Kristalas skiriasi nuo amorfinės kietos medžiagos. Kristaliniai ir amorfiniai kūnai: struktūra ir savybės. Koordinavimo numeris c.n.

Kietosios medžiagos yra kristaliniai ir amorfiniai kūnai. Senovėje ledas buvo vadinamas kristalu. Ir tada jie pradėjo vadinti kvarcą kristalu ir laikė šiuos mineralus suakmenėjusiu ledu. Kristalai yra natūralūs ir naudojami juvelyrikos pramonėje, optikoje, radijo inžinerijoje ir elektronikoje, kaip itin tikslių instrumentų elementų atramos, kaip itin kieta abrazyvinė medžiaga.

Kristaliniai kūnai pasižymi kietumu ir turi griežtai taisyklingą molekulių, jonų ar atomų padėtį erdvėje, todėl susidaro trimatė periodinė kristalinė gardelė (struktūra). Išoriškai tai išreiškiama tam tikra kieto kūno formos simetrija ir tam tikromis jo fizinėmis savybėmis. Išorinėje formoje kristaliniai kūnai atspindi simetriją, būdingą vidiniam dalelių „pakavimui“. Tai lemia kampų tarp visų kristalų, susidedančių iš tos pačios medžiagos, paviršių lygybę.

Juose atstumai nuo centro iki centro tarp gretimų atomų taip pat bus lygūs (jei jie yra toje pačioje tiesėje, tai šis atstumas bus vienodas per visą linijos ilgį). Tačiau atomams, esantiems tiesioje linijoje su skirtinga kryptimi, atstumas tarp atomų centrų bus skirtingas. Ši aplinkybė paaiškina anizotropiją. Anizotropija yra pagrindinis skirtumas tarp kristalinių ir amorfinių kūnų.

Daugiau nei 90% kietųjų medžiagų gali būti klasifikuojami kaip kristalai. Gamtoje jie egzistuoja pavienių kristalų ir polikristalų pavidalu. Monokristalai yra pavieniai kristalai, kurių paviršiai pavaizduoti taisyklingais daugiakampiais; Jiems būdinga ištisinė kristalinė gardelė ir fizinių savybių anizotropija.

Polikristalai yra kūnai, susidedantys iš daugybės mažų kristalų, „suaugusių“ šiek tiek chaotiškai. Polikristalai yra metalai, cukrus, akmenys, smėlis. Tokiuose kūnuose (pavyzdžiui, metalo fragmente) anizotropija dažniausiai neatsiranda dėl atsitiktinio elementų išsidėstymo, nors anizotropija būdinga atskiram šio kūno kristalui.

Kitos kristalinių kūnų savybės: griežtai apibrėžta temperatūra (kritinių taškų buvimas), stiprumas, elastingumas, elektros laidumas, magnetinis laidumas, šilumos laidumas.

Amorfinis – neturi formos. Taip šis žodis pažodžiui išverstas iš graikų kalbos. Amorfinius kūnus sukuria gamta. Pavyzdžiui, gintaras, vaškas Žmonės dalyvauja kuriant dirbtinius amorfinius kūnus – stiklą ir dervas (dirbtinius), parafiną, plastiką (polimerus), kanifoliją, naftaleną, var. neturi dėl chaotiško molekulių (atomų, jonų) išsidėstymo kūno struktūroje. Todėl bet kokiam amorfiniam kūnui jie yra izotropiniai – visomis kryptimis vienodi. Amorfiniams kūnams nėra kritinės lydymosi temperatūros, kaitinant jie palaipsniui suminkštėja ir virsta klampiais skysčiais. Amorfiniams kūnams priskiriama tarpinė (pereinamoji) padėtis tarp skysčių ir kristalinių kūnų: esant žemai temperatūrai, jie sukietėja ir tampa elastingi, be to, susidūrę gali suskilti į beformius gabalus. Esant aukštai temperatūrai, tie patys elementai pasižymi plastiškumu, tampa klampiais skysčiais.

Dabar jūs žinote, kas yra kristaliniai kūnai!

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru/

Įvadas

1 skyrius. Kristaliniai ir amorfiniai kūnai

1.1 Idealūs kristalai

1.2 Pavieniai kristalai ir kristaliniai agregatai

1.3 Polikristalai

2 skyrius. Kristalų simetrijos elementai

3 skyrius. Kietųjų medžiagų defektų tipai

3.1 Taško defektai

3.2 Linijiniai defektai

3.3 Paviršiaus defektai

3.4 Tūriniai defektai

4 skyrius. Kristalų gavimas

5 skyrius. Kristalų savybės

Išvada

Bibliografija

Įvadas

Kristalai yra vienas gražiausių ir paslaptingiausių gamtos kūrinių. Šiuo metu kristalografijos mokslas tiria kristalų įvairovę. Ji atskleidžia šios įvairovės vienybės požymius, tiria tiek pavienių kristalų, tiek kristalinių agregatų savybes ir struktūrą. Kristalografija yra mokslas, kuris visapusiškai tiria kristalinę medžiagą. Šis darbas taip pat skirtas kristalams ir jų savybėms.

Šiuo metu kristalai plačiai naudojami moksle ir technikoje, nes turi ypatingų savybių. Tokios kristalų naudojimo sritys kaip puslaidininkiai, superlaidininkai, kvantinė elektronika ir daugelis kitų reikalauja gilaus supratimo apie kristalų fizinių savybių priklausomybę nuo jų cheminės sudėties ir struktūros.

Šiuo metu yra žinomi dirbtinio kristalų auginimo būdai. Kristalą galima auginti įprastoje stiklinėje, tam reikia tik tam tikro tirpalo ir priežiūros, su kuria reikia prižiūrėti augantį kristalą.

Gamtoje yra labai daug įvairių kristalų, taip pat yra daug įvairių kristalų formų. Iš tikrųjų beveik neįmanoma pateikti apibrėžimo, kuris būtų taikomas visiems kristalams. Čia į pagalbą galima pasitelkti kristalų rentgeno analizės rezultatus. Rentgeno spinduliai leidžia pajusti atomus kristalinio kūno viduje ir nustatyti jų erdvinę vietą. Dėl to buvo nustatyta, kad absoliučiai visi kristalai yra sukurti iš elementariųjų dalelių, esančių kristalinio kūno viduje.

Visose be išimties kristalinėse struktūrose daug identiškų atomų galima atskirti nuo atomų, išsidėsčiusių kaip erdvinės gardelės mazgai. Norėdami įsivaizduoti tokią grotelę, mintyse užpildykime erdvę daugybe lygiagrečių gretasienių, orientuotų lygiagrečiai ir liečiančių ištisus veidus. Paprasčiausias tokio pastato pavyzdys – identiškų plytų mūras. Jei pasirinksime atitinkamus taškus plytų viduje, pavyzdžiui, jų centrus ar viršūnes, gausime erdvinės gardelės modelį. Visi be išimties kristaliniai kūnai pasižymi gardelės sandara.

Kristalai vadinami " visos kietosios medžiagos, kuriose sudedamosios dalelės (atomai, jonai, molekulės) išsidėsčiusios griežtai taisyklingai kaip erdvinių gardelių mazgaiŠis apibrėžimas yra kuo artimesnis tiesai, jis tinka bet kokiems vienalyčiams kristaliniams kūnams: rutuliams (kristalo forma, neturinti veidų, briaunų ar išsikišusių viršūnių), grūdeliai ir plokščios formos figūros.

1 skyrius.Kristaliniai ir amorfiniai kūnai

Pagal fizines savybes ir molekulinę struktūrą kietosios medžiagos skirstomos į dvi klases – amorfines ir kristalines kietąsias medžiagas.

Būdingas amorfinių kūnų bruožas yra jų izotropiškumas, t.y. visų fizikinių savybių (mechaninių, optinių ir kt.) nepriklausomumas nuo krypties. Molekulės ir atomai izotropinėse kietosiose medžiagose yra išsidėstę atsitiktinai, sudarydami tik mažas vietines grupes, kuriose yra keletas dalelių (trumpojo nuotolio tvarka). Savo struktūra amorfiniai kūnai yra labai arti skysčių.

Amorfinių kūnų pavyzdžiai yra stiklas, įvairios sukietintos dervos (gintaras), plastikai ir kt. Jei amorfinis kūnas yra šildomas, jis palaipsniui minkštėja, o perėjimas į skystą būseną trunka nemažą temperatūros diapazoną.

Kristaliniuose kūnuose dalelės išsidėsčiusios griežta tvarka, suformuodamos erdvines periodiškai pasikartojančias struktūras visame kūno tūryje. Vizualiai pavaizduoti tokias struktūras, erdvines kristalinės grotelės, kurio mazguose yra tam tikros medžiagos atomų arba molekulių centrai.

Kiekvienoje erdvinėje gardelėje galima išskirti minimalaus dydžio konstrukcinį elementą, kuris vadinamas vieneto ląstelė.

Ryžiai. 1. Kristalinių gardelių tipai: 1 - paprastoji kubinė gardelė; 2 - į veidą orientuota kubinė grotelė; 3 - į kūną orientuota kubinė grotelė; 4 - šešiakampė grotelė

Paprastoje kubinėje gardelėje dalelės yra kubo viršūnėse. Į veidą nukreiptoje grotelėje dalelės yra ne tik kubo viršūnėse, bet ir kiekvienos jo pusės centruose. Kūno centre esančioje kubinėje grotelėje kiekvieno kubinio vieneto ląstelės centre yra papildoma dalelė.

Reikia atsiminti, kad kristaluose esančios dalelės yra sandariai supakuotos, todėl atstumas tarp jų centrų yra maždaug lygus dalelių dydžiui. Kristalinių gardelių vaizde nurodoma tik dalelių centrų padėtis.

1. 1 Tobuli kristalai

Taisyklinga geometrinė kristalų forma patraukė tyrinėtojų dėmesį dar ankstyvosiose kristalografijos raidos stadijose ir leido sukurti tam tikras hipotezes apie jų vidinę sandarą.

Jei laikysime idealų kristalą, jame nerasime jokių pažeidimų, visos identiškos dalelės yra identiškose lygiagrečiose eilėse. Jei savavališkam taškui pritaikysime tris ne vienoje plokštumoje esančius elementarius vertimus ir be galo kartosime erdvėje, gausime erdvinę gardelę, t.y. trimatė lygiaverčių mazgų sistema. Taigi idealiame kristale medžiagos dalelių išsidėstymas pasižymi griežtu trimačiu periodiškumu. Ir norint susidaryti aiškų supratimą apie modelius, susijusius su geometriškai teisinga vidine kristalų struktūra, kristalografijos laboratorinėse klasėse jie paprastai naudoja idealiai suformuotų kristalų modelius išgaubtų daugiasluoksnių plokščių paviršių ir tiesių kraštų pavidalu. Tiesą sakant, tikrų kristalų paviršiai nėra visiškai plokšti, nes jiems augant jie pasidengia gumbais, šiurkštumu, grioveliais, augimo duobėmis, vicinalais (veideliais, kurie visiškai arba iš dalies nukrypsta nuo idealios padėties), augimo ar tirpimo spiralėmis, ir tt .

Tobulas kristalas- tai fizinis modelis, kuris yra begalinis monokristalas, kuriame nėra priemaišų ar struktūrinių defektų. Skirtumas tarp tikrų ir idealių kristalų yra dėl jų dydžio ribotumo ir defektų buvimo. Kai kurių defektų (pavyzdžiui, priemaišų, tarpkristalinių ribų) tikruose kristaluose galima beveik visiškai išvengti naudojant specialius augimo, atkaitinimo ar gryninimo metodus. Tačiau esant temperatūrai T>0K, kristalai visada turi baigtinę (termiškai aktyvuotų) laisvų vietų ir intersticinių atomų koncentraciją, kurių skaičius pusiausvyroje mažėja eksponentiškai mažėjant temperatūrai.

Kristalinės medžiagos gali egzistuoti pavienių kristalų arba polikristalinių mėginių pavidalu.

Vienas kristalas yra kieta medžiaga, kurioje taisyklinga struktūra apima visą medžiagos tūrį. Pavieniai kristalai randami gamtoje (kvarcas, deimantas, smaragdas) arba yra gaminami dirbtiniu būdu (rubinas).

Polikristaliniai mėginiai susideda iš daugybės mažų, atsitiktinai orientuotų, įvairaus dydžio kristalų, kurie gali būti sujungti tam tikromis sąveikos jėgomis.

1. 2 Monokristalaslydiniai ir kristaliniai agregatai

Monokristalas- atskiras vienalytis kristalas, turintis ištisinę kristalinę gardelę ir kartais turintis fizinių savybių anizotropiją. Vieno kristalo išorinę formą lemia jo atominė kristalinė gardelė ir kristalizacijos sąlygos (daugiausia greitis ir vienodumas). Lėtai augantis monokristalas beveik visada įgauna aiškiai apibrėžtą natūralų pjūvį esant nepusiausvyros kristalizacijos sąlygoms (vidutinis augimo greitis), pjūvis atrodo silpnai. Esant dar didesniam kristalizacijos greičiui, vietoj vieno kristalo susidaro vienalyčiai polikristalai ir polikristaliniai agregatai, susidedantys iš daugybės skirtingai orientuotų mažų pavienių kristalų. Briaunuotų natūralių monokristalų pavyzdžiai yra pavieniai kvarco, akmens druskos, Islandijos špato, deimanto ir topazo kristalai. Ypatingomis sąlygomis auginami puslaidininkinių ir dielektrinių medžiagų pavieniai kristalai turi didelę pramoninę reikšmę. Visų pirma, pavieniai silicio kristalai ir dirbtiniai III (trečios) grupės elementų lydiniai su periodinės lentelės V grupės (penktosios) elementais (pavyzdžiui, GaAs galio arsenidas) yra šiuolaikinės kietojo kūno elektronikos pagrindas. Pavieniai metalų ir jų lydinių kristalai neturi ypatingų savybių ir praktiškai nenaudojami. Itin grynų medžiagų pavieniai kristalai turi tas pačias savybes, nepaisant jų paruošimo būdo. Kristalizacija vyksta netoli lydymosi temperatūros (kondensacija) iš dujinių (pavyzdžiui, šalčio ir snaigių), skystos (dažniausiai) ir kietos amorfinės būsenos, išsiskiriant šilumai. Kristalizacija iš dujų ar skysčio turi galingą valymo mechanizmą: lėtai augančių pavienių kristalų cheminė sudėtis yra beveik ideali. Beveik visi teršalai lieka (kaupiasi) skystyje arba dujose. Taip atsitinka todėl, kad augant kristalinei gardelei įvyksta spontaniška reikiamų atomų (molekulių molekuliniams kristalams) atranka ne tik pagal jų chemines savybes (valentingumą), bet ir pagal dydį.

Šiuolaikinės technologijos nebestokoja riboto natūralių kristalų savybių rinkinio (ypač puslaidininkiniams lazeriams kurti), o mokslininkai sugalvojo metodą, kaip sukurti į kristalą panašias medžiagas, turinčias tarpinių savybių, auginant pakaitomis itin plonus kristalų sluoksnius su panašiais kristalais. gardelės parametrai.

Skirtingai nuo kitų agregacijos būsenų, kristalinė būsena yra įvairi. Tos pačios sudėties molekulės gali būti supakuotos į kristalus įvairiais būdais. Fizinės ir cheminės medžiagos savybės priklauso nuo pakavimo būdo. Taigi tos pačios cheminės sudėties medžiagos dažnai turi skirtingas fizines savybes. Tokia įvairovė nebūdinga skystai, bet neįmanoma dujinei.

Jei paimtume, pavyzdžiui, įprastą valgomąją druską, atskirus kristalus nesunku įžiūrėti net be mikroskopo.

Jei norime pabrėžti, kad turime reikalą su vienu atskiru kristalu, vadinsime jį vienas kristalas, norint pabrėžti, kad kalbame apie daugybės kristalų sankaupą, vartojamas terminas kristalinis agregatas. Jei atskiri kristalai kristaliniame agregate beveik nėra briaunoti, tai galima paaiškinti tuo, kad kristalizacija daugelyje medžiagos taškų prasidėjo vienu metu ir jos greitis buvo gana didelis. Augantys kristalai yra kliūtis vienas kitam ir neleidžia teisingai pjauti kiekvieną iš jų.

Šiame darbe daugiausia kalbėsime apie pavienius kristalus, o kadangi jie yra kristalinių agregatų komponentai, jų savybės bus panašios į agregatų savybes.

1. 3 polikristalai

Polikristalas- bet kokios medžiagos mažų kristalų sankaupa, kartais vadinama kristalitais arba kristalų grūdeliais dėl savo netaisyklingos formos. Daugelis natūralios ir dirbtinės kilmės medžiagų (mineralai, metalai, lydiniai, keramika ir kt.) yra polikristalinės.

Savybės ir gavimas. Polikristalų savybes lemia juos sudarančių kristalinių grūdelių savybės, vidutinis jų dydis, kuris svyruoja nuo 1-2 mikronų iki kelių milimetrų (kai kuriais atvejais iki kelių metrų), kristalografinė grūdelių orientacija ir grūdų ribų struktūra. Jei grūdeliai yra atsitiktinai orientuoti ir jų dydžiai yra maži, palyginti su polikristalo dydžiu, tai polikristale neatsiranda monokristalams būdingos fizikinių savybių anizotropijos. Jei polikristalas turi vyraujančią kristalografinę grūdelių orientaciją, tai polikristalas yra tekstūruotas ir šiuo atveju turi savybių anizotropiją. Grūdų ribų buvimas reikšmingai įtakoja fizikines, ypač mechanines, polikristalų savybes, nes ribose vyksta laidumo elektronų, fononų sklaida, dislokacijų stabdymas ir kt.

Polikristalai susidaro kristalizacijos, polimorfinių virsmų ir kristalinių miltelių sukepinimo metu. Polikristalas yra mažiau stabilus nei monokristalas, todėl ilgai atkaitinant polikristalą, vyksta perkristalizacija (vyraujantis atskirų grūdelių augimas kitų sąskaita), todėl susidaro dideli kristaliniai blokai.

2 skyrius. Kristaliniai simetrijos elementai

Simetrijos ir asimetrijos sąvokos moksle atsirado nuo seniausių laikų kaip estetinis kriterijus, o ne griežtai moksliniai apibrėžimai. Prieš atsirandant simetrijos idėjai, matematika, fizika ir gamtos mokslai apskritai buvo panašūs į atskiras idėjų, teorijų ir dėsnių salas, kurios buvo beviltiškai izoliuotos viena nuo kitos ir netgi prieštaraujančios. Simetrija apibūdina ir žymi sintezės epochą, kai skirtingi mokslo žinių fragmentai susilieja į vientisą, holistinį pasaulio vaizdą. Viena pagrindinių šio proceso tendencijų yra mokslo žinių matematizavimas.

Simetrija dažniausiai laikoma ne tik fundamentaliu mokslo žinių paveikslu, nustatančiu vidinius ryšius tarp sistemų, teorijų, dėsnių ir sąvokų, bet ir priskiriama tokiems esminiams atributams kaip erdvė ir laikas, judėjimas. Šia prasme simetrija lemia materialaus pasaulio struktūrą ir visus jo komponentus. Simetrija turi daugialypį ir daugiapakopį pobūdį. Pavyzdžiui, fizinių žinių sistemoje simetrija nagrinėjama reiškinių, šiuos reiškinius apibūdinančių dėsnių ir šiuos dėsnius pagrindžiančių principų lygmeniu, o matematikoje – aprašant geometrinius objektus. Simetriją galima suskirstyti į:

· struktūrinis;

· geometrinis;

· dinaminis, apibūdinantis, atitinkamai, kristalografinį,

matematinius ir fizikinius šios sąvokos aspektus.

Paprasčiausios simetrijos gali būti pavaizduotos geometriškai mūsų įprastoje trimatėje erdvėje, todėl yra vizualios. Tokios simetrijos siejamos su geometrinėmis operacijomis, kurios aptariamą kūną sutampa su pačiu savimi. Jie sako, kad simetrija pasireiškia kūno ar sistemos nekintamumu (nekintamumu) tam tikros operacijos atžvilgiu. Pavyzdžiui, rutulys (be jokių žymių jos paviršiuje) yra nekintamas bet kokio sukimosi metu. Tai rodo jo simetriją. Sfera su ženklu, pavyzdžiui, taško pavidalu, sutampa su savimi tik tada, kai pasukama, o po to ant jos esantis ženklas grįžta į pradinę padėtį. Mūsų trimatė erdvė yra izotropinė. Tai reiškia, kad kaip rutulys be ženklų, bet kuriuo sukimu jis sutampa su savimi. Erdvė yra neatsiejamai susijusi su materija. Todėl mūsų Visata taip pat yra izotropinė. Erdvė taip pat yra vienalytė. Tai reiškia, kad ji (ir mūsų Visata) turi simetriją poslinkio operacijos atžvilgiu. Laikas turi tą pačią simetriją.

Be paprastų (geometrinių) simetrijų, fizikoje plačiai sutinkamos ir labai sudėtingos, vadinamosios dinaminės simetrijos, tai yra simetrijos, susijusios ne su erdve ir laiku, o su tam tikro tipo sąveika. Jie nėra vizualūs, o net patys paprasčiausi, pavyzdžiui, vadinamieji matuoklio simetrijos, sunku paaiškinti nenaudojant gana sudėtingos fizinės teorijos. Kai kurie išsaugojimo dėsniai taip pat atitinka fizikos matuoklio simetrijas. Pavyzdžiui, elektromagnetinių potencialų matuoklio simetrija lemia elektros krūvio išsaugojimo dėsnį.

Socialinės praktikos eigoje žmonija sukaupė daug faktų, rodančių tiek griežtą tvarkingumą, balansą tarp visumos dalių, tiek šios tvarkos pažeidimus. Šiuo atžvilgiu galima išskirti šias penkias simetrijos kategorijas:

· simetrija;

· asimetrija;

· disimetrija;

· antisimetrija;

· supersimetrija.

Asimetrija . Asimetrija – tai asimetrija, t.y. būsena, kurioje nėra simetrijos. Tačiau Kantas taip pat sakė, kad neigimas niekada nėra paprasta išimtis arba atitinkamo teigiamo turinio nebuvimas. Pavyzdžiui, judėjimas yra ankstesnės būsenos neigimas, objekto pasikeitimas. Judėjimas neigia poilsį, tačiau poilsis nėra judėjimo nebuvimas, nes informacijos yra labai mažai ir ši informacija yra klaidinga. Poilsio netrūksta, kaip ir judėjimo, nes tai dvi tos pačios esmės pusės. Poilsis yra dar vienas judėjimo aspektas.

Taip pat nėra visiško simetrijos nebuvimo. Figūra, neturinti simetrijos elemento, vadinama asimetrine. Tačiau griežtai kalbant, taip nėra. Asimetriškų figūrų atveju simetrijos sutrikimas tiesiog baigiasi, bet ne visiškas simetrijos nebuvimas, nes šioms figūroms vis dar būdingas begalinis skaičius pirmos eilės ašių, kurios taip pat yra simetrijos elementai.

Asimetrija siejama su visų simetrijos elementų nebuvimu objekte. Toks elementas nedalomas į dalis. Pavyzdys yra žmogaus ranka. Asimetrija yra simetrijai priešinga kategorija, kuri atspindi objektyviame pasaulyje egzistuojančius disbalansus, susijusius su visumos dalių kaita, plėtra ir pertvarkymu. Kaip mes kalbame apie judėjimą, reiškiantį judėjimo ir poilsio vienovę, taip ir simetrija ir asimetrija yra dvi polinės objektyvaus pasaulio priešingybės. Tikroje gamtoje nėra grynos simetrijos ir asimetrijos. Jie visada yra vienybėje ir nuolatinėje kovoje.

Skirtinguose materijos išsivystymo lygiuose egzistuoja arba simetrija (santykinė tvarka), arba asimetrija (polinkis trikdyti ramybę, judėjimą, vystymąsi), tačiau šios dvi tendencijos visada yra vieningos ir jų kova yra absoliuti. Tikri, net patys tobuliausi kristalai savo struktūra toli gražu nėra idealios formos ir idealios simetrijos kristalai, vertinami kristalografijoje. Juose yra didelių nukrypimų nuo idealios simetrijos. Jie taip pat turi asimetrijos elementų: išnirimų, laisvų vietų, kurios turi įtakos jų fizinėms savybėms.

Simetrijos ir asimetrijos apibrėžimai rodo universalų, bendrą simetrijos ir asimetrijos, kaip materialaus pasaulio savybių, pobūdį. Analizuojant simetrijos sampratą fizikoje ir matematikoje (su retomis išimtimis) simetrija yra absoliutizuojama ir asimetrija aiškinama kaip simetrijos ir tvarkos nebuvimas. Simetrijos antipodas atrodo kaip grynai neigiama sąvoka, tačiau verta dėmesio. Didelis susidomėjimas asimetrija kilo XIX amžiaus viduryje, siejant su L. Pasteur eksperimentais tiriant ir atskiriant stereoizomerus.

Dissimetrija . Dissimetrija – tai vidinė, arba nusiminusi, simetrija, t.y. objektui trūksta kai kurių simetrijos elementų. Pavyzdžiui, upių, tekančių išilgai žemės dienovidinių, vienas krantas yra aukštesnis už kitą (Šiaurės pusrutulyje dešinysis krantas yra aukštesnis už kairįjį, o Pietų pusrutulyje – atvirkščiai). Pasak Pasteur, disimetrinė figūra yra tokia, kurios negalima sujungti su veidrodiniu vaizdu, naudojant paprastą superpoziciją. Disimetrinio objekto simetrijos dydis gali būti savavališkai didelis. Dissimetrija plačiausia jos supratimo prasme gali būti apibrėžta kaip bet kokia aproksimacija nuo be galo simetriško objekto iki be galo asimetriško objekto.

Antisimetrija . Antisimetrija vadinama priešinga simetrija arba priešingų simetrija. Tai siejama su figūros ženklo pasikeitimu: dalelės – antidalelės, išgaubimas – įdubimas, juodas – baltas, įtempimas – suspaudimas, pirmyn – atgal ir kt. Šią koncepciją galima paaiškinti dviejų porų juodų ir baltų pirštinių pavyzdžiu. Jei dvi poros juodų ir baltų pirštinių yra pasiūtos iš odos gabalo, kurio abi pusės yra nudažytos atitinkamai baltai ir juodai, tada jas galima atskirti dešiniųjų - kairiųjų, spalvos - juodumo ir baltumo pagrindu. kitaip tariant, ženklų informatizmo ir kažkokio kito ženklo pagrindu. Antisimetrijos operacija susideda iš įprastų simetrijos operacijų, kartu pakeičiant antrąjį paveikslo požymį.

Supersimetrija Paskutiniaisiais XX amžiaus dešimtmečiais pradėjo kurtis supersimetrijos modelis, kurį pasiūlė rusų teoretikai Gelfandas ir Lichtmanas. Paprasčiau tariant, jų mintis buvo tokia, kad, kaip yra įprasti erdvės ir laiko matmenys, taip pat turi būti papildomų matmenų, kuriuos būtų galima išmatuoti vadinamaisiais Grassmanno skaičiais. Kaip sakė S. Hawkingas, net mokslinės fantastikos rašytojai nesugalvojo nieko tokio keisto kaip Grassmanno matmenys. Pagal mūsų įprastą aritmetiką, jei skaičius 4, padaugintas iš 6, yra toks pat kaip 6, padaugintas iš 4. Tačiau keisčiausias dalykas dėl Grassmanno skaičių yra tas, kad jei X padauginamas iš Y, ​​tai yra lygus minus Y padaugintam iš X. Jaučiate Kiek tai toli nuo mūsų klasikinių idėjų apie gamtą ir jos apibūdinimo metodus?

Simetrija taip pat gali būti laikoma judėjimo formomis arba vadinamosiomis simetrijos operacijomis. Galima išskirti šias simetrijos operacijas:

· atspindys simetrijos plokštumoje (atspindys veidrodyje);

sukimasis aplink simetrijos ašį ( sukimosi simetrija);

· atspindys simetrijos centre (inversija);

perkelti ( transliacija) figūros per atstumą;

· varžtų posūkiai;

· permutacijos simetrija.

Atspindys simetrijos plokštumoje . Atspindys yra garsiausias ir dažniausiai sutinkamas simetrijos tipas gamtoje. Veidrodis tiksliai atkartoja tai, ką „mato“, tačiau svarstoma tvarka yra atvirkštinė: jūsų dviguba dešinė ranka iš tikrųjų bus kairioji, nes pirštai išdėstyti atvirkštine tvarka. Tikriausiai visiems nuo vaikystės žinomas filmas „Kreivų veidrodžių karalystė“, kuriame visų veikėjų vardai buvo skaitomi atvirkštine tvarka. Veidrodinę simetriją galima rasti visur: augalų lapuose ir žieduose, architektūroje, ornamentuose. Žmogaus kūnas, jei kalbėtume tik apie jo išvaizdą, turi veidrodinę simetriją, nors ir ne visai griežtą. Be to, veidrodinė simetrija būdinga beveik visų gyvų būtybių kūnams, ir toks sutapimas jokiu būdu nėra atsitiktinis. Vargu ar galima pervertinti veidrodžio simetrijos sampratos svarbą.

Viskas, ką galima padalyti į dvi veidrodines puses, turi veidrodinę simetriją. Kiekviena iš pusių tarnauja kaip kitos veidrodinis vaizdas, o jas skirianti plokštuma vadinama veidrodinio atspindžio plokštuma arba tiesiog veidrodine plokštuma. Ši plokštuma gali būti vadinama simetrijos elementu, o atitinkama operacija gali būti vadinama simetrijos operacija . Su trimačiais simetriškais raštais susiduriame kiekvieną dieną: tai daugybė šiuolaikinių gyvenamųjų pastatų, o kartais sandėliuose sukrauti ištisi blokai, dėžės ir dėžės sudaro kristalinę gardelę – trimačio elementą simetrija. Visais šiais atvejais tinkama vieta leidžia ekonomiškai išnaudoti erdvę ir užtikrina stabilumą.

Puikus veidrodinės simetrijos pavyzdys literatūroje yra „keičianti“ frazė: „Ir rožė nukrito ant Azoro letenos“. . Šioje eilutėje veidrodžio simetrijos centras yra raidė „n“, kurios atžvilgiu visos kitos raidės (neatsižvelgiant į tarpus tarp žodžių) yra išdėstytos viena kitai priešinga tvarka.

Sukimosi simetrija . Rašto išvaizda nepasikeis, jei jis bus pasuktas tam tikru kampu aplink savo ašį. Simetrija, kuri atsiranda šiuo atveju, vadinama sukimosi simetrija . Pavyzdys yra vaikiškas žaidimas „smeigtukas“ su sukimosi simetrija. Daugelyje šokių figūros yra pagrįstos sukamaisiais judesiais, dažnai atliekamais tik viena kryptimi (t. y. be atspindžio), pavyzdžiui, apvalūs šokiai.

Daugelio augalų lapai ir žiedai pasižymi radialine simetrija. Tai simetrija, kurioje lapas ar gėlė, apsisukę aplink simetrijos ašį, virsta savimi. Audinių, sudarančių augalo šaknį ar stiebą, skerspjūviuose aiškiai matoma radialinė simetrija. Daugelio gėlių žiedynai taip pat turi radialinę simetriją.

Atspindys simetrijos centre . Aukščiausios simetrijos objekto, apibūdinančio šią simetrijos operaciją, pavyzdys yra rutulys. Gamtoje gana plačiai paplitusios rutulio formos. Jie paplitę atmosferoje (rūko lašeliai, debesys), hidrosferoje (įvairūs mikroorganizmai), litosferoje ir erdvėje. Augalų sporos ir žiedadulkės, vandens lašai, išleidžiami nesvarumo būsenoje erdvėlaivyje, turi sferinę formą. Metagalaktikos lygmenyje didžiausios sferinės struktūros yra sferinės galaktikos. Kuo tankesnis galaktikų spiečius, tuo jis arčiau sferinės formos. Žvaigždžių spiečiai taip pat yra sferiniai.

Vertimas arba figūros perkėlimas per atstumą . Vertimas arba lygiagretus figūros perkėlimas per atstumą yra bet koks neribotai pasikartojantis modelis. Jis gali būti vienmatis, dvimatis, trimatis. Vertimas tomis pačiomis arba priešingomis kryptimis sudaro vienmatį modelį. Vertimas dviem nelygiagrečiomis kryptimis sudaro dvimatį modelį. Parketo grindys, tapetų raštai, nėrinių juostos, plytomis ar plytelėmis grįsti takai, kristalinės figūros formuoja raštus, neturinčius natūralių ribų. Tiriant knygų spaudoje naudojamus raštus, atrasti tie patys simetrijos elementai kaip ir projektuojant plytelėmis išklotas grindis. Dekoratyvinės ribos siejamos su muzika. Muzikoje simetriškos konstrukcijos elementai apima kartojimo (vertimo) ir apvertimo (refleksijos) operacijas. Būtent šie simetrijos elementai randami kraštinėse. Nors dauguma muzikos nėra griežtai simetriška, daugelis muzikos kūrinių yra pagrįsti simetrijos operacijomis. Jie ypač pastebimi vaikiškose dainelėse, kurias, matyt, taip lengva įsiminti. Simetrijos operacijų aptinkama viduramžių ir Renesanso, baroko epochos muzikoje (dažnai labai įmantria forma). Tuo metu, kai I.S. Bacho, kai simetrija buvo svarbus kompozicijos principas, plačiai paplito savotiškas muzikinis dėlionė. Vienas iš jų buvo išspręsti paslaptingus „kanonus“. „Canon“ yra polifoninės muzikos forma, pagrįsta temos, vadovaujamos vienu balsu, įgyvendinimu kitais balsais. Kompozitorius siūlydavo temą, o klausytojai turėdavo atspėti simetrijos operacijas, kurias ketino panaudoti kartodamas temą.

Gamta dėlioja priešingo tipo galvosūkius: mums siūlomas užbaigtas kanonas, ir mes turime rasti taisykles bei motyvus, kuriais grindžiami esami šablonai ir simetrija, ir atvirkščiai, ieškoti šablonų, kurie atsiranda kartojant motyvą pagal skirtingas taisykles. Pirmasis požiūris veda į materijos struktūros, meno, muzikos ir mąstymo tyrimą. Antrasis požiūris susiduria su dizaino ar plano problema, kuri menininkams, architektams, muzikantams ir mokslininkams rūpėjo nuo seno.

Sraigtiniai posūkiai . Vertimas gali būti derinamas su atspindžiu arba sukimu, o tai sukuria naujas simetrijos operacijas. Pasukimas tam tikru laipsnių skaičiumi, kartu su poslinkiu per atstumą išilgai sukimosi ašies, sukuria spiralinę simetriją – spiralinių laiptų simetriją. Sraigtinės simetrijos pavyzdys yra lapų išdėstymas ant daugelio augalų stiebo. Saulėgrąžų galvoje yra ūgliai, išdėstyti geometrinėmis spiralėmis, išsivyniojantys iš centro į išorę. Jauniausi spiralės nariai yra centre. Tokiose sistemose galima pastebėti dvi spiralių šeimas, išsivyniojančias priešingomis kryptimis ir susikertančias kampais, artimais tiesioms linijoms. Tačiau kad ir kokios įdomios ir patrauklios būtų simetrijos apraiškos augalų pasaulyje, vis dar yra daug paslapčių, kurios valdo vystymosi procesus. Sekdami Goethe, kuris kalbėjo apie gamtos polinkį į spiralę, galime daryti prielaidą, kad šis judėjimas vyksta logaritmine spirale, kiekvieną kartą pradedant nuo centrinio, fiksuoto taško ir derinant transliacinį judėjimą (tempimą) su sukimu.

Komutavimo simetrija . Tolesnis fizinių simetrijų skaičiaus didėjimas yra susijęs su kvantinės mechanikos raida. Vienas iš ypatingų simetrijos tipų mikrokosmose yra permutacijos simetrija. Jis pagrįstas esminiu identiškų mikrodalelių, kurios nejuda tam tikromis trajektorijomis, neatskiriamumu, o jų padėtis įvertinama pagal tikimybines charakteristikas, susijusias su bangos funkcijos modulio kvadratu. Komutavimo simetrija slypi tame, kad kai kvantinės dalelės „pertvarkomos“, banginės funkcijos kvadratinis modulis nesikeičia.

Panašumo simetrija . Kitas simetrijos tipas – panašumo simetrija, susijusi su tuo pačiu metu didėjančiu arba mažintu panašių figūros dalių ir atstumų tarp jų. Tokios simetrijos pavyzdys yra lėlė matrioška. Tokia simetrija labai paplitusi gyvojoje gamtoje. Tai rodo visi augantys organizmai.

Simetrijos klausimai šiuolaikinėje fizikoje vaidina lemiamą vaidmenį. Dinaminiams gamtos dėsniams būdingos tam tikros simetrijos rūšys. Bendrąja prasme fizinių dėsnių simetrija reiškia jų nekintamumą tam tikrų transformacijų atžvilgiu. Taip pat reikėtų pažymėti, kad nagrinėjamos simetrijos rūšys turi tam tikras taikymo ribas. Pavyzdžiui, dešinės ir kairės pusės simetrija egzistuoja tik stiprios elektromagnetinės sąveikos srityje, o silpnose – sulaužoma. Izotopinis invariantas galioja tik tada, kai atsižvelgiama į elektromagnetines jėgas. Norėdami pritaikyti simetrijos sąvoką, galite įvesti tam tikrą struktūrą, kurioje atsižvelgiama į keturis veiksnius:

· tiriamas objektas ar reiškinys;

· transformacija, kurios atžvilgiu nagrinėjama simetrija;

· Bet kokių objekto ar reiškinio savybių, išreiškiančių nagrinėjamą simetriją, nekintamumas. Fizikinių dėsnių simetrijos ir išsaugojimo dėsnių ryšys;

· įvairių simetrijos tipų pritaikymo ribos.

Fizinių sistemų ar dėsnių simetrijos savybių tyrimas reikalauja naudoti specialią matematinę analizę, pirmiausia grupių teorijos sąvokas, kurios šiuo metu labiausiai išplėtotos kietojo kūno fizikoje ir kristalografijoje.

3 skyrius. Kietųjų medžiagų defektų tipai

Visos tikros kietosios medžiagos, tiek vienakristalinės, tiek polikristalinės, turi vadinamųjų struktūrinių defektų, kurių tipai, koncentracijos ir elgesys yra labai įvairūs ir priklauso nuo prigimties, medžiagų gavimo sąlygų ir išorinių poveikių pobūdžio. Dauguma defektų, atsirandančių dėl išorinių poveikių, yra termodinamiškai nestabilūs, o sistemos būklė šiuo atveju yra sužadinta (nepusiausvyra). Tokie išoriniai poveikiai gali būti temperatūra, slėgis, apšvitinimas dalelėmis ir didelės energijos kvantais, priemaišų patekimas, fazinis sukietėjimas polimorfinių ir kitų virsmų metu, mechaniniai poveikiai ir kt. Perėjimas į pusiausvyros būseną gali vykti įvairiais būdais ir kaip taisyklė, realizuojama per eilę metastabilių būsenų.

Tos pačios rūšies defektai, sąveikaujantys su to paties ar kito tipo defektais, gali sunaikinti arba suformuoti naujas defektų asociacijas. Šiuos procesus lydi sistemos energijos sumažėjimas.

Remiantis krypčių N, kuriomis tęsiasi tam tikro defekto sukeltas periodinio atomų išsidėstymo kristalinėje gardelėje pažeidimas, skaičiumi, išskiriami defektai:

· Taškas (nulinis matmuo, N=0);

· Linijinis (vienmatis, N=1);

· Paviršius (dvimatis, N=2);

· Tūris (trimatis, N=3);

Dabar mes išsamiai apsvarstysime kiekvieną defektą.

3.1 Taškų defektai

Iki nulinio matmens (arba tašką) kristalų defektai apima visus defektus, susijusius su nedidelės atomų grupės poslinkiu ar pakeitimu, taip pat su priemaišomis. Jie atsiranda kaitinant, naudojant dopingą, augant kristalams ir dėl radiacijos poveikio. Jie taip pat gali būti įvesti dėl implantacijos. Geriausiai ištirtos tokių defektų savybės ir jų susidarymo mechanizmai, įskaitant judėjimą, sąveiką, anihiliaciją ir garavimą.

· Laisva vieta – laisvas, neužimtas atomas, kristalinės gardelės mazgas.

· Tinkamas intersticinis atomas – pagrindinio elemento atomas, esantis vienetinės ląstelės intersticinėje padėtyje.

· Priemaišos atomo pakaitalai – vieno tipo atomo pakeitimas kitos rūšies atomu kristalinės gardelės mazge. Pakeitimo padėtyse gali būti atomų, kurie santykinai mažai skiriasi nuo bazinių atomų savo dydžiu ir elektroninėmis savybėmis.

· Intersticinis priemaišos atomas – priemaišos atomas yra kristalinės gardelės tarpuose. Metaluose intersticinės priemaišos dažniausiai yra vandenilis, anglis, azotas ir deguonis. Puslaidininkiuose tai yra priemaišos, kurios sukuria gilų energijos lygį juostos tarpoje, pavyzdžiui, varis ir auksas silicyje.

Kompleksai, susidedantys iš kelių taškų defektų, taip pat dažnai pastebimi kristaluose, pavyzdžiui, Frenkelio defektas (laisva vieta + savas intersticinis atomas), bivakancija (laisva vieta + laisva vieta), A centras (laisva vieta + deguonies atomas silicyje ir germanyje) ir kt.

Taškinių defektų termodinamika. Taškiniai defektai padidina kristalo energiją, nes kiekvienam defektui susidaryti buvo išeikvotas tam tikras energijos kiekis. Tamprioji deformacija sukelia labai mažą laisvos vietos susidarymo energijos dalį, nes jonų poslinkiai neviršija 1%, o atitinkama deformacijos energija yra dešimtosios eV. Formuojantis intersticiniam atomui, gretimų jonų poslinkiai gali siekti 20% tarpatominio atstumo, o atitinkama gardelės elastinės deformacijos energija gali siekti kelis eV. Pagrindinė taško defekto susidarymo dalis yra susijusi su atominės struktūros periodiškumo ir jungčių tarp atomų jėgų pažeidimu. Taškinis metalo defektas sąveikauja su visomis elektronų dujomis. Teigiamojo jono pašalinimas iš vietos prilygsta taškinio neigiamo krūvio įvedimui; laidumo elektronai yra atstumiami nuo šio krūvio, todėl padidėja jų energija. Teoriniai skaičiavimai rodo, kad vario fcc gardelėje laisvos vietos susidarymo energija yra apie 1 eV, o intersticinio atomo - nuo 2,5 iki 3,5 eV.

Nepaisant kristalų energijos padidėjimo formuojant savo taškinius defektus, jie gali būti termodinaminėje gardelės pusiausvyroje, nes dėl jų susidarymo padidėja entropija. Esant aukštesnei temperatūrai, laisvosios energijos entropijos termino TS padidėjimas dėl taškinių defektų susidarymo kompensuoja bendros kristalo energijos U padidėjimą, o laisvoji energija pasirodo esanti minimali.

Laisvų darbo vietų pusiausvyros koncentracija:

Kur E 0 - vienos laisvos vietos susidarymo energija, k- Boltzmanno konstanta, T- absoliuti temperatūra. Ta pati formulė galioja ir intersticiniams atomams. Formulė rodo, kad laisvų darbo vietų koncentracija turėtų labai priklausyti nuo temperatūros. Skaičiavimo formulė paprasta, tačiau tikslias kiekybines vertes galima gauti tik žinant defektų susidarymo energetinę vertę. Šią reikšmę teoriškai apskaičiuoti labai sunku, todėl tenka pasitenkinti tik apytiksliais įverčiais.

Kadangi defektų susidarymo energija yra įtraukta į eksponentą, šis skirtumas sukelia didžiulį laisvų darbo vietų ir intersticinių atomų koncentracijos skirtumą. Taigi, esant 1000 °C variui, intersticinių atomų koncentracija yra tik 10?39, tai yra 35 laipsniais mažiau nei laisvų darbo vietų koncentracija šioje temperatūroje. Tankiose pakuotėse, kurios būdingos daugumai metalų, labai sunku susidaryti intersticiniams atomams, o laisvos vietos tokiuose kristaluose yra pagrindiniai taškiniai defektai (neskaičiuojant priemaišų atomų).

Taškinių defektų migracija. Atomai, kuriuose vyksta vibracinis judėjimas, nuolat keičiasi energija. Dėl šiluminio judėjimo atsitiktinumo energija tarp skirtingų atomų pasiskirsto netolygiai. Tam tikru momentu atomas iš savo kaimynų gali gauti tokį energijos perteklių, kad užims gretimą vietą tinklelyje. Taip vyksta taškinių defektų migracija (judėjimas) didžiojoje kristalų dalyje.

Jei vienas iš laisvą vietą supančių atomų persikelia į laisvą vietą, tada laisva vieta atitinkamai persikels į savo vietą. Iš eilės elementarūs tam tikros laisvos vietos poslinkio veiksmai atliekami skirtingų atomų. Paveikslėlyje parodyta, kad glaudžiai supakuotų rutulių (atomų) sluoksnyje, norint perkelti vieną iš rutulių į laisvą vietą, jis turi nustumti 1 ir 2 rutulius vienas nuo kito atomo energija yra minimali, į gretimą laisvą mazgą, kur energija taip pat yra minimali, atomas turi pereiti būseną su padidinta potencialia energija ir įveikti energetinį barjerą. Tam būtina, kad atomas iš savo kaimynų gautų energijos perteklių, kurį netenka „įsispaudęs“ į naują padėtį. Energijos barjero aukštis E m vadinamas laisvų darbo vietų migracijos aktyvavimo energija.

Taškinių defektų šaltiniai ir kriauklės. Pagrindinis taškinių defektų šaltinis ir kriaukle yra linijiniai ir paviršiaus defektai. Dideliuose tobuluose pavieniuose kristaluose galimas persotinto kieto tirpalo skilimas iš savo taškinių defektų susidarant vadinamajam. mikrodefektai.

Taškinių defektų kompleksai. Paprasčiausias taškų defektų kompleksas yra bivakansija (divakancija): dvi laisvos vietos, esančios gretimose gardelių vietose. Kompleksai, susidedantys iš dviejų ar daugiau priemaišų atomų, taip pat priemaišų atomai ir jų pačių taškiniai defektai, vaidina svarbų vaidmenį metaluose ir puslaidininkiuose. Visų pirma, tokie kompleksai gali labai paveikti kietųjų medžiagų stiprumą, elektrines ir optines savybes.

3.2 Linijiniai defektai

Vienmačiai (linijiniai) defektai – tai kristaliniai defektai, kurių dydis viena kryptimi yra daug didesnis už gardelės parametrą, o kitomis dviem – su juo palyginamas. Linijiniai defektai apima išnirimus ir dislinacijas. Bendras apibrėžimas: dislokacija yra nepilno šlyties srities riba kristale. Dislokacijai būdingas šlyties vektorius (Burgers vektorius) ir kampas μ tarp jo ir dislokacijos linijos. Kai μ = 0, dislokacija vadinama varžto dislokacija; ties c=90° - kraštas; kitais kampais jis sumaišomas ir gali būti suskaidytas į spiralinius ir briauninius komponentus. Kristalų augimo metu atsiranda dislokacijos; plastinės deformacijos metu ir daugeliu kitų atvejų. Jų pasiskirstymas ir elgsena veikiant išoriniam poveikiui lemia svarbiausias mechanines savybes, ypač tokias kaip stiprumas, plastiškumas ir kt. Disklinacija – tai nepilno sukimosi kristale srities riba. Būdingas sukimosi vektoriumi.

3.3 Paviršiaus defektai

Pagrindinis šios klasės reprezentacinis defektas yra kristalo paviršius. Kiti atvejai yra medžiagos grūdelių ribos, įskaitant žemo kampo ribas (atstovaujančias dislokacijų asociacijoms), plokštumų susijungimą, fazių sąsajas ir kt.

3.4 Tūriniai defektai

Tai apima laisvų darbo vietų grupes, kurios sudaro poras ir kanalus; ant įvairių defektų (dekoravimo) nusėdusios dalelės, pavyzdžiui, dujų burbuliukai, motininio skysčio burbulai; priemaišų sankaupos sektorių (smėlio laikrodžių) ir augimo zonų pavidalu. Paprastai tai yra priemaišų fazių poros arba intarpai. Jie yra daugelio defektų konglomeratas. Kilmė: kristalų augimo režimų sutrikimas, persotinto kieto tirpalo skilimas, mėginių užterštumas. Kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, grūdinant krituliais) į medžiagą yra specialiai įvedami tūriniai defektai, siekiant pakeisti jos fizines savybes.

4 skyrius. Gautajokių kristalų

Mokslo ir technikos raida lėmė tai, kad daugybė gamtoje retai sutinkamų brangakmenių ar tiesiog kristalų tapo labai reikalingi prietaisų ir mašinų dalių gamybai, moksliniams tyrimams. Daugelio kristalų paklausa taip išaugo, kad buvo neįmanoma jos patenkinti plečiant senųjų gamybos mastą ir ieškant naujų gamtinių telkinių.

Be to, daugeliui technologijų šakų ir ypač moksliniams tyrimams vis dažniau reikalingi labai aukšto cheminio grynumo pavieniai kristalai su tobula kristalų struktūra. Gamtoje randami kristalai šių reikalavimų neatitinka, nes auga sąlygomis, kurios yra labai toli nuo idealios.

Taigi iškilo užduotis sukurti dirbtinio daugelio elementų ir cheminių junginių monokristalų gamybos technologiją.

Palyginti paprasto „brangakmenio“ gamybos metodo sukūrimas lemia tai, kad jis nustoja būti brangus. Tai paaiškinama tuo, kad dauguma brangakmenių yra gamtoje plačiai paplitę cheminių elementų ir junginių kristalai. Taigi, deimantas yra anglies kristalas, rubinas ir safyras yra aliuminio oksido kristalai su įvairiomis priemaišomis.

Apsvarstykite pagrindinius pavienių kristalų auginimo būdus. Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad kristalizacija iš lydalo yra labai paprasta. Pakanka pakaitinti medžiagą aukščiau jos lydymosi temperatūros, gauti lydalą ir atvėsinti. Iš esmės tai yra teisingas būdas, tačiau jei nesiimsite specialių priemonių, geriausiu atveju gausite polikristalinį pavyzdį. Ir jei eksperimentas atliekamas, pavyzdžiui, su kvarcu, siera, selenu, cukrumi, kurie, priklausomai nuo jų lydalo aušinimo greičio, gali sukietėti kristalinėje arba amorfinėje būsenoje, tada nėra garantijos, kad amorfinis kūnas nebus gauta.

Norint užauginti vieną kristalą, neužtenka lėto aušinimo. Pirmiausia reikia atvėsinti vieną nedidelį lydalo plotą ir gauti jame kristalo „branduolį“, o tada, nuosekliai aušinant „branduolį supantį“ lydalą, leisti kristalui augti per visą tūrį. ištirpti. Šį procesą galima pasiekti lėtai nuleidžiant tiglį, kuriame yra lydalas, per vertikalios vamzdinės krosnies angą. Kristalas formuojasi tiglio apačioje, nes pirmiausia patenka į žemesnės temperatūros sritį, o po to palaipsniui auga per visą lydalo tūrį. Tiglio dugnas specialiai padarytas siauras, nukreiptas į kūgį, kad jame galėtų būti tik vienas kristalinis branduolys.

Šiuo metodu dažnai auginami cinko, sidabro, aliuminio, vario ir kitų metalų kristalai, taip pat natrio chloridas, kalio bromidas, ličio fluoridas ir kitos optikos pramonėje naudojamos druskos. Per vieną dieną galima išauginti apie kilogramą sveriantį akmens druskos kristalą.

Aprašyto metodo trūkumas yra kristalų užteršimas tiglio medžiaga. kristalo defekto simetrijos savybė

Be tiglio kristalų auginimo iš lydalo metodas, naudojamas, pavyzdžiui, korundui (rubinams, safyrams) auginti, šio trūkumo neturi. Smulkiausi aliuminio oksido milteliai iš 2–100 mikronų dydžio grūdelių plona srovele išpilami iš bunkerio, praeina per deguonies-vandenilio liepsną, išsilydo ir lašelių pavidalu nukrenta ant ugniai atsparios medžiagos strypo. Strypo temperatūra palaikoma šiek tiek žemesnė už aliuminio oksido lydymosi temperatūrą (2030°C). Aliuminio oksido lašai ant jo atvėsta ir suformuoja sukepintos korundo masės plutą. Laikrodžio mechanizmas lėtai (10-20 mm/val.) nuleidžia strypą, ant jo pamažu išauga nenupjautas korundo kristalas, apverstos kriaušės, vadinamojo boule, formos.

Kaip ir gamtoje, kristalai iš tirpalo gaunami dviem būdais. Pirmasis iš jų susideda iš lėto tirpiklio išgarinimo iš prisotinto tirpalo, o antrasis - iš lėto tirpalo temperatūros mažinimo. Antrasis metodas naudojamas dažniau. Vanduo, alkoholiai, rūgštys, išlydytos druskos ir metalai naudojami kaip tirpikliai. Kristalų auginimo iš tirpalo metodų trūkumas yra galimybė kristalus užteršti tirpiklio dalelėmis.

Kristalas išauga iš tų persotinto tirpalo sričių, kurios iš karto jį supa. Dėl to tirpalas šalia kristalo pasirodo esąs mažiau persotintas nei toli nuo jo. Kadangi persotintas tirpalas yra sunkesnis už prisotintą, „panaudoto“ tirpalo srautas visada teka aukštyn virš augančio kristalo paviršiaus. Be tokio tirpalo maišymo kristalų augimas greitai nutrūktų. Todėl dažnai tirpalas papildomai maišomas arba kristalas tvirtinamas ant besisukančio laikiklio. Tai leidžia išauginti pažangesnius kristalus.

Kuo mažesnis augimo greitis, tuo geresni kristalai gaunami. Ši taisyklė galioja visiems auginimo būdams. Namuose iš vandeninio tirpalo galima nesunkiai gauti cukraus ir valgomosios druskos kristalų. Bet, deja, ne visus kristalus galima taip paprastai užauginti. Pavyzdžiui, kvarco kristalų gamyba iš tirpalo vyksta esant 400°C temperatūrai ir 1000 atmosferos slėgiui.

5 skyrius. Kristalų savybės

Žvelgdami į įvairius kristalus matome, kad jie visi yra skirtingos formos, tačiau kiekvienas iš jų reprezentuoja simetrišką kūną. Iš tiesų, simetrija yra viena iš pagrindinių kristalų savybių. Kūnus vadiname simetriniais, jei jie susideda iš lygių, vienodų dalių.

Visi kristalai yra simetriški. Tai reiškia, kad kiekviename kristaliniame daugiakampyje galima rasti simetrijos plokštumų, simetrijos ašių, simetrijos centrų ir kitų simetrijos elementų taip, kad identiškos daugiasparnio dalys derėtų tarpusavyje. Įveskime dar vieną su simetrija susijusią sąvoką – poliškumą.

Kiekvienas kristalinis daugiakampis turi tam tikrą simetrijos elementų rinkinį. Visas simetrijos elementų rinkinys, būdingas tam tikram kristalui, vadinamas simetrijos klase. Jų skaičius ribotas. Matematiškai įrodyta, kad kristaluose yra 32 simetrijos tipai.

Leiskite mums išsamiau apsvarstyti simetrijos tipus kristale. Visų pirma, kristalai gali turėti tik 1, 2, 3, 4 ir 6 eilės simetrijos ašis. Akivaizdu, kad 5-osios, 7-osios ir aukštesnės eilės simetrijos ašys yra neįmanomos, nes esant tokiai struktūrai, atomų eilės ir tinklai neužpildys erdvės nuolatos, atsiras tarpų tarp atomų pusiausvyros padėčių. Atomai nebus pačiose stabiliausiose padėtyse, o kristalų struktūra subyrės.

Kristaliniame daugiakampyje galima rasti įvairių simetrijos elementų derinių – vieni jų turi mažai, kiti – daug. Pagal simetriją, pirmiausia pagal simetrijos ašis, kristalai skirstomi į tris kategorijas.

Aukščiausiai kategorijai priskiriami simetriškiausi kristalai, juose gali būti kelios 2, 3 ir 4 eilės simetrijos ašys, 6-osios eilės ašių nėra, gali būti plokštumos ir simetrijos centrai. Šios formos yra kubas, oktaedras, tetraedras ir tt Jie visi turi bendrą bruožą: jie yra maždaug vienodi visomis kryptimis.

Vidutinės kategorijos kristalai gali turėti 3, 4 ir 6 eilių ašis, bet tik po vieną. Gali būti kelios 2 eilės simetrijos plokštumos ir simetrijos centrai. Šių kristalų formos: prizmės, piramidės ir kt. Bendras bruožas: ryškus skirtumas išilgai ir skersai pagrindinio simetrijos ašies.

Aukščiausios kategorijos kristalai yra: deimantas, kvarcas, germanis, silicis, varis, aliuminis, auksas, sidabras, pilka skarda, volframas, geležis. Į vidurinę kategoriją: grafitas, rubinas, kvarcas, cinkas, magnis, baltas alavas, turmalinas, berilis. Iki žemiausio: gipso, žėručio, vario sulfato, Rošelio druskos ir tt Žinoma, šiame sąraše nebuvo išvardyti visi esami kristalai, o tik garsiausi iš jų.

Kategorijos savo ruožtu suskirstytos į septynias sistemas. Išvertus iš graikų kalbos, „syngony“ reiškia „panašus kampas“. Kristalai su identiškomis simetrijos ašimis, taigi ir panašiais sukimosi kampais konstrukcijoje, yra sujungti į kristalų sistemą.

Fizinės kristalų savybės dažniausiai priklauso nuo jų struktūros ir cheminės sudėties.

Pirma, verta paminėti dvi pagrindines kristalų savybes. Vienas iš jų yra anizotropija. Šis terminas reiškia savybių pasikeitimą priklausomai nuo krypties. Tuo pačiu metu kristalai yra vienarūšiai kūnai. Kristalinės medžiagos homogeniškumas susideda iš to, kad jos dvi tos pačios formos ir tos pačios orientacijos dalys turi identiškas savybes.

Pirmiausia pakalbėkime apie elektrines savybes. Iš esmės elektrines kristalų savybes galima nagrinėti naudojant metalų pavyzdį, nes metalai vienoje iš savo būsenų gali būti kristaliniai agregatai. Elektronai, laisvai judantys metale, negali užgesti, tam reikia energijos. Jei šiuo atveju išeikvojama spinduliavimo energija, elektronų abstrakcijos efektas sukelia vadinamąjį fotoelektrinį efektą. Panašus poveikis pastebimas ir pavieniuose kristaluose. Iš molekulinės orbitos išplėštas elektronas, likęs kristalo viduje, sukelia pastarajame metalinį laidumą (vidinis fotoelektrinis efektas). Įprastomis sąlygomis (be švitinimo) tokios jungtys nėra elektros srovės laidininkai.

Šviesos bangų elgesį kristaluose tyrė E. Bertolinas, pirmasis pastebėjęs, kad bangos, eidamos pro kristalą, elgiasi nestandartiškai. Vieną dieną Bertalinas brėžė Islandijos sparno dvikampius, tada uždėjo kristalą ant brėžinių, tada mokslininkas pirmą kartą pamatė, kad kiekviena linija išsišakoja. Jis keletą kartų buvo įsitikinęs, kad visi sparno kristalai dalija šviesą, tik tada Bertalinas parašė traktatą „Eksperimentai su dvigubai lūžtančiu Islandijos kristalu, kurių dėka buvo atrasta nuostabi ir nepaprasta refrakcija“ (1669). Savo eksperimentų rezultatus mokslininkas išsiuntė atskiriems mokslininkams ir kelių šalių akademijoms. Darbai buvo priimti su visišku nepasitikėjimu. Anglijos mokslų akademija paskyrė mokslininkų grupę šiam dėsniui patikrinti (Newton, Boyle, Hooke ir kt.). Ši autoritetinga komisija reiškinį pripažino atsitiktiniu, o įstatymą – neegzistuojančiu. Bertalino eksperimentų rezultatai buvo pamiršti.

Tik po 20 metų Christiaanas Huygensas patvirtino Bertalino atradimo teisingumą ir pats atrado kvarco dvigubą lūžią. Daugelis mokslininkų, kurie vėliau tyrinėjo šią savybę, patvirtino, kad ne tik Islandijos špatas, bet ir daugelis kitų kristalų dalija šviesą.

...

Panašūs dokumentai

Kristalinė struktūra. Kietojo kūno fizikos vaidmuo, dalykas ir uždaviniai. Kristaliniai ir amorfiniai kūnai. Kristalinių gardelių rūšys. Ryšių rūšys kristaluose. Kietųjų kūnų kristalinės struktūros. Skystieji kristalai. Kristalų defektai.

paskaita, pridėta 2007-03-13


Kondensuotos medžiagos būsenos samprata ir pagrindiniai bruožai, būdingi procesai. Kristaliniai ir amorfiniai kūnai. Kristalinės anizotropijos esmė ir ypatumai. Polikristalų ir polimerų skiriamieji bruožai. Kristalų šiluminės savybės ir struktūra.

paskaitų kursas, pridėtas 2009-02-21


Bendrosios kieto kūno savybės, jo būsena. Lokalizuotos ir delokalizuotos tvirtos, išskirtinės savybės. Esmė, kietųjų medžiagų cheminių jungčių rūšys. Vietiniai ir nelokaliniai aprašymai neiškraipytose gardelėse. Taškų defektai.

pamoka, pridėta 2009-02-21


Kristalai yra tikros kietos medžiagos. Taškinių kristalų defektų termodinamika, jų migracija, šaltiniai ir kriauklės. Dislokacijos, linijinio kietųjų kūnų kristalinės struktūros defekto, tyrimas. Dvimačiai ir trimačiai defektai. Amorfinės kietosios medžiagos.

ataskaita, pridėta 2015-07-01


Kietojo kūno fizika yra vienas iš ramsčių, ant kurių remiasi šiuolaikinė technologinė visuomenė. Kietųjų medžiagų fizinė struktūra. Kristalų simetrija ir klasifikacija. Deformacijos ir įtempių ypatumai. Kristalų defektai, stiprinimo būdai.

pristatymas, pridėtas 2010-12-02


Nepertraukiamų simetrijos elementų pridėjimas. Nuoseklus atspindys dviejose lygiagrečiose simetrijos plokštumose. Simetrijos plokštumos ir statmenos jai vertimo suma. Transliacijos vektoriaus veikimo jam statmenoms ašims charakteristikos.

pristatymas, pridėtas 2013-09-23


Kietųjų kūnų kristalinės ir amorfinės būsenos, taškinių ir tiesinių defektų priežastys. Branduolys ir kristalų augimas. Dirbtinė brangakmenių, kietųjų tirpalų ir skystųjų kristalų gamyba. Cholesterinių skystųjų kristalų optinės savybės.

santrauka, pridėta 2010-04-26


Nehomogeninių puslaidininkių pavyzdžių fotoelektrinės savybės. Ominio kontakto energetinė struktūra esant netolygiai pasiskirsčiusiems elektronų spąstams. Dujų išlydžio metu apdorotų kristalų fotoelektrinės savybės.

baigiamasis darbas, pridėtas 2008-03-18


Tikrų kristalų defektai, bipolinių tranzistorių veikimo principas. Kristalinės gardelės iškraipymas intersticiniuose ir pakaitiniuose kietuose tirpaluose. Paviršiaus reiškiniai puslaidininkiuose. Tranzistoriaus parametrai ir emiterio srovės perdavimo koeficientas.

testas, pridėtas 2009-10-22


Vandenilio jungtis vandenyje, pagrindiniai jo kriterijai. Nenormalios vandens savybės. Elektrolizės ir elektrolitų samprata. Elektrokristalizacija ir jos dėsniai. Vandenilinių jungčių tinklo dinamika elektrokristalizuojant vandenį. Kristaliniai ir amorfiniai ledai.

4. . 5. . 6. . 7. .

Kiekvienas gali lengvai padalinti kūnus į kietą ir skystą. Tačiau šis skirstymas bus pagrįstas tik išoriniais ženklais. Norėdami sužinoti, kokias savybes turi kietos medžiagos, mes jas kaitinsime. Kai kurie kūnai pradės degti (mediena, anglis) - tai organinės medžiagos. Kiti suminkštės (dervos) net žemoje temperatūroje – tai amorfiniai. Ypatingą kietųjų medžiagų grupę sudaro tos, kurių temperatūros priklausomybė nuo kaitinimo laiko parodyta 12 paveiksle. Tai kristalinės kietosios medžiagos. Toks kristalinių kūnų elgesys kaitinant paaiškinamas jų vidine struktūra. Kristaliniai kūnai– tai kūnai, kurių atomai ir molekulės išsidėstę tam tikra tvarka, ir ši tvarka išsaugoma gana dideliu atstumu. Erdvinis periodinis atomų arba jonų išsidėstymas kristale vadinamas kristalinė gardelė. Kristalinės gardelės taškai, kuriuose yra atomai arba jonai, vadinami gardelės mazgais.

Kristaliniai kūnai yra pavieniai kristalai arba polikristalai. Monokristalas visame tūryje turi vieną kristalinę gardelę.

Anizotropija pavieniai kristalai slypi jų fizinių savybių priklausomybėje nuo krypties. Polikristalas Tai mažų, skirtingai orientuotų pavienių kristalų (grūdelių) derinys, neturintis savybių anizotropijos. Dauguma kietųjų medžiagų turi polikristalinę struktūrą (mineralai, lydiniai, keramika).

Pagrindinės kristalinių kūnų savybės yra: lydymosi temperatūros tikrumas, elastingumas, stiprumas, savybių priklausomybė nuo atomų išsidėstymo tvarkos, t.y., nuo kristalinės gardelės tipo.

Amorfinis yra medžiagos, kurių atomų ir molekulių išdėstymas visame šios medžiagos tūryje neturi tvarkos. Skirtingai nuo kristalinių medžiagų, amorfinės medžiagos izotropinis. Tai reiškia, kad savybės visomis kryptimis yra vienodos. Perėjimas iš amorfinės būsenos į skystį vyksta palaipsniui, nėra specifinės lydymosi temperatūros. Amorfiniai kūnai neturi elastingumo, yra plastiški. Įvairios medžiagos yra amorfinės būsenos: stiklas, dervos, plastikai ir kt.

Elastingumas- kūnų savybė atkurti savo formą ir tūrį pasibaigus išorinėms jėgoms ar kitoms kūnų deformaciją sukėlusioms priežastims. Pagal kieto kūno dalelių poslinkio pobūdį deformacijos, atsirandančios pasikeitus jo formai, skirstomos į: tempimą – gniuždymą, šlyties, sukimo ir lenkimo. Tampriosioms deformacijoms galioja Huko dėsnis, pagal kurį tampriosios deformacijos yra tiesiogiai proporcingos jas sukeliantiems išoriniams poveikiams. Tempimo ir gniuždymo deformacijos atveju Huko dėsnis turi tokią formą: , kur yra mechaninis įtempis, yra santykinis pailgėjimas, yra absoliutus pailgėjimas, yra Youngo modulis (tamprumo modulis). Elastingumas atsiranda dėl dalelių, sudarančių medžiagą, sąveikos ir terminio judėjimo.

Priklausomai nuo fizikinių savybių ir molekulinės struktūros, yra dvi pagrindinės kietųjų medžiagų klasės – kristalinės ir amorfinės.

1 apibrėžimas

Amorfiniai kūnai turi tokią savybę kaip izotropija. Ši sąvoka reiškia, kad jie yra santykinai nepriklausomi nuo optinių, mechaninių ir kitų fizinių savybių bei krypties, kuria jas veikia išorinės jėgos.

Pagrindinis afmorinių kūnų bruožas yra chaotiškas atomų ir molekulių išsidėstymas, kurie surenkami tik nedidelėmis vietinėmis grupėmis, kiekvienoje ne daugiau kaip po kelias daleles.

Ši savybė priartina amorfinius kūnus prie skysčių. Tokioms kietosioms medžiagoms priskiriamas gintaras ir kitos kietosios dervos, įvairių rūšių plastikas ir stiklas. Veikiant aukštai temperatūrai amorfiniai kūnai suminkštėja, tačiau norint juos paversti skysčiu, reikia stiprios šilumos.

Visi kristaliniai kūnai turi aiškią vidinę struktūrą. Dalelių grupės ta pačia tvarka periodiškai kartojasi visame tokio kūno tūryje. Tokiai struktūrai vizualizuoti dažniausiai naudojamos erdvinės kristalinės gardelės. Jie susideda iš tam tikro skaičiaus mazgų, kurie sudaro tam tikros medžiagos molekulių arba atomų centrus. Paprastai tokia gardelė yra pastatyta iš jonų, kurie yra norimų molekulių dalis. Taigi valgomosios druskos vidinę struktūrą sudaro natrio ir chloro jonai, sujungti poromis į molekules. Tokie kristaliniai kūnai vadinami joniniais.

3 pav. 6. 1 . Stalo druskos kristalinė gardelė.

2 apibrėžimas

Kiekvienos medžiagos struktūroje galima išskirti vieną minimalų komponentą - vieneto ląstelė.

Visa gardelė, iš kurios susideda kristalinis kūnas, gali būti sudaryta tokios ląstelės transliacijos (lygiagretaus perdavimo) būdu tam tikromis kryptimis.

Kristalinių gardelių tipų skaičius nėra begalinis. Iš viso yra 230 rūšių, kurių dauguma yra dirbtinai sukurtos arba randamos natūraliose medžiagose. Struktūrinės grotelės gali būti į kūną nukreiptų kubelių (pavyzdžiui, geležies), į veidą nukreiptų kubelių (aukso, vario) arba prizmės su šešiais paviršiais (magnio, cinko) pavidalu.

Savo ruožtu kristaliniai kūnai skirstomi į polikristalus ir pavienius kristalus. Dauguma medžiagų priklauso polikristalams, nes jie susideda iš vadinamųjų kristalitų. Tai maži kristalai, susilieję ir atsitiktinai orientuoti. Monokristalinės medžiagos yra gana retos net tarp dirbtinių medžiagų.

3 apibrėžimas

Polikristalai turi izotropijos savybę, tai yra tos pačios savybės visomis kryptimis.

Polikristalinė kūno struktūra aiškiai matoma pro mikroskopą, o kai kurioms medžiagoms, pavyzdžiui, ketui, net plika akimi.

4 apibrėžimas

Polimorfizmas– tai medžiagos gebėjimas egzistuoti keliomis fazėmis, t.y. kristalų modifikacijos, kurios skiriasi viena nuo kitos fizinėmis savybėmis.

Perjungimo į kitą modifikaciją procesas vadinamas polimorfinis perėjimas.

Tokio reiškinio pavyzdys galėtų būti grafito pavertimas deimantu, kuris pramoninėmis sąlygomis vyksta esant aukštam slėgiui (iki 100 000 atmosferų) ir aukštai temperatūrai.
(iki 2000 K).

Norint ištirti monokristalinio arba polikristalinio mėginio gardelės struktūrą, naudojama rentgeno spindulių difrakcija.

Paprastos kristalinės gardelės parodytos paveikslėlyje žemiau. Reikia atsižvelgti į tai, kad atstumas tarp dalelių yra toks mažas, kad jį galima palyginti su pačių dalelių dydžiu. Aiškumo dėlei diagramos rodo tik centrų padėtis.

3 pav. 6. 2. Paprastosios kristalinės gardelės: 1 – paprastoji kubinė gardelė; 2 – į veidą orientuota kubinė gardelė; 3 – į kūną orientuota kubinė gardelė; 4 – šešiakampė gardelė.

Paprasčiausia yra kubinė gardelė: tokia struktūra susideda iš kubelių, kurių viršūnėse yra dalelės. Į veidą orientuota grotelė turi dalelių ne tik viršūnėse, bet ir paviršiuose. Pavyzdžiui, valgomosios druskos kristalinę gardelę sudaro dvi į veidą nukreiptos grotelės, išdėstytos viena kitos viduje. Į kūną orientuotos grotelės kiekvieno kubo centre turi papildomų dalelių.

Metalinės grotelės turi vieną svarbią savybę. Medžiagos jonai išlaikomi sąveikaujant su laisvųjų elektronų dujomis. Vadinamosios elektronų dujos susidaro iš vieno ar kelių elektronų, kuriuos atiduoda atomai. Tokie laisvieji elektronai gali judėti per visą kristalo tūrį.

3 pav. 6. 3. Metalo kristalo sandara.

Jei tekste pastebėjote klaidą, pažymėkite ją ir paspauskite Ctrl+Enter

Kaip skystis, bet ir forma. Jie daugiausia yra kristalinės būsenos.
Kristalai- tai kieti kūnai, kurių atomai ar molekulės užima tam tikras, sutvarkytas vietas erdvėje. Todėl kristalai turi plokščius kraštus. Pavyzdžiui, paprastos valgomosios druskos grūdeliai turi lygius kraštus, kurie sudaro stačiu kampu vienas su kitu ( 12.1 pav).

Tai galima pamatyti patyrus druską padidinamuoju stiklu. Ir kokia geometriškai teisinga yra snaigės forma! Tai taip pat atspindi kristalinės kietos medžiagos – ledo – vidinės struktūros geometrinį teisingumą ( 12.2 pav).

Kristalų anizotropija. Tačiau teisinga išorinė forma nėra vienintelė ar net svarbiausia tvarkingos kristalo struktūros pasekmė. Svarbiausia yra fizikinių kristalo savybių priklausomybė nuo kristale pasirinktos krypties.
Visų pirma, į akis krenta skirtingas skirtingų krypčių kristalų mechaninis stiprumas. Pavyzdžiui, žėručio gabalėlis lengvai nusilupa viena kryptimi į plonas plokšteles ( 12.3 pav), tačiau ją sulaužyti statmena plokštelėms kryptimi yra daug sunkiau.

Grafito kristalas taip pat lengvai nusišveičia viena kryptimi. Kai rašote pieštuku, šis išsisluoksniavimas vyksta nuolat ir ant popieriaus lieka ploni grafito sluoksniai. Taip atsitinka todėl, kad grafito kristalinė gardelė turi sluoksniuotą struktūrą. Sluoksniai sudaryti iš eilės lygiagrečių tinklų, susidedančių iš anglies atomų ( 12.4 pav). Atomai yra taisyklingų šešiakampių viršūnėse. Atstumas tarp sluoksnių yra santykinai didelis – apie 2 kartus didesnis už šešiakampio kraštinės ilgį, todėl ryšiai tarp sluoksnių yra ne tokie stiprūs nei ryšiai juose.

Daugelis kristalų skirtingai praleidžia šilumą ir elektrą skirtingomis kryptimis. Nuo krypties priklauso ir kristalų optinės savybės. Taigi, kvarco kristalas skirtingai laužia šviesą, priklausomai nuo į jį krentančių spindulių krypties.
Fizinių savybių priklausomybė nuo krypties kristalo viduje vadinama anizotropija. Visi kristaliniai kūnai yra anizotropiniai.
Pavieniai kristalai ir polikristalai. Metalai turi kristalinę struktūrą. Būtent metalai šiandien daugiausia naudojami įrankių, įvairių mašinų ir mechanizmų gamybai.
Jei paimsite gana didelį metalo gabalą, tada iš pirmo žvilgsnio jo kristalinė struktūra niekaip nepasirodo nei šio gabalo išvaizdoje, nei jo fizinėse savybėse. Įprastos būsenos metalai anizotropijos nepasižymi.
Esmė ta, kad metalas paprastai susideda iš daugybės mažų kristalų, susiliejusių. Pro mikroskopą ar net su padidinamuoju stiklu juos lengva pamatyti, ypač ant šviežio metalo lūžio ( 12.5 pav). Kiekvieno kristalo savybės priklauso nuo krypties, tačiau kristalai yra atsitiktinai orientuoti vienas kito atžvilgiu. Dėl to tūryje, žymiai didesniame už atskirų kristalų tūrį, visos metalų kryptys yra vienodos, o metalų savybės visomis kryptimis yra vienodos.

Kieta medžiaga, susidedanti iš daugybės mažų kristalų, vadinama polikristalinis. Pavieniai kristalai vadinami pavieniai kristalai.
Imantis didelių atsargumo priemonių, galima išauginti didelį metalinį kristalą – monokristalą.
Įprastomis sąlygomis polikristalinis kūnas susidaro dėl to, kad prasidėjęs daugelio kristalų augimas tęsiasi tol, kol jie susiliečia vienas su kitu, sudarydami vieną kūną.
Polikristalai apima ne tik metalus. Pavyzdžiui, cukraus gabalėlis taip pat turi polikristalinę struktūrą.
Dauguma kristalinių kietųjų medžiagų yra polikristalai, nes juos sudaro daug tarpusavyje suaugusių kristalų. Pavieniai kristalai – pavieniai kristalai turi taisyklingą geometrinę formą, o jų savybės skirtingomis kryptimis skiriasi (anizotropija).

???
1. Ar visi kristaliniai kūnai yra anizotropiniai?
2. Mediena yra anizotropinė. Ar tai kristalinis kūnas?
3. Pateikite tekste nepaminėtų monokristalinių ir polikristalinių kietųjų medžiagų pavyzdžius.

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovcevas, N.N.Sotskis, fizika 10 kl.

Pamokos turinys pamokų užrašai remiančios kadrinės pamokos pristatymo pagreitinimo metodus interaktyvios technologijos Praktika užduotys ir pratimai savikontrolės seminarai, mokymai, atvejai, užduotys namų darbai diskusija klausimai retoriniai mokinių klausimai Iliustracijos garso, vaizdo klipai ir multimedija nuotraukos, paveikslėliai, grafika, lentelės, diagramos, humoras, anekdotai, anekdotai, komiksai, palyginimai, posakiai, kryžiažodžiai, citatos Priedai tezės straipsniai gudrybės smalsiems lopšiai vadovėliai pagrindinis ir papildomas terminų žodynas kita Vadovėlių ir pamokų tobulinimasklaidų taisymas vadovėlyje vadovėlio fragmento atnaujinimas, naujovių elementai pamokoje, pasenusių žinių keitimas naujomis Tik mokytojams tobulos pamokos kalendorinis planas metams; Integruotos pamokos

Jei turite šios pamokos pataisymų ar pasiūlymų,