning mavjudligi.

Boshqa tomondan, biz odatda kimyoviy bog'lanish turini kristallarning fizik xususiyatlariga ko'ra baholaymiz.

Kristallarning kuchi ularning mexanik va termal xususiyatlariga ko'ra osongina baholanishi mumkin. Kristal qanchalik kuchli bo'lsa, uning qattiqligi va erish nuqtasi shunchalik yuqori bo'ladi. Agar siz bir xil turdagi moddalar qatoridagi tarkibning o'zgarishi bilan qattiqlik o'zgarishini o'rgansangiz va olingan ma'lumotlarni erish harorati uchun mos keladigan qiymatlar bilan taqqoslasangiz, ushbu xususiyatlarning o'zgarishida "parallellik" ni sezishingiz mumkin.

Eslatib o'taman, kristallarning fizik xossalarining eng xarakterli xususiyati ularning simmetriya va anizotropiya. Anizotrop muhit o'lchangan xususiyatning o'lchov yo'nalishiga bog'liqligi bilan tavsiflanadi.

Yuqorida kristall kimyosi kristallografiya va fizika bilan chambarchas bog'liqligini aytdik. Shunung uchun, kristall fizikasining asosiy vazifasi(kristallografiyaning kristalllarning fizik xossalarini oʻrganuvchi boʻlimi) kristalllarning fizik xossalarining ularning tuzilishidan qonuniyatlarini hamda bu xossalarning tashqi taʼsirlarga bogʻliqligini oʻrganuvchi fan.

Moddalarning fizik xossalarini ikki guruhga bo'lish mumkin: tuzilishga sezgir va tuzilishga sezgir bo'lmagan xususiyatlar. Birinchisi kristallarning atom tuzilishiga, ikkinchisi asosan elektron tuzilishiga va kimyoviy bog'lanish turiga bog'liq. Birinchisiga mexanik xususiyatlar (massa, zichlik, issiqlik sig'imi, erish nuqtasi va boshqalar), ikkinchisiga issiqlik va elektr o'tkazuvchanlik, optik va boshqa xususiyatlar misol bo'ladi.

Shunday qilib, mavjudligi tufayli metallarning yaxshi elektr o'tkazuvchanligi erkin elektronlar, nafaqat kristallarda, balki erigan metallarda ham kuzatiladi.

Bog'lanishning ionli tabiati, xususan, ko'pgina tuzlarning, masalan, ishqoriy metall galogenidlarining qutbli erituvchilarda eriydi, ionlarga ajralishida namoyon bo'ladi. Biroq, eruvchanlikning yo'qligi hali birikmada qutbsiz bog'lanish mavjudligining dalili bo'la olmaydi. Shunday qilib, masalan, oksidlarning bog'lanish energiyasi ishqor galogenidlarining bog'lanish energiyasidan shunchalik kattaki, suvning dielektrik o'tkazuvchanligi kristalldan ionlarni ajratish uchun etarli emas.

Bundan tashqari, ba'zi birikmalar, asosan, gomeopolyar bog'lanish turiga ega, qutbli erituvchining katta dielektrik o'tkazuvchanligi ta'sirida eritmada ionlarga ajralishi mumkin, ammo kristall holatda ular ionli birikmalar bo'lmasligi mumkin (masalan, HCl, HBr).

Geterodezmik bog'lanishlarda ba'zi xususiyatlar, masalan, ulanishlarning mexanik mustahkamligi faqat bitta (eng zaif) bog'lanish turiga bog'liq.

Shuning uchun kristall, bir tomondan, uzluksiz (diskret) muhit sifatida qaralishi mumkin. Boshqa tomondan, kristalli moddani uzluksiz anizotrop muhit deb hisoblash mumkin. Bunday holda, ma'lum bir yo'nalishda paydo bo'ladigan jismoniy xususiyatlar tarjimalarga bog'liq emas. Bu nuqta simmetriya guruhlari yordamida fizik xossalarning simmetriyasini tasvirlash imkonini beradi.

Kristalning simmetriyasini tavsiflashda biz faqat tashqi shaklini hisobga olamiz, ya'ni geometrik figuralarning simmetriyasini ko'rib chiqamiz. P.Kyuri moddiy figuralarning simmetriyasi cheksiz ko‘p nuqta guruhlari bilan tasvirlanganligini ko‘rsatdi, ular chegarada ilgari ko‘rib chiqilgan ettita cheklovchi simmetriya guruhiga (aylanuvchi konus, qo‘zg‘almas konus, aylanuvchi silindr, o‘ralgan tsilindr oilalari) moyil bo‘ladi. tsilindr, qo'zg'almas silindr, aylanuvchi yuza nuqtalari bo'lgan to'p oilasi, qo'zg'almas to'p oilasi).

Cheklangan nuqta guruhlari - Kyuri guruhlari - cheksiz tartibli o'qlarni o'z ichiga olgan nuqta guruhlari deyiladi. Faqat yettita chegara guruhi mavjud: ¥, ¥mm, ¥/m, ¥22, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

Kristalning nuqta simmetriya guruhi va uning fizik xossalari simmetriyasi o'rtasidagi bog'liqlikni nemis fizigi F. Neyman quyidagicha ifodalagan: material o'zining fizik xususiyatlariga ko'ra, kristallografik shakli bilan bir xil simmetriyani namoyish etadi. Bu pozitsiya Neyman printsipi sifatida tanilgan.

F. Nemanning shogirdi, nemis fizigi V. Foigt bu tamoyilni sezilarli darajada aniqlab berdi va uni quyidagicha shakllantirdi: har qanday jismoniy xususiyatning simmetriya guruhi kristallning nuqta simmetriya guruhining barcha elementlarini o'z ichiga olishi kerak.

Keling, kristallarning ba'zi fizik xususiyatlarini ko'rib chiqaylik.

Kristal zichligi.

Moddaning zichligi moddaning kristall tuzilishiga, uning kimyoviy tarkibi, atomlarning qadoqlash koeffitsienti, uni tashkil etuvchi zarrachalarning valentligi va radiusi.

Harorat va bosimning o'zgarishi bilan zichlik o'zgaradi, chunki bu omillar moddaning kengayishiga yoki qisqarishiga olib keladi.

Zichlikning strukturaga bog'liqligini Al2SiO5 ning uchta modifikatsiyasi misolida ko'rsatish mumkin:

· andalusit (r = 3,14 - 3,16 g / sm3);

· sillimanit (r = 3,23 - 3,27 g / sm3);

· siyanit (r = 3,53 - 3,65 g / sm3).

Kristalli strukturaning qadoqlash koeffitsienti oshishi bilan moddaning zichligi ortadi. Masalan, grafitning olmosga polimorfik o'tishida uglerod atomlarining koordinatsion sonining 3 dan 4 gacha o'zgarishi bilan zichlik mos ravishda 2,2 dan 3,5 g / sm3 gacha oshadi.

Haqiqiy kristallarning zichligi, odatda, ularning tuzilmalarida nuqsonlar mavjudligi sababli hisoblangan zichlikdan (ideal kristallarning) kamroq bo'ladi. Olmosning zichligi, masalan, 2,7 - 3,7 g / sm3 ni tashkil qiladi. Shunday qilib, kristallarning haqiqiy zichligini kamaytirish orqali ularning nuqsonlari darajasini aniqlash mumkin.

Zichlik, shuningdek, izomorf almashtirishlar paytida - izomorf qatorning bir a'zosidan ikkinchisiga o'tganda, moddaning kimyoviy tarkibi o'zgarishi bilan ham o'zgaradi. Masalan, olivin seriyasida (Mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] zichlik ortib boradi, chunki Mg2+ kationlari forsterit uchun r = 3,22 g/sm3 dan Fe2+ bilan almashtiriladi. Mg2 [ SiO4 ] fayalit uchun r = 4,39 g / sm3 gacha.

Qattiqlik.

Qattiqlik kristalning tashqi ta'sirlarga chidamlilik darajasini bildiradi. Qattiqlik jismoniy doimiylik emas. Uning qiymati nafaqat o'rganilayotgan materialga, balki o'lchash shartlariga ham bog'liq.

Qattiqlik quyidagilarga bog'liq:

· strukturaning turi;

qadoqlash omili ( solishtirma og'irlik);

· kristall hosil qiluvchi ionlarning zaryadi.

Masalan, CaCO3 polimorflari - kaltsit va aragonit - mos ravishda 3 va 4 zichlikka ega va ularning tuzilishining turli zichligi bilan ajralib turadi:

· CSFa = 6 - r = 2,72 bo'lgan kaltsitning tuzilishi uchun;

· CSFa = 9 - r = 2,94 g / sm3 bo'lgan aragonitning tuzilishi uchun).

Bir xil qurilgan kristallar qatorida qattiqlik zaryadlarning ortishi va kationlarning o'lchamlarining kamayishi bilan ortadi. F-, OH- va H2O molekulalari kabi juda katta anionlarning strukturalarida mavjudligi qattiqlikni pasaytiradi.

Turli xil kristall shakllarning yuzlari turli xil retikulyar zichlikka ega va ularning qattiqligida farqlanadi. Shunday qilib, kub yuzlari (100) bilan solishtirganda yuqori retikulyar zichlikka ega bo'lgan oktaedr yuzlari (111) olmos tuzilishida eng katta qattiqlikka ega.

Deformatsiya qilish qobiliyati.

Kristalning plastik deformatsiyaga kirish qobiliyati, birinchi navbatda, uning strukturaviy elementlari orasidagi kimyoviy bog'lanishning tabiati bilan belgilanadi.

Kovalent bog'lanish qat'iy yo'nalishga ega bo'lgan atomlarning bir-biriga nisbatan ahamiyatsiz siljishi bilan ham keskin zaiflashadi. Shuning uchun kovalent turdagi bog'lanishga ega bo'lgan kristallar (Sb, Bi, As, se va boshqalar) plastik deformatsiyaga kirishish qobiliyatini namoyon qilmaydi.

Metall ulanish yo'nalishli xarakterga ega emas va atomlar bir-biriga nisbatan siljishda kuchsiz o'zgaradi. Bu aniqlaydi yuqori daraja metallarning plastikligi (egiluvchanligi). Eng egiluvchan metallar konstruksiyalari kubik yaqin qadoqlash qonuniga muvofiq qurilgan bo'lib, ular to'rt yo'nalishda yaqin o'ralgan qatlamlarga ega. Olti burchakli yaqin o'rash bilan kamroq egiluvchan metallar - eng zich qatlamlarning bir yo'nalishi bilan. Shunday qilib, temirning polimorf modifikatsiyalari orasida a-Fe va b-Fe deyarli egiluvchanlikka ega emas (I-toifa panjara), kubikli yaqin qadoqlangan g-Fe (yuz markazlashtirilgan kub panjara) esa Cu, Pt, Au, Ag va boshqalar.

Ion aloqasi yo'naltiruvchi xususiyatga ega emas. Shuning uchun tipik ion kristallari (NaCl, CaF2, CaTe va boshqalar) kovalent bog'langan kristallar kabi mo'rtdir. Ammo shu bilan birga, ular juda yuqori plastiklikka ega. Ularda sirpanish ma'lum kristallografik yo'nalishlar bo'ylab sodir bo'ladi. Bu kristall tuzilishda faqat Na+ ionlari yoki Cl-ionlar orqali hosil bo'lgan (110) tarmoqlarni ajratish mumkinligi bilan izohlanadi. Plastmassa deformatsiya jarayonida bir tekis to'r o'z qo'shnisiga nisbatan shunday harakat qiladiki, Na+ ionlari Cl- ionlari bo'ylab siljiydi. Qo'shni tarmoqlardagi ionlarning zaryadlaridagi farq yorilishning oldini oladi va ular o'zlariga parallel bo'lib qoladi asl pozitsiyasi. Ushbu qatlamlar bo'ylab siljish atomlarning joylashishida minimal buzilishlar bilan sodir bo'ladi va eng oson.

Kristallarning issiqlik xossalari.

Issiqlik o'tkazuvchanligi simmetriya bilan chambarchas bog'liq. Buni keyingi tajribada eng aniq ko'rsatish mumkin. Keling, yopamiz yupqa qatlam uchta kristallning kerosin yuzlari: kub, olti burchakli prizma va to'g'ri parallelepiped. Yupqa issiq igna uchidan foydalanib, biz bu kristallarning har bir yuziga tegamiz. Eritma nuqtalarining konturlariga asoslanib, turli yo'nalishlarda yuzlar tekisliklarida issiqlik tarqalish tezligini aniqlash mumkin.

Kubik kristallda barcha yuzlardagi erish nuqtalarining konturlari aylana shakliga ega bo'ladi, bu esa issiq igna bilan aloqa qilish joyidan barcha yo'nalishlarda issiqlik tarqalishining bir xil tezligini ko'rsatadi. Kubik kristallning barcha yuzlaridagi doiralar g'oyasidagi dog'larning shakli uning simmetriyasi bilan bog'liq.

Olti burchakli prizmaning yuqori va pastki yuzlaridagi dog'lar shakli ham aylana shakliga ega bo'ladi (o'rta toifali kristallning asosiy o'qiga perpendikulyar bo'lgan tekislikda issiqlik tarqalish tezligi barcha yo'nalishlarda bir xil). Olti burchakli prizmaning yuzlarida erish nuqtalari ellips shakliga ega bo'ladi, chunki 2-tartibli o'qlar bu yuzlarga perpendikulyar bo'ladi.

To'g'ri parallelepipedning (ortogonal sistemaning kristalli) barcha yuzlarida erish nuqtalari ellips shakliga ega bo'ladi, chunki 2-tartibli o'qlar bu yuzlarga perpendikulyar bo'ladi.

Demak, issiqlikning kristall tanasi bo'ylab tarqalish tezligi uning qaysi chiziqli simmetriya elementi bo'ylab tarqalishiga bevosita bog'liq. Kubik kristallarda issiqlik taqsimlash yuzasi shar shakliga ega bo'ladi. Binobarin, issiqlik o'tkazuvchanligiga kelsak, kubik kristallar izotropik, ya'ni barcha yo'nalishlarda tengdir. Issiqlik o'tkazuvchanligi yuzasi o'rta toifadagi kristallar inqilob ellipsoidi bilan ifodalangan (asosiy o'qga parallel). IN eng past toifadagi kristallar va barcha issiqlik o'tkazuvchanlik sirtlari ellipsoid shakliga ega.

Issiqlik o'tkazuvchanligining anizotropiyasi kristall moddaning tuzilishi bilan chambarchas bog'liq. Shunday qilib, eng zich atom tarmoqlari va qatorlar katta issiqlik o'tkazuvchanlik qiymatlariga mos keladi. Shuning uchun qatlamli va zanjirli kristallar issiqlik o'tkazuvchanlik yo'nalishlarida katta farqlarga ega.

Issiqlik o'tkazuvchanligi, shuningdek, kristallning nuqsonlilik darajasiga bog'liq - ko'proq nuqsonli kristallar uchun u sintetiklarga qaraganda past bo'ladi. Tarkibidagi modda amorf holat bir xil tarkibdagi kristallarga qaraganda pastroq issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Misol uchun, kvarts shishasining issiqlik o'tkazuvchanligi kvarts kristallarining issiqlik o'tkazuvchanligidan sezilarli darajada past. Ushbu mulk asosida keng qo'llanilishi kvarts shisha idishlari.

Optik xususiyatlar.

O'ziga xos kristall tuzilishga ega bo'lgan har bir modda o'ziga xos optik xususiyatlar bilan tavsiflanadi. Optik xususiyatlar qattiq jismlarning kristall tuzilishi va uning simmetriyasi bilan chambarchas bog'liq.

Nisbatan optik xususiyatlar Barcha moddalarni optik jihatdan izotropik va anizotropiklarga bo'lish mumkin. Birinchisi amorf jismlar va eng yuqori toifadagi kristallarni o'z ichiga oladi, ikkinchisi qolganlarni o'z ichiga oladi. Optik izotrop muhitda yorug'lik to'lqini, bu elektromagnit tabiatning ko'ndalang garmonik tebranishlari to'plami bo'lib, barcha yo'nalishlarda bir xil tezlikda tarqaladi. Bunday holda, elektr va magnit maydon kuchlari vektorining tebranishlari ham barcha mumkin bo'lgan yo'nalishlarda, lekin nurning yo'nalishiga perpendikulyar tekislikda sodir bo'ladi. Uning yo'nalishi bo'yicha yorug'lik energiyasi uzatiladi. Bunday yorug'lik deyiladi tabiiy yoki qutblanmagan(rasm a, b).

Optik anizotrop muhitda to'lqinlarning tarqalishi tezlashadi turli yo'nalishlar boshqacha bo'lishi mumkin. Muayyan sharoitlarda, deb atalmish qutblangan yorug'lik, buning uchun elektr va magnit maydon vektorining barcha tebranishlari qat'iy belgilangan yo'nalishda sodir bo'ladi (rasm c, d). Kristallardagi bunday qutblangan yorug'likning xatti-harakati polarizatsiya qiluvchi mikroskop yordamida kristalli optik tadqiqot texnikasiga asoslangan.

Kristallardagi yorug'likning ikki sinishi.

o'zaro perpendikulyar tebranish tekisliklari bilan chiziqli polarizatsiyalangan. Yorug'likning ikkita qutblangan nurga parchalanishi deyiladi ikki sinishi yoki ikki sinishi.

Nurning ikki sinishi kubikdan tashqari barcha tizimlarning kristallarida kuzatiladi. Eng past va o'rta toifadagi kristallarda qo'sh sinishi barcha yo'nalishlarda sodir bo'ladi, bir yoki ikkita yo'nalish bundan mustasno. optik o'qlar.

Ikki sinishi hodisasi kristallarning anizotropiyasi bilan bog'liq. Kristallarning optik anizotropiyasi ulardagi yorug'likning tarqalish tezligi turli yo'nalishlarda har xil bo'lishida ifodalanadi.

IN o'rta darajadagi kristallar Optik anizotropiyaning ko'plab yo'nalishlari orasida bitta yo'nalish mavjud - optik o'q, 3, 4, 6 tartibli simmetriyaning asosiy o'qiga to'g'ri keladi. Yorug'lik bu yo'nalish bo'ylab bo'linmasdan tarqaladi.

IN eng past toifadagi kristallar Yorug'lik bo'linmaydigan ikkita yo'nalish mavjud. Ushbu yo'nalishlarga perpendikulyar bo'lgan kristall kesimlar optik izotrop kesimlarga to'g'ri keladi.

Ta'sir qilish strukturaviy xususiyatlar optik xususiyatlar bo'yicha.

Bir-biriga yaqin joylashgan atomlar qatlamlari bo'lgan kristall tuzilmalarda qatlam ichidagi atomlar orasidagi masofa qo'shni qatlamlarda joylashgan eng yaqin atomlar orasidagi masofadan oshadi. Yorug'lik to'lqinining elektr maydonining kuchlanish vektori qatlamlar tekisligiga parallel bo'lsa, bunday tartiblash osonroq polarizatsiyaga olib keladi.

Elektr xususiyatlari.

Barcha moddalarni o'tkazgichlar, yarim o'tkazgichlar va dielektriklarga bo'lish mumkin.

Ba'zi kristallar (dielektriklar) tashqi ta'sirlar ta'sirida qutblangan. Dielektriklarning qutblanish qobiliyati shulardan biridir asosiy xususiyatlar. Polarizatsiya - bu tashqi elektr maydoni ta'sirida dielektrikda elektr dipollarini yaratish bilan bog'liq jarayon.

Kristallografiya va qattiq jismlar fizikasida hodisalar piezoelektr va piroelektrik.

Piezoelektrik effekt - mexanik deformatsiya paytida ba'zi dielektrik kristallarning qutblanishining o'zgarishi. Olingan zaryadlarning kattaligi qo'llaniladigan kuchga proportsionaldir. Zaryadning belgisi kristall strukturaning turiga bog'liq. Piezoelektrik effekt faqat inversiya markaziga ega bo'lmagan, ya'ni qutbli yo'nalishlarga ega bo'lgan kristallarda sodir bo'ladi. Masalan, kvarts kristallari SiO2, sfalerit (ZnS).

Piroelektrik effekt - ba'zi kristallar qizdirilganda yoki sovutilganda ularning yuzasida elektr zaryadlarining paydo bo'lishi. Piroelektrik effekt faqat bitta qutb yo'nalishi bo'lgan dielektrik kristallarda sodir bo'ladi, ularning qarama-qarshi uchlari berilgan simmetriya guruhining har qanday operatsiyasi bilan birlashtirilmaydi. Elektr zaryadlarining paydo bo'lishi faqat ma'lum vaqtlarda sodir bo'lishi mumkin qutb yo'nalishlari. Ushbu yo'nalishlarga perpendikulyar yuzlar turli belgilarning zaryadlarini oladi: biri ijobiy, ikkinchisi salbiy. Piroelektrik effekt qutbli simmetriya sinflaridan biriga mansub kristallarda paydo bo'lishi mumkin: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

Geometrik kristallografiyadan kelib chiqadiki, simmetriya markazidan o'tuvchi yo'nalishlar qutbli bo'lishi mumkin emas. Simmetriya tekisliklariga yoki juft tartibli o'qlarga perpendikulyar yo'nalishlar ham qutbli bo'lishi mumkin emas.

Piroelektriklar sinfida ikkita kichik sinf mavjud. Birinchisi chiziqli piroelektriklarni o'z ichiga oladi, ularda tashqi maydonda elektr polarizatsiyasi elektr maydon kuchiga chiziqli bog'liqdir. Masalan, turmalin NaMgAl3B3.Si6(O, OH)30.

Ikkinchi kichik sinfning kristallari ferroelektriklar deb ataladi. Ularda polarizatsiyaning tashqi maydon kuchiga bog'liqligi chiziqli bo'lmagan va qutblanuvchanlik tashqi maydon kuchiga bog'liq. Polarizatsiyaning elektr maydon kuchiga nochiziqli bog'liqligi histerezis halqasi bilan tavsiflanadi. Ferroelektriklarning bu xususiyati ular tashqi maydon bo'lmaganda elektr polarizatsiyasini saqlab qolishlarini ko'rsatadi. Buning yordamida Rochelle tuzining kristallari (shuning uchun ferroelektriklar nomi) elektr energiyasining ishonchli zaxiralari va elektr signallarini yozuvchilar bo'lib chiqdi, bu ularni kompyuterning "xotira hujayralarida" ishlatishga imkon beradi.

Magnit xususiyatlari.

Bu jismlarning magnit maydon bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyati, ya'ni magnit maydonga joylashtirilganda magnitlanish qobiliyatidir. Magnit sezuvchanlik kattaligiga qarab diamagnit, paramagnit, ferromagnit va antiferromagnit kristallar farqlanadi.

Barcha moddalarning magnit xossalari nafaqat ularning kristall tuzilishining xususiyatlariga, balki ularni tashkil etuvchi atomlar (ionlar) tabiatiga ham bog'liq, ya'ni magnitlanish qobiq va yadrolarning elektron tuzilishi, shuningdek, ularning orbital harakati bilan belgilanadi. ularning atrofidagi elektronlar (spinlar).

Magnit maydonga atom (ion) kiritilganda, orbitadagi elektronlarning burchak tezligi qo'shimcha ravishda o'zgaradi. aylanish harakati, buning natijasida atom qo'shimcha magnit moment oladi. Bundan tashqari, agar atomdagi qarama-qarshi spinli barcha elektronlar juft bo'lib guruhlangan bo'lsa (A-rasm), elektronlarning magnit momentlari kompensatsiyalangan bo'lib chiqadi va ularning umumiy magnit momenti nolga teng bo'ladi. Bunday atomlar diamagnit, ulardan tashkil topgan moddalar esa deyiladi diamagnetik materiallar. Masalan, inert gazlar, B-kichik guruh metallari - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, ko'pchilik ion kristallari (NaCl, CaF2), shuningdek, kovalent bog'lanish ustun bo'lgan moddalar - Bi, Sb, Ga, grafit. Qatlamli tuzilishga ega kristallarda qatlamda yotadigan yo'nalishlar uchun magnit sezgirlik perpendikulyar yo'nalishlardan sezilarli darajada oshadi.

Atomlardagi elektron qobiqlarni to'ldirishda elektronlar juftlashtirilmagan bo'ladi. Shuning uchun atomlardagi elektronlarning magnit momentlari tasodifiy joylashgan va tashqi magnit maydon bo'lmaganda ularda magnit momentlarning o'z-o'zidan yo'naltirilishi sodir bo'lmaydigan juda ko'p moddalar mavjud (B-rasm). Juft bo‘lib bog‘lanmagan va bir-biri bilan kuchsiz o‘zaro ta’sir qiluvchi elektronlar keltirib chiqaradigan umumiy magnit moment doimiy, musbat yoki dielektriklarnikidan biroz kattaroq bo‘ladi. Bunday atomlar magnit, moddalar esa deyiladi paramagnit. Magnit maydonga paramagnit kiritilganda, noto'g'ri yo'naltirilgan spinlar ma'lum bir yo'nalishga ega bo'ladi, buning natijasida kompensatsiyalanmagan magnit momentlarni tartiblashning uchta turi kuzatiladi - uch turdagi hodisalar: ferromagnetizm (B-rasm), antiferromagnetizm (D-rasm) va ferrimagnetizm (D-rasm).

Ferromagnit xossalari atomlarning (ionlarning) magnit momentlari bir-biriga parallel yo'naltirilgan moddalarga ega bo'lib, buning natijasida tashqi magnit maydon millionlab marta kuchayishi mumkin. Guruh nomi Fe, Ni, Co temir kichik guruhining elementlari mavjudligi bilan bog'liq.

Agar alohida atomlarning magnit momentlari antiparallel va teng bo'lsa, atomlarning umumiy magnit momenti nolga teng. Bunday moddalar deyiladi antiferromagnitlar. Bularga o'tish metallari oksidlari - MnO, NiO, CoO, FeO, ko'plab ftoridlar, xloridlar, sulfidlar, selenidlar va boshqalar kiradi.

Kristal strukturasi atomlarining antiparallel momentlari teng bo'lmaganda, umumiy moment noldan farq qiladi va bunday tuzilmalar o'z-o'zidan magnitlanishga ega. Ular o'xshash xususiyatlarga ega ferritlar(Fe3O4, granat guruhi minerallari).

Kristallar tabiatning eng go'zal va sirli ijodlaridan biridir. Ajdodlarimizdan birining diqqat bilan nigohi bilan er qoyalari orasidan murakkab geometrik figuralarga o'xshash mayda yaltiroq toshlar aniqlangan va ular tez orada qimmatbaho zargarlik buyumlari bo'lib xizmat qila boshlagan insoniyat taraqqiyotining boshlanishidagi o'sha uzoq yilni nomlash hozir qiyin.

Bir necha ming yillar o'tadi va odamlar tabiiy marvaridlarning go'zalligi bilan bir qatorda kristallar ham ularning hayotiga kirganini tushunadilar.

Kristallar hamma joyda uchraydi. Kristallar ustida yuramiz, kristallar bilan quramiz, kristallarni qayta ishlaymiz, laboratoriya sharoitida kristall yetishtiramiz, asboblar yaratamiz, kristallardan fan va texnikada keng foydalanamiz, kristallar bilan davolaymiz, ularni tirik organizmlardan topamiz, kristallarning tuzilishi sirlariga kirib boramiz.

Yerda topilgan kristallar cheksiz xilma-xildir. Tabiiy ko'pburchaklarning o'lchamlari ba'zan odamning balandligiga yoki undan ham ko'proqqa etadi. Qog'ozdan yupqa gulbarg kristallari va bir necha metr qalinlikdagi kristall qatlamlari mavjud. Kichik, tor, o'tkir, igna kabi kristallar va ustunlar kabi ulkan kristallar mavjud. Ispaniyaning ba'zi hududlarida bunday billur ustunlar darvozalar uchun o'rnatiladi. Sankt-Peterburg konchilik instituti muzeyida balandligi bir metrdan ortiq va og'irligi bir tonnadan ortiq tosh kristalli (kvars) kristalli saqlanadi. Ko'pgina kristallar suv kabi mutlaqo toza va shaffofdir.

Muz va qor kristallari

Muzlagan suv kristallari, ya'ni muz va qor hammaga ma'lum. Bu kristallar qariyb olti oy davomida Yerning bepoyon kengliklarini qoplaydi, tog‘ cho‘qqilarida yotib, muzliklarda ulardan pastga sirg‘anadi va okeanlarda aysberglar kabi suzib yuradi. Daryoning muz qoplami, muzlik yoki aysberg massivi, albatta, bitta katta kristal emas. Muzning zich massasi odatda polikristaldir, ya'ni u ko'plab individual kristallardan iborat; Ularni har doim ham ajratib bo'lmaydi, chunki ular kichik va barchasi birga o'sgan. Ba'zida bu kristallarni muzning erishida aniqlash mumkin. Har bir muz kristalli, har bir qor parchasi mo'rt va kichikdir. Ko'pincha qor tuklar kabi tushadi, deb aytiladi. Ammo bu taqqoslash ham juda "og'ir" deyish mumkin: qor parchasi patdan engilroq. O'n minglab qor parchalari bir tiyinning og'irligini tashkil qiladi. Ammo, juda ko'p miqdorda qo'shilganda, qor kristallari poezdni to'xtatib, qor qoziqlarini hosil qilishi mumkin.

Muz kristallari samolyotni bir necha daqiqada yo'q qilishi mumkin. Samolyotlarning dahshatli dushmani bo'lgan muzlash ham kristall o'sishi natijasidir.

Bu erda biz haddan tashqari sovutilgan bug'lardan kristallarning o'sishi bilan shug'ullanamiz. IN yuqori qatlamlar atmosfera, suv bug'lari yoki suv tomchilari, o'ta sovutilgan holatda uzoq vaqt davomida saqlanishi mumkin. Bulutlarda gipotermiya -30 ga etadi. Ammo uchuvchi samolyot bu o'ta sovutilgan bulutlarga yorilishi bilanoq, tez kristallanish boshlanadi. Bir zumda samolyot o'zini tez o'sib borayotgan kristallar to'plami bilan o'ralgan holda topadi.

Qimmatbaho toshlar

Insoniyat madaniyatining ilk davrlaridanoq odamlar go‘zallikni qadrlab kelgan qimmatbaho toshlar. Olmos, yoqut, safir va zumrad eng qimmat va sevimli toshlardir. Ulardan keyin aleksandrit, topaz, tosh kristall, ametist, granit, akuamarin va peridot. Samoviy ko'k turkuaz, nozik marvaridlar va iridescent opal juda qadrlanadi.

Shifolash va turli xil g'ayritabiiy xususiyatlar uzoq vaqtdan beri qimmatbaho toshlarga tegishli bo'lib, ular bilan ko'plab afsonalar bog'langan.

Qimmatbaho toshlar shahzodalar va imperatorlarning boyligining o'lchovi bo'lib xizmat qilgan.

Moskva Kreml muzeylarida siz bir vaqtlar unga tegishli bo'lgan qimmatbaho toshlarning boy kolleksiyasiga qoyil qolishingiz mumkin. qirollik oilasi va boylarning kichik guruhi. Ma'lumki, knyaz Potemkin - Tauridening shlyapasi olmos bilan bezatilgan va shuning uchun u shunchalik og'ir ediki, egasi uni boshiga kiyib bo'lmaydi, ad'yutant shapkani shahzodaning orqasida ko'tarib yurardi;

Rossiya olmos fondining xazinalari orasida dunyodagi eng katta va eng chiroyli olmoslardan biri "Shah" bor.

Olmos Fors shohi tomonidan rus podshosi Nikolay I ga Rossiya elchisi, "Aqldan voy" komediyasi muallifi Aleksandr Sergeevich Griboedovning o'ldirilishi uchun to'lov sifatida yuborilgan.

Vatanimiz dunyoning boshqa mamlakatlariga qaraganda qimmatbaho toshlarga boy.

Koinotdagi kristallar

Yerda kristallar bo'lmagan bironta ham joy yo'q. Boshqa sayyoralarda, uzoq yulduzlarda kristallar doimo paydo bo'lib, o'sib boradi va yo'q qilinadi.

Kosmosdagi musofirlarda - meteoritlarda Yerda ma'lum bo'lgan va Yerda topilmaydigan kristallar mavjud. 1947 yil fevral oyida Uzoq Sharqda qulagan ulkan meteoritda quruqlik sharoitida bir necha santimetr uzunlikdagi nikel temir kristallari topilgan. tabiiy kristallar Bu mineral juda kichikki, ularni faqat mikroskop bilan ko'rish mumkin.

2. Kristallarning tuzilishi va xossalari

2. 1 Kristallar nima, kristall shakllari

Kristallar juda past haroratlarda hosil bo'ladi termal harakat shunday sekinki, u ma'lum bir tuzilmani buzmaydi. Xarakterli xususiyat Moddaning qattiq holati uning shaklining doimiyligidir. Bu shuni anglatadiki, uni tashkil etuvchi zarrachalar (atomlar, ionlar, molekulalar) bir-biriga qattiq bog'langan va ularning issiqlik harakati zarralar orasidagi muvozanat masofasini aniqlaydigan qo'zg'almas nuqtalar atrofida tebranishlar sifatida sodir bo'ladi. Butun moddadagi muvozanat nuqtalarining nisbiy holati butun tizim uchun minimal energiyani ta'minlashi kerak, bu ular kosmosda, ya'ni kristallda ma'lum tartibli tartibga ega bo'lganda amalga oshiriladi.

Kristal, G. Vulfning ta'rifiga ko'ra, ichki xususiyatlariga ko'ra, tekis yuzalar - yuzlar bilan cheklangan tanadir.

Kristal hosil qiluvchi zarrachalarning nisbiy o'lchamlari va ular orasidagi kimyoviy bog'lanish turiga qarab, kristallar zarrachalarning bog'lanish usuli bilan belgilanadigan turli shakllarga ega.

Kristallarning geometrik shakliga ko'ra quyidagi kristall tizimlar mavjud:

1. kub (ko‘p metallar, olmos, NaCl, KCl).

2. Olti burchakli (H2O, SiO2, NaNO3),

3. Tetragonal (S).

4. Ortorombik (S, KNO3, K2SO4).

5. Monoklinik (S, KClO3, Na2SO4*10H2O).

6. Triklinik (K2C2O7, CuSO4*5 H2O).

2. 2 Kristallarning fizik xossalari

Berilgan sinfning kristalli uchun uning xossalarining simmetriyasini ko'rsatish mumkin. Shunday qilib, kubik kristallar yorug'lik o'tkazuvchanligi, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik kengayishiga ko'ra izotropik, lekin elastik va elektr xususiyatlariga ko'ra anizotropdir. Past kristalli tizimlarning eng anizotrop kristallari.

Kristallarning barcha xossalari bir-biriga bog'langan va atom-kristal tuzilishi, atomlar orasidagi bog'lanish kuchlari va elektronlarning energiya spektrlari bilan belgilanadi. Ba'zi xususiyatlar, masalan: elektr, magnit va optik, elektronlarning energiya darajalari bo'yicha taqsimlanishiga sezilarli darajada bog'liq. Kristallarning ko'pgina xususiyatlari nafaqat simmetriyaga, balki nuqsonlar soniga (kuch, egiluvchanlik, rang va boshqa xususiyatlar) bog'liq.

Izotropiya (yunoncha isos — teng, bir xil va tropos — aylanish, yoʻnalish) — muhit xossalarining yoʻnalishdan mustaqilligi.

Anizotropiya (yunoncha anisos — tengsiz va tropos — yoʻnalishdan) — modda xossalarining yoʻnalishga bogʻliqligi.

Kristallar juda ko'p turli nuqsonlar bilan to'ldirilgan. Nosozliklar kristallni jonlantiradiganga o'xshaydi. Nosozliklar mavjudligi tufayli kristall o'zi ishtirok etgan yoki ishtirok etgan voqealarning "xotirasini" kashf etadi; nuqsonlar kristalning atrof-muhitga "moslashishiga" yordam beradi. Qusurlar kristallarning xususiyatlarini sifat jihatidan o'zgartiradi. Hatto juda oz miqdorda nuqsonlar ideal kristalda to'liq yoki deyarli yo'q bo'lgan jismoniy xususiyatlarga kuchli ta'sir qiladi, qoida tariqasida, "energetik jihatdan qulay" nuqsonlar o'z atrofida jismoniy va kimyoviy faollik zonalarini yaratadi;

3. Kristallarning o'sishi

Kristallarni etishtirish - bu qiziqarli faoliyat va, ehtimol, boshlang'ich kimyogarlar uchun eng oddiy, eng qulay va arzon va sil kasalligi nuqtai nazaridan eng xavfsiz hisoblanadi. Amalga oshirishga puxta tayyorgarlik ko'rish sizning moddalar bilan ehtiyotkorlik bilan ishlash va ish rejangizni to'g'ri tashkil etish qobiliyatini oshiradi.

Kristal o'sishini ikki guruhga bo'lish mumkin.

3. 1 Tabiatda kristallarning tabiiy hosil bo'lishi

Tabiatda kristallarning hosil bo'lishi (kristallarning tabiiy o'sishi).

Hammasining 95% dan ortig'i toshlar, ulardan er qobig'i tashkil topgan, magmaning kristallanishi paytida hosil bo'lgan. Magma ko'plab moddalar aralashmasidir. Bu moddalarning barchasi turli haroratlar kristallanish. Shuning uchun, sovutish paytida magma qismlarga bo'linadi: magmada birinchi bo'lib paydo bo'ladi va eng yuqori kristallanish haroratiga ega bo'lgan moddaning kristallari o'sishni boshlaydi.

Kristallar tuzli ko'llarda ham hosil bo'ladi. Yozda ko'llarning suvi tezda bug'lanadi va undan tuz kristallari tusha boshlaydi. Astraxan cho'lidagi Baskunchak ko'lining o'zi 400 yil davomida ko'plab davlatlarni tuz bilan ta'minlashi mumkin edi.

Ba'zi hayvon organizmlari kristallarning "zavodlari" dir. Marjonlar ohak karbonatining mikroskopik kristallaridan tashkil topgan butun orollarni hosil qiladi.

Inju marvarid, shuningdek, marvarid istiridye mollyuskasi tomonidan ishlab chiqarilgan kristallardan qilingan.

Jigardagi toshlar, buyrak toshlari va siydik pufagidagi toshlar, odamlarda og'ir kasalliklarga olib keladigan toshlar kristallardir.

3. 2 Sun'iy kristall o'sishi

Kristallarning sun'iy o'sishi (laboratoriyalarda, fabrikalarda kristallarni etishtirish).

Kristallarni etishtirish fizik va kimyoviy jarayondir.

Moddalarning turli erituvchilarda eruvchanligi fizik hodisalar bilan bog'liq bo'lishi mumkin, chunki kristall panjara buziladi va issiqlik so'riladi (ekzotermik jarayon).

Kimyoviy jarayon ham sodir bo'ladi - gidroliz (tuzlarning suv bilan reaksiyasi).

Moddani tanlashda quyidagi faktlarni hisobga olish kerak:

1. Modda zaharli bo'lmasligi kerak

2. Modda barqaror va etarlicha kimyoviy toza bo'lishi kerak

3. Moddaning mavjud erituvchida erish qobiliyati

4. Olingan kristallar barqaror bo'lishi kerak

Kristallarni etishtirishning bir necha usullari mavjud.

1. Ochiq idishda (eng keng tarqalgan texnika) yoki yopiq holda keyingi kristallanish bilan o'ta to'yingan eritmalarni tayyorlash. Yopiq - sanoat usuli, uni amalga oshirish uchun juda katta shisha idish termostat simulyatsiyasi bilan suv hammomi. Idishda tayyor urug'li eritma mavjud va har 2 kunda harorat 0,1 S ga kamayadi, bu usul texnologik jihatdan to'g'ri va sof monokristallarni olish imkonini beradi; Lekin talab qiladi yuqori xarajatlar elektr va qimmatbaho uskunalar.

2. To'yingan eritmaning bug'lanishi ochiq usul, erituvchining bosqichma-bosqich bug'lanishi, masalan, tuz eritmasi bilan bo'shashmasdan yopiq idishdan, o'z-o'zidan kristallar paydo bo'lishi mumkin. Yopiq usul to'yingan eritmani eksikatorda kuchli qurituvchi (fosfor (V) oksidi yoki konsentrlangan sulfat kislota) ustida saqlashni o'z ichiga oladi.

II. Amaliy qism.

1. To'yingan eritmalardan kristallarni o'stirish

Kristallarni etishtirish uchun asos to'yingan eritma hisoblanadi.

Uskunalar va materiallar: 500 ml stakan, filtr qog'ozi, qaynatilgan suv, qoshiq, voronka, tuzlar CuSO4 * 5H2O, K2CrO4 (kaliy xromati), K2Cr2O4 (kaliy dixromat), kaliy alum, NiSO4 (nikel sulfat), NaCl (natriy), C12H22O11 (shakar).

Tuz eritmasini tayyorlash uchun toza, yaxshi yuvilgan 500 ml stakanni oling. ichiga 300 ml issiq (t=50-60C) qaynatilgan suv quyiladi. moddani kichik qismlarga stakanga quying, to'liq eritmaguncha aralashtiring. Eritma "to'yingan" bo'lganda, ya'ni modda pastki qismida qoladi, ko'proq moddalar qo'shing va eritmani xona haroratida bir kunga qoldiring. Eritmaga chang tushmasligi uchun stakanni filtr qog'ozi bilan yoping. Eritma shaffof bo'lib chiqishi kerak, shisha tagida ortiqcha moddalar kristallar shaklida tushadi.

Tayyorlangan eritmani kristall cho'kmasidan to'kib tashlang va issiqqa chidamli kolbaga soling. U erda bir oz kimyoviy toza moddani (cho'kma kristallar) joylashtiring. Kolbani suv hammomida to'liq eriguncha qizdiring. Olingan eritmani t=60-70C da yana 5 daqiqa qizdiring, toza stakanga quying, sochiq bilan o'rab, sovushini qoldiring. Bir kundan keyin stakanning pastki qismida kichik kristallar hosil bo'ladi.

2. “Kristallar” taqdimotini yaratish

Biz hosil bo'lgan kristallarni suratga olamiz va Internetdan foydalanib, taqdimot va "Kristallar" to'plamini tayyorlaymiz.

Kristallar yordamida rasm chizish

Kristallar har doim o'zlarining go'zalligi bilan mashhur bo'lgan, shuning uchun ular zargarlik buyumlari sifatida ishlatilgan. Ular kiyim-kechak, idish-tovoq va qurollarni bezashadi. Rasmlar yaratish uchun kristallardan foydalanish mumkin. Men "Quyosh botishi" manzarasini chizdim. Peyzaj yaratish uchun material sifatida etishtirilgan kristallar ishlatilgan.

Xulosa

Bu ish hozirda kristallar haqida ma'lum bo'lgan narsalarning faqat kichik bir qismini tasvirlab berdi, ammo bu ma'lumot kristallarning mohiyatida qanchalik g'ayrioddiy va sirli ekanligini ham ko'rsatdi.

Bulutlarda, tog' cho'qqilarida, qumli cho'llarda, dengiz va okeanlarda, ilmiy laboratoriyalarda, o'simlik hujayralarida, tirik va o'lik organizmlarda - biz hamma joyda kristallarni topamiz.

Ammo, ehtimol, materiyaning kristallanishi faqat bizning sayyoramizda sodir bo'ladimi? Yo'q, biz endi bilamizki, boshqa sayyoralar va uzoq yulduzlarda kristallar doimo paydo bo'lib, o'sib boradi va doimo yo'q qilinadi. Meteoritlar, kosmik xabarchilar ham kristallardan iborat bo'lib, ba'zan ularda Yerda uchramaydigan kristall moddalar mavjud.

Kristallar hamma joyda. Odamlar kristallardan foydalanishga, ulardan zargarlik buyumlarini yasashga va ularga qoyil qolishga odatlangan. Endi usullar o'rganildi sun'iy etishtirish kristallar, ularning ko'lami kengaydi va ehtimol kelajak eng yangi texnologiyalar kristallar va kristall agregatlarga tegishli.

Litsey zamonaviy texnologiyalar boshqaruv

Fizika bo'yicha referat

Kristallar va ularning xossalari

Bajarildi:

Tekshirildi:

Kirish

Kristal jismlar minerallarning turlaridan biridir.

Kristal - fizik xossalari turli yo'nalishlarda bir xil bo'lmagan, ammo parallel yo'nalishlarda bir xil bo'lgan qattiq jismlar.

Kristalli qattiq jismlar oilasi ikki guruhdan iborat - monokristallar va polikristallar. Birinchisi ba'zan geometrik muntazam tashqi shaklga ega bo'lsa, ikkinchisi, amorf jismlar kabi, berilgan moddaning o'ziga xos shakliga ega emas. ma'lum bir shakl. Ammo amorf jismlardan farqli o'laroq, polikristallarning tuzilishi geterogen va donadordir. Ular bir-biri bilan birlashgan xaotik yo'naltirilgan mayda kristallar - kristallitlar to'plamidir. Masalan, quyma temirning polikristal tuzilishi singan namunani kattalashtiruvchi oyna yordamida tekshirish orqali aniqlanishi mumkin.

Kristallar hajmi jihatidan farq qiladi. Ularning ko'pchiligini faqat mikroskop orqali ko'rish mumkin. Ammo bir necha tonna og'irlikdagi ulkan kristallar mavjud.

Kristal tuzilishi

Shakldagi kristallarning xilma-xilligi juda katta. Kristallar to'rtdan bir necha yuzgacha bo'lishi mumkin. Ammo shu bilan birga, ular ajoyib xususiyatga ega - bir xil kristallning o'lchami, shakli va yuzlari soni qanday bo'lishidan qat'i nazar, barcha tekis yuzlar bir-biri bilan ma'lum bir burchak ostida kesishadi. Tegishli yuzlar orasidagi burchaklar har doim bir xil bo'ladi. Tosh tuzi kristallari, masalan, kub, parallelepiped, prizma yoki kattaroq tana shaklida bo'lishi mumkin. murakkab shakl, lekin ularning yuzlari har doim to'g'ri burchak ostida kesishadi. Kvarts yuzlari tartibsiz olti burchakli shaklga ega, ammo yuzlar orasidagi burchaklar har doim bir xil - 120 °.

1669 yilda daniyalik Nikolay Steno tomonidan kashf etilgan burchaklarning doimiyligi qonuni kristallar fanining eng muhim qonuni - kristallografiyadir.

Kristallarning yuzlari orasidagi burchaklarni o'lchash juda katta amaliy ahamiyatga ega, chunki bu o'lchovlar natijalaridan ko'p hollarda mineralning tabiatini ishonchli aniqlash mumkin. Kristal burchaklarni o'lchash uchun eng oddiy qurilma qo'llaniladigan goniometrdir. Amaliy goniometrdan foydalanish faqat katta kristallarni o'rganish uchun mumkin, uning yordami bilan qilingan o'lchovlarning aniqligi ham past; Masalan, shakli o'xshash va mos keladigan yuzlar orasidagi burchaklari 101 ga teng bo'lgan kaltsit va nitrat kristallarini ajrating. ° Birinchisining 55" va ikkinchisining 102 ° 41,5" qo'llaniladigan goniometrdan foydalanish juda qiyin. Shuning uchun laboratoriya sharoitida kristall yuzlar orasidagi burchaklarni o'lchash odatda murakkabroq va aniqroq asboblar yordamida amalga oshiriladi.

Doimiy geometrik shakldagi kristallar tabiatda kam uchraydi. Bundaylarning birgalikdagi harakati noqulay omillar, haroratning o'zgarishi va qo'shni qattiq jismlarning yaqin atrofi o'sib borayotgan kristalning o'ziga xos shakliga ega bo'lishiga yo'l qo'ymaydi. Bundan tashqari, uzoq o'tmishda mukammal kesilgan kristallarning muhim qismi suv, shamol va boshqa qattiq moddalar bilan ishqalanish ta'sirida uni yo'qotishga muvaffaq bo'ldi. Shunday qilib, qirg'oq qumida topilishi mumkin bo'lgan ko'plab yumaloq shaffof donalar bir-biriga nisbatan uzoq vaqt ishqalanish natijasida qirralarini yo'qotgan kvarts kristallaridir.

Yo'qligini aniqlashning bir necha yo'li mavjud qattiq kristall. Ulardan eng oddiyi, lekin foydalanish uchun juda yaroqsiz bo'lganlari 18-asr oxirida tasodifiy kuzatishlar natijasida topilgan. Frantsuz olimi Ren Gaxuy o'z kollektsiyasidan kristallardan birini tasodifan tushirib yubordi. Kristal parchalarini tekshirgandan so'ng, u ularning ko'pchiligi asl namunaning kichikroq nusxalari ekanligini payqadi.

Ko'pgina kristallarning ezilganida, shakli bo'yicha asl kristalga o'xshash bo'laklarni hosil qilishning ajoyib xususiyati Hauyga barcha kristallar mikroskop ostida ko'rinmaydigan, oddiy geometrik shaklga ega bo'lgan zich o'ralgan qatorlardan iborat deb taxmin qilishga imkon berdi. berilgan modda. Manifold geometrik shakllar Gayuy nafaqat tushuntirdi turli shakllar Ulardan iborat bo'lgan "g'ishtlar", balki turli yo'llar bilan ularning o'rnatilishi.

Xayuya gipotezasi hodisaning mohiyatini - tartibli va zich joylashuvni to'g'ri aks ettirgan. strukturaviy elementlar kristallar, lekin u javob bermadi butun chiziq muhim masalalar. Shaklni saqlashning chegarasi bormi? Agar mavjud bo'lsa, eng kichik "g'isht" nima? Moddaning atomlari va molekulalari ko'p yuzli shaklga egami?

18-asrda. Ingliz olimi Robert Guk va gollandiyalik olim Kristian Gyuygens qattiq o'ralgan sharlardan muntazam ko'pburchaklar qurish imkoniyatiga e'tibor qaratdilar. Ular kristallar sferik zarrachalar - atomlar yoki molekulalardan qurilganligini taklif qilishdi. Ushbu gipotezaga ko'ra, kristallarning tashqi shakllari atomlar yoki molekulalarning zich o'rash xususiyatlarining natijasidir. Ulardan mustaqil ravishda buyuk rus olimi M.V.Lomonosov 1748 yilda shunday xulosaga keldi.

To'plar bir tekis qatlamga mahkam o'ralgan bo'lsa, har bir to'p boshqa oltita to'p bilan o'ralgan bo'lib, ularning markazlari muntazam olti burchakni tashkil qiladi. Agar ikkinchi qatlam birinchi qatlamning to'plari orasidagi teshiklar bo'ylab yotqizilgan bo'lsa, ikkinchi qatlam birinchisi bilan bir xil bo'ladi, faqat kosmosda unga nisbatan siljiydi.

To'plarning uchinchi qatlamini yotqizish ikki usulda amalga oshirilishi mumkin (1-rasm). Birinchi usulda uchinchi qatlamning sharlari birinchi qatlamning to'plari ustida joylashgan teshiklarga joylashtiriladi va uchinchi qatlam bo'lib chiqadi. aniq nusxasi birinchi. Keyinchalik qatlamlarni shu tarzda stakalashni takrorlash orqali olti burchakli yaqin o'ralgan struktura deb ataladigan struktura olinadi. Ikkinchi usulda, uchinchi qatlamning to'plari birinchi qatlamning to'plaridan yuqorida joylashgan bo'lmagan teshiklarga joylashtiriladi. Ushbu qadoqlash usuli kubikli yaqin qadoqlangan struktura deb ataladigan strukturani ishlab chiqaradi. Ikkala paket ham 74% hajmdagi to'ldirish tezligini beradi. Kosmosda to'plarni joylashtirishning boshqa hech qanday usuli, ularning deformatsiyasi bo'lmasa, hajmni to'ldirishning katta darajasini ta'minlamaydi.

Olti burchakli qadoqlash usuli yordamida to'plarni qatorga qo'yishda siz oddiy olti burchakli prizma olishingiz mumkin, ikkinchi qadoqlash usuli to'plardan kubni qurish imkoniyatiga olib keladi.

Agar atomlar yoki molekulalardan kristallar qurishda yaqin qadoqlash printsipi qo'llanilsa, kristallar tabiatda faqat olti burchakli prizmalar va kublar shaklida bo'lishi kerakdek tuyuladi. Ushbu shakldagi kristallar haqiqatan ham juda keng tarqalgan. Atomlarning olti burchakli yaqin qadoqlanishi, masalan, sink, magniy va kadmiy kristallarining shakliga mos keladi. Kubik zich qadoqlash mis, alyuminiy, kumush, oltin va boshqa bir qator metallarning kristallari shakliga mos keladi.

Ammo kristallar dunyosining xilma-xilligi bu ikki shakl bilan chegaralanmaydi.

Teng o'lchamdagi sharlarni eng yaqin qadoqlash printsipiga mos kelmaydigan kristall shakllarning mavjudligi turli sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin.

Birinchidan, kristalni yaqin qadoqlash printsipiga binoan qurish mumkin, ammo atomlardan turli o'lchamlar yoki sferikdan juda farq qiladigan shaklga ega bo'lgan molekulalardan (2-rasm). Kislorod va vodorod atomlari sharsimon shaklga ega. Bitta kislorod atomi va ikkita vodorod atomi birlashganda, ularning elektron qobig'ining o'zaro kirib borishi sodir bo'ladi. Shuning uchun suv molekulasi sferikdan sezilarli darajada farq qiladigan shaklga ega. Suv qotib qolganda, uning molekulalarining zich o'ralishi bir xil o'lchamdagi sharlarni o'rash bilan bir xil tarzda amalga oshirilmaydi.

Ikkinchidan, atomlar yoki molekulalarning qadoqlanishi va eng zichligi o'rtasidagi farqni ular o'rtasida ma'lum yo'nalishlarda kuchliroq bog'lanishlar mavjudligi bilan izohlash mumkin. Atom kristallari holatida bog'lanish yo'nalishi atomlarning tashqi elektron qobiqlarining tuzilishi bilan, molekulyar kristallarda - molekulalarning tuzilishi bilan belgilanadi.

Kristallarning tuzilishini faqat ularning tuzilishining uch o'lchovli modellari yordamida tushunish juda qiyin. Shu munosabat bilan kristalllarning tuzilishini fazoviy kristall panjara yordamida tasvirlash usuli ko'pincha qo'llaniladi. Bu fazoviy to'r bo'lib, uning tugunlari kristaldagi atomlar (molekulalar) markazlarining holatiga to'g'ri keladi. Bunday modellarni ko'rish mumkin, ammo ulardan kristallarni tashkil etuvchi zarrachalarning shakli va hajmi haqida hech narsa bilib bo'lmaydi.

Kristalli panjara birlik katakchasiga - figuraga asoslangan eng kichik o'lcham, uni ketma-ket o'tkazish orqali butun kristalni qurish mumkin. Hujayrani noyob xarakterlash uchun uning a, b va c qirralarining o'lchamlarini va a burchaklarining kattaligini ko'rsatish kerak. , b va g ular orasida. Qirralardan birining uzunligi kristall panjara doimiysi deb ataladi va hujayrani belgilaydigan oltita qiymatning butun to'plami hujayra parametrlari deb ataladi.

3-rasmda birlik katakchalarini yig'ish orqali butun bo'shliqni qanday qurish mumkinligi ko'rsatilgan.

Ko'pchilik atomlar va kristall panjaraning ko'p turlari uchun har bir atom bir birlik hujayraga tegishli emas, balki bir vaqtning o'zida bir nechta qo'shni birlik hujayralarning bir qismi ekanligiga e'tibor berish muhimdir. Masalan, tosh tuzi kristalining birlik hujayrasini ko'rib chiqaylik.

Rasmda ko'rsatilgan kristall qismini tosh tuzi kristalining elementar xujayrasi sifatida qabul qilish kerak, undan butun kristalni kosmosga o'tkazish orqali qurish mumkin. Bunday holda, hujayraning uchlarida joylashgan ionlarning har birining sakkizdan bir qismigina unga tegishli ekanligini hisobga olish kerak; hujayraning chetlarida yotgan ionlarning har birining to'rtdan bir qismi unga tegishli; Yuzlarda yotgan ionlardan ikkita qo'shni birlik hujayraning har biri ionning yarmini tashkil qiladi.

Tosh tuzining bir birligidagi natriy ionlari va xlor ionlari sonini hisoblaylik. Hujayra to'liq hujayraning markazida joylashgan bitta xlor ionini va hujayraning chetida joylashgan 12 ionning har birining to'rtdan birini o'z ichiga oladi. Bir hujayradagi umumiy xlor ionlari 1+12*1/4=4 . Birlik hujayradagi natriy ionlari yuzlarida oltita yarmi va uchlarida sakkizdan sakkizta bo'lib, jami 6*1/2+8*1/8=4.