Kristāls atšķiras no amorfas cietas vielas. Kristāliskie un amorfie ķermeņi: struktūra un īpašības. Koordinācijas numurs c.n.

Cietās vielas ir kristāliski un amorfi ķermeņi. Kristāls ir tas, ko senatnē sauca par ledu. Un tad viņi sāka saukt kvarcu par kristālu un uzskatīja šos minerālus par pārakmeņojušos ledu. Kristāli ir dabiski un tiek izmantoti juvelierizstrādājumu rūpniecībā, optikā, radiotehnikā un elektronikā, kā elementu balsti īpaši precīziem instrumentiem, kā īpaši ciets abrazīvs materiāls.

Kristāliskiem ķermeņiem ir raksturīga cietība, un tiem ir stingri regulārs molekulu, jonu vai atomu novietojums telpā, kā rezultātā veidojas trīsdimensiju periodisks kristāliskais režģis (struktūra). Ārēji to izsaka noteikta cieta ķermeņa formas simetrija un tās noteiktas fizikālās īpašības. Savā ārējā formā kristāliskie ķermeņi atspoguļo simetriju, kas raksturīga daļiņu iekšējai "iesaiņošanai". Tas nosaka leņķu vienādību starp visu kristālu virsmām, kas sastāv no vienas un tās pašas vielas.

Tajos arī attālumi no centra līdz centram starp blakus esošajiem atomiem būs vienādi (ja tie atrodas uz vienas taisnes, tad šis attālums būs vienāds visā līnijas garumā). Bet atomiem, kas atrodas uz taisnas līnijas ar atšķirīgu virzienu, attālums starp atomu centriem būs atšķirīgs. Šis apstāklis ​​izskaidro anizotropiju. Anizotropija ir galvenā atšķirība starp kristāliskajiem un amorfajiem ķermeņiem.

Vairāk nekā 90% cieto vielu var klasificēt kā kristālus. Dabā tie pastāv monokristālu un polikristālu veidā. Monokristāli ir atsevišķi kristāli, kuru virsmas attēlo regulāri daudzstūri; Tiem ir raksturīga nepārtraukta kristāliskā režģa klātbūtne un fizikālo īpašību anizotropija.

Polikristāli ir ķermeņi, kas sastāv no daudziem maziem kristāliem, kas nedaudz haotiski “saauguši kopā”. Polikristāli ir metāli, cukurs, akmeņi, smiltis. Šādos ķermeņos (piemēram, metāla fragmentā) anizotropija parasti neparādās elementu nejaušības izkārtojuma dēļ, lai gan anizotropija ir raksturīga atsevišķam šī ķermeņa kristālam.

Citas kristālisko ķermeņu īpašības: stingri noteikta temperatūra (kritisko punktu klātbūtne), stiprība, elastība, elektrovadītspēja, magnētiskā vadītspēja, siltumvadītspēja.

Amorfs - bez formas. Lūk, kā šis vārds ir burtiski tulkots no grieķu valodas. Amorfos ķermeņus rada daba. Piemēram, dzintars, vasks.Cilvēki ir iesaistīti mākslīgo amorfo ķermeņu radīšanā – stikls un sveķi (mākslīgie), parafīns, plastmasa (polimēri), kolofonija, naftalīns, var. nav molekulu (atomu, jonu) haotiskā izvietojuma dēļ ķermeņa struktūrā. Tāpēc jebkuram amorfam ķermenim tie ir izotropiski - vienādi visos virzienos. Amorfiem ķermeņiem nav kritiskas kušanas temperatūras, tie karsējot pakāpeniski mīkstina un pārvēršas viskozās šķidrumos. Amorfajiem ķermeņiem tiek piešķirta starpposma (pārejas) pozīcija starp šķidrumiem un kristāliskiem ķermeņiem: zemā temperatūrā tie sacietē un kļūst elastīgi, turklāt trieciena rezultātā var sadalīties bezveidīgos gabalos. Augstās temperatūrās šie paši elementi uzrāda plastiskumu, kļūstot par viskoziem šķidrumiem.

Tagad jūs zināt, kas ir kristāliskie ķermeņi!

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Ievietots vietnē http://www.allbest.ru/

Ievads

1. nodaļa. Kristāliskie un amorfie ķermeņi

1.1 Ideāli kristāli

1.2. Atsevišķi kristāli un kristāliskie agregāti

1.3 Polikristāli

2. nodaļa. Kristālu simetrijas elementi

3. nodaļa. Cietvielu defektu veidi

3.1 Punktu defekti

3.2 Lineārie defekti

3.3 Virsmas defekti

3.4 Tilpuma defekti

4. nodaļa. Kristālu iegūšana

5. nodaļa. Kristālu īpašības

Secinājums

Bibliogrāfija

Ievads

Kristāli ir viens no skaistākajiem un noslēpumainākajiem dabas radījumiem. Pašlaik kristalogrāfijas zinātne pēta kristālu daudzveidību. Viņa atklāj vienotības pazīmes šajā daudzveidībā, pēta gan monokristālu, gan kristālisko agregātu īpašības un struktūru. Kristalogrāfija ir zinātne, kas vispusīgi pēta kristālisko vielu. Šis darbs ir veltīts arī kristāliem un to īpašībām.

Pašlaik kristāli tiek plaši izmantoti zinātnē un tehnoloģijā, jo tiem ir īpašas īpašības. Tādas kristālu izmantošanas jomas kā pusvadītāji, supravadītāji, kvantu elektronika un daudzas citas prasa dziļu izpratni par kristālu fizikālo īpašību atkarību no to ķīmiskā sastāva un struktūras.

Pašlaik ir zināmas metodes kristālu mākslīgai audzēšanai. Kristālu var izaudzēt parastā glāzē, tas prasa tikai noteiktu šķīdumu un rūpību, ar kādu jākopj augošais kristāls.

Dabā ir ļoti daudz dažādu kristālu, un ir arī daudz dažādu kristālu formu. Patiesībā ir gandrīz neiespējami sniegt definīciju, kas attiektos uz visiem kristāliem. Šeit var palīdzēt kristālu rentgena analīzes rezultāti. Rentgenstari ļauj sajust atomus kristāliskā ķermeņa iekšienē un noteikt to telpisko atrašanās vietu. Rezultātā tika konstatēts, ka absolūti visi kristāli ir veidoti no elementārdaļiņām, kas atrodas stingrā kārtībā kristāliskā ķermeņa iekšpusē.

Visās kristāliskajās struktūrās bez izņēmuma daudzus identiskus atomus var atšķirt no atomiem, kas atrodas kā telpiskā režģa mezgli. Lai iedomāties šādu režģi, garīgi piepildīsim telpu ar daudziem vienādiem paralēlskaldņiem, kas ir orientēti paralēli un skar visas sejas. Vienkāršākais šādas ēkas piemērs ir identisku ķieģeļu mūra. Ja ķieģeļu iekšpusē atlasīsim atbilstošos punktus, piemēram, to centrus vai virsotnes, tad iegūsim telpiskā režģa modeli. Visiem kristāliskajiem ķermeņiem bez izņēmuma ir raksturīga režģa struktūra.

Kristālus sauc par " visas cietās vielas, kurās to veidojošās daļiņas (atomi, joni, molekulas) ir izvietotas stingri regulāri kā telpisko režģu mezgli". Šī definīcija ir pēc iespējas tuvāka patiesībai; tā ir piemērota jebkuriem viendabīgiem kristāliskiem ķermeņiem: buljoniem (kristāla forma, kurai nav šķautņu, malu vai izvirzītu virsotņu), graudiņiem un plakanām figūrām.

1. nodaļa.Kristāliskie un amorfie ķermeņi

Pamatojoties uz to fizikālajām īpašībām un molekulāro struktūru, cietās vielas iedala divās klasēs – amorfās un kristāliskās cietās vielās.

Amorfo ķermeņu raksturīga iezīme ir to izotropija, t.i. visu fizisko īpašību (mehānisko, optisko utt.) neatkarība no virziena. Molekulas un atomi izotropās cietās vielās ir izkārtoti nejauši, veidojot tikai nelielas lokālas grupas, kas satur vairākas daļiņas (tuvā diapazona secība). Pēc savas struktūras amorfie ķermeņi ir ļoti tuvu šķidrumiem.

Amorfo ķermeņu piemēri ir stikls, dažādi cietināti sveķi (dzintars), plastmasa utt. Ja amorfs ķermenis tiek uzkarsēts, tas pakāpeniski mīkstina, un pāreja uz šķidru stāvokli notiek ievērojamā temperatūras diapazonā.

Kristāliskos ķermeņos daļiņas ir sakārtotas stingrā secībā, veidojot telpiskas periodiski atkārtojošas struktūras visā ķermeņa tilpumā. Lai vizuāli attēlotu šādas struktūras, telpisku kristāla režģi, kura mezglos atrodas dotās vielas atomu vai molekulu centri.

Katrā telpiskajā režģī var izdalīt minimāla izmēra konstrukcijas elementu, ko sauc vienības šūna.

Rīsi. 1. Kristālu režģu veidi: 1 - vienkāršais kubiskais režģis; 2 - seju centrēta kubiskā režģis; 3 - uz ķermeni centrēta kubiskā režģis; 4 - sešstūra režģis

Vienkāršā kubiskā režģī daļiņas atrodas kuba virsotnēs. Seju centrētā režģī daļiņas atrodas ne tikai kuba virsotnēs, bet arī katras tā skaldnes centrā. Uz ķermeni vērstā kubiskā režģī katras kubiskās vienības šūnas centrā atrodas papildu daļiņa.

Jāatceras, ka daļiņas kristālos ir cieši sapakotas tā, lai attālums starp to centriem būtu aptuveni vienāds ar daļiņu izmēru. Kristālu režģu attēlā ir norādīts tikai daļiņu centru novietojums.

1. 1 Perfekti kristāli

Pareiza kristālu ģeometriskā forma piesaistīja pētnieku uzmanību jau kristalogrāfijas attīstības sākumposmā un radīja noteiktas hipotēzes par to iekšējo struktūru.

Ja mēs uzskatām ideālu kristālu, mēs tajā neatradīsim nekādus pārkāpumus, visas identiskās daļiņas atrodas identiskās paralēlās rindās. Ja patvaļīgam punktam piemērojam trīs elementārus tulkojumus, kas neatrodas vienā plaknē, un atkārtojam to telpā bezgalīgi, iegūstam telpisko režģi, t.i. līdzvērtīgu mezglu trīsdimensiju sistēma. Tādējādi ideālā kristālā materiāla daļiņu izvietojumu raksturo stingra trīsdimensiju periodiskums. Un, lai iegūtu skaidru priekšstatu par modeļiem, kas saistīti ar ģeometriski pareizu kristālu iekšējo struktūru, kristalogrāfijas laboratorijas nodarbībās parasti tiek izmantoti ideāli veidotu kristālu modeļi izliektu daudzskaldņu formā ar plakanām virsmām un taisnām malām. Patiesībā īstu kristālu virsmas nav pilnīgi plakanas, jo augot tās pārklājas ar bumbuļiem, nelīdzenumiem, rievām, augšanas bedrēm, vicināliem (sejas, kas pilnībā vai daļēji atšķiras no ideālā stāvokļa), augšanas vai šķīšanas spirālēm, utt.

Perfekts kristāls- tas ir fizisks modelis, kas ir bezgalīgs monokristāls, kas nesatur piemaisījumus vai struktūras defektus. Atšķirība starp īstajiem un ideālajiem kristāliem ir saistīta ar to izmēru ierobežotību un defektu klātbūtni. Dažu defektu (piemēram, piemaisījumu, starpkristālu robežu) klātbūtnes īstos kristālos var gandrīz pilnībā izvairīties, izmantojot īpašas audzēšanas, atkausēšanas vai attīrīšanas metodes. Taču pie temperatūras T>0K kristālos vienmēr ir ierobežota (termiski aktivētu) vakanču un intersticiālu atomu koncentrācija, kuru skaits līdzsvarā eksponenciāli samazinās, temperatūrai pazeminoties.

Kristāliskas vielas var pastāvēt monokristālu vai polikristālisku paraugu veidā.

Viens kristāls ir cieta viela, kurā regulāra struktūra aptver visu vielas tilpumu. Atsevišķi kristāli ir sastopami dabā (kvarcs, dimants, smaragds) vai tiek ražoti mākslīgi (rubīns).

Polikristāliskie paraugi sastāv no liela skaita mazu, nejauši orientētu, dažāda izmēra kristālu, kurus var savstarpēji savienot noteikti mijiedarbības spēki.

1. 2 Monokristālssakausējumi un kristāliskie pildvielas

Monokristāls- atsevišķs viendabīgs kristāls, kam ir nepārtraukts kristāla režģis un dažreiz ir fizikālo īpašību anizotropija. Viena kristāla ārējo formu nosaka tā atomu kristāliskais režģis un kristalizācijas apstākļi (galvenokārt ātrums un vienmērīgums). Lēni augts monokristāls gandrīz vienmēr iegūst skaidri izteiktu dabisko griezumu; nelīdzsvarotos kristalizācijas apstākļos (vidējais augšanas ātrums) griezums šķiet vājš. Pie vēl lielāka kristalizācijas ātruma monokristāla vietā veidojas viendabīgi polikristāli un polikristāliski agregāti, kas sastāv no daudziem dažādi orientētiem maziem monokristāliem. Slīpētu dabisko monokristālu piemēri ir kvarca, akmens sāls, Islandes špata, dimanta un topaza monokristāli. Īpašos apstākļos audzētiem pusvadītāju un dielektrisko materiālu monokristāliem ir liela rūpnieciska nozīme. Jo īpaši silīcija monokristāli un III (trešās) grupas elementu mākslīgie sakausējumi ar periodiskās tabulas V grupas (piektā) elementiem (piemēram, GaAs gallija arsenīds) ir mūsdienu cietvielu elektronikas pamats. Metālu un to sakausējumu monokristāliem nav īpašu īpašību un tos praktiski neizmanto. Īpaši tīru vielu atsevišķiem kristāliem ir tādas pašas īpašības neatkarīgi no to sagatavošanas metodes. Kristalizācija notiek tuvu kušanas temperatūrai (kondensācija) no gāzveida (piemēram, sala un sniegpārslām), šķidrā (visbiežāk) un cietā amorfā stāvokļa, izdalot siltumu. Kristalizācijai no gāzes vai šķidruma ir spēcīgs attīrīšanas mehānisms: lēni audzētu monokristālu ķīmiskais sastāvs ir gandrīz ideāls. Gandrīz visi piesārņotāji paliek (uzkrājas) šķidrumā vai gāzē. Tas notiek tāpēc, ka kristāliskajam režģim augot, notiek spontāna vajadzīgo atomu (molekulu molekulu atlase molekulārajiem kristāliem) ne tikai pēc to ķīmiskajām īpašībām (valences), bet arī pēc izmēra.

Mūsdienu tehnoloģijām vairs netrūkst dabisko kristālu ierobežotā īpašību kopuma (īpaši pusvadītāju lāzeru radīšanai), un zinātnieki ir nākuši klajā ar metodi kristālam līdzīgu vielu radīšanai ar starpposma īpašībām, audzējot pārmaiņus īpaši plānus kristālu slāņus ar līdzīgiem kristāliem. režģa parametri.

Atšķirībā no citiem agregācijas stāvokļiem, kristāliskais stāvoklis ir daudzveidīgs. Viena sastāva molekulas kristālos var iepakot dažādos veidos. Vielas fizikālās un ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no iepakošanas metodes. Tādējādi vielām ar vienādu ķīmisko sastāvu bieži vien ir dažādas fizikālās īpašības. Šāda daudzveidība nav raksturīga šķidram stāvoklim, bet neiespējama gāzveida stāvoklim.

Ja ņemam, piemēram, parasto galda sāli, tad arī bez mikroskopa ir viegli saskatīt atsevišķus kristālus.

Ja mēs vēlamies uzsvērt, ka mums ir darīšana ar vienu, atsevišķu kristālu, tad mēs to saucam viens kristāls, lai uzsvērtu, ka mēs runājam par daudzu kristālu uzkrāšanos, tiek lietots termins kristālisks agregāts. Ja atsevišķi kristāli kristāliskā agregātā gandrīz nav slīpēti, tas var būt izskaidrojams ar faktu, ka kristalizācija daudzos vielas punktos sākās vienlaikus un tās ātrums bija diezgan liels. Augošie kristāli ir šķērslis viens otram un neļauj pareizi nogriezt katru no tiem.

Šajā darbā mēs galvenokārt runāsim par monokristāliem, un, tā kā tie ir kristālisko agregātu sastāvdaļas, to īpašības būs līdzīgas agregātu īpašībām.

1. 3 polikristāli

Polikristāls- jebkuras vielas mazu kristālu kopums, ko dažkārt sauc par kristalītiem vai kristāla graudiņiem to neregulārās formas dēļ. Daudzi dabīgas un mākslīgas izcelsmes materiāli (minerāļi, metāli, sakausējumi, keramika u.c.) ir polikristāliski.

Īpašības un iegūšana. Polikristālu īpašības nosaka to kristālisko graudu īpašības, kas tos veido, to vidējais izmērs, kas svārstās no 1-2 mikroniem līdz vairākiem milimetriem (dažos gadījumos līdz vairākiem metriem), graudu kristalogrāfiskā orientācija un graudu robežu struktūra. Ja graudi ir nejauši orientēti un to izmēri ir mazi, salīdzinot ar polikristāla izmēru, tad polikristālā neparādās monokristāliem raksturīgā fizikālo īpašību anizotropija. Ja polikristālam ir dominējošā graudu kristalogrāfiskā orientācija, tad polikristāls ir teksturēts un šajā gadījumā tam ir īpašību anizotropija. Graudu robežu klātbūtne būtiski ietekmē polikristālu fizikālās, īpaši mehāniskās īpašības, jo robežās notiek vadītspējas elektronu, fononu izkliede, dislokāciju bremzēšana utt.

Polikristāli veidojas kristalizācijas, polimorfo pārvērtību un kristālisko pulveru saķepināšanas rezultātā. Polikristāls ir mazāk stabils nekā monokristāls, tāpēc ilgstošas ​​polikristāla atkausēšanas laikā notiek pārkristalizācija (pārsvarā atsevišķu graudu augšana uz citu rēķina), kā rezultātā veidojas lieli kristāliski bloki.

2. nodaļa. Kristālu simetrijas elementi

Simetrijas un asimetrijas jēdzieni zinātnē ir parādījušies kopš seniem laikiem kā estētisks kritērijs, nevis stingri zinātniskas definīcijas. Pirms simetrijas idejas parādīšanās matemātika, fizika un dabaszinātnes kopumā atgādināja atsevišķas ideju, teoriju un likumu salas, kas bija bezcerīgi izolētas viena no otras un pat pretrunīgas. Simetrija raksturo un iezīmē sintēzes laikmetu, kad atšķirīgi zinātnisko zināšanu fragmenti saplūst vienotā, holistiskā pasaules ainā. Viena no galvenajām tendencēm šajā procesā ir zinātnisko zināšanu matematizācija.

Simetriju parasti uzskata ne tikai par fundamentālu zinātnisko zināšanu priekšstatu, kas veido iekšējās saiknes starp sistēmām, teorijām, likumiem un jēdzieniem, bet arī piedēvē to tik fundamentāliem atribūtiem kā telpa un laiks, kustība. Šajā ziņā simetrija nosaka materiālās pasaules struktūru un visas tās sastāvdaļas. Simetrijai ir daudzšķautņains un daudzlīmeņu raksturs. Piemēram, fizisko zināšanu sistēmā simetrija tiek aplūkota parādību līmenī, likumi, kas apraksta šīs parādības, un šo likumu pamatā esošie principi, un matemātikā - aprakstot ģeometriskus objektus. Simetriju var klasificēt šādi:

· strukturālā;

· ģeometrisks;

· dinamisks, aprakstot, attiecīgi, kristalogrāfisku,

šī jēdziena matemātiskos un fiziskos aspektus.

Vienkāršākās simetrijas var attēlot ģeometriski mūsu parastajā trīsdimensiju telpā, un tāpēc tās ir vizuālas. Šādas simetrijas ir saistītas ar ģeometriskām operācijām, kas noved pie attiecīgā ķermeņa sakritības ar sevi. Viņi saka, ka simetrija izpaužas ķermeņa vai sistēmas nemainīgumā (nemainībā) attiecībā uz noteiktu darbību. Piemēram, sfēra (bez zīmēm uz tās virsmas) ir nemainīga jebkurā rotācijā. Tas parāda tā simetriju. Sfēra ar atzīmi, piemēram, punkta formā, sakrīt ar sevi tikai tad, kad to pagriež, pēc tam zīme uz tās atgriežas sākotnējā stāvoklī. Mūsu trīsdimensiju telpa ir izotropiska. Tas nozīmē, ka, tāpat kā sfēra bez atzīmēm, tā sakrīt ar sevi jebkurā rotācijā. Kosmoss ir nesaraujami saistīts ar matēriju. Tāpēc arī mūsu Visums ir izotrops. Arī telpa ir viendabīga. Tas nozīmē, ka tam (un mūsu Visumam) ir simetrija attiecībā uz maiņas darbību. Laikam ir tāda pati simetrija.

Papildus vienkāršām (ģeometriskām) simetrijām fizikā plaši sastopamas arī ļoti sarežģītas, tā sauktās dinamiskās simetrijas, tas ir, simetrijas, kas saistītas nevis ar telpu un laiku, bet gan ar noteikta veida mijiedarbību. Tie nav vizuāli, un pat visvienkāršākie no tiem, piemēram, t.s mērinstrumentu simetrijas, to ir grūti izskaidrot, neizmantojot diezgan sarežģītu fizikālo teoriju. Daži saglabāšanas likumi atbilst arī mērinstrumentu simetrijām fizikā. Piemēram, elektromagnētisko potenciālu mērinstrumentu simetrija noved pie elektriskā lādiņa saglabāšanas likuma.

Sociālās prakses gaitā cilvēce ir uzkrājusi daudzus faktus, kas liecina gan par stingru sakārtotību, līdzsvaru starp veseluma daļām, gan par šīs sakārtotības pārkāpumiem. Šajā sakarā var izdalīt šādas piecas simetrijas kategorijas:

· simetrija;

· asimetrija;

· dissimetrija;

· antisimetrija;

· supersimetrija.

Asimetrija . Asimetrija ir asimetrija, t.i. stāvoklis, kurā nav simetrijas. Bet Kants arī teica, ka noliegums nekad nav vienkāršs izņēmums vai atbilstoša pozitīva satura trūkums. Piemēram, kustība ir tā iepriekšējā stāvokļa noliegums, objekta izmaiņas. Kustība liedz atpūtu, bet atpūta nav kustības neesamība, jo ir ļoti maz informācijas un šī informācija ir kļūdaina. Atpūtas netrūkst, tāpat kā kustību, jo tās ir vienas būtības divas puses. Atpūta ir vēl viens kustības aspekts.

Nav arī pilnīgas simetrijas trūkuma. Figūru, kurai nav simetrijas elementa, sauc par asimetrisku. Bet, stingri ņemot, tas tā nav. Asimetrisko figūru gadījumā simetrijas traucējumi tiek vienkārši izbeigti, bet ne pilnīga simetrijas neesamība, jo šīm figūrām joprojām ir raksturīgs bezgalīgs skaits pirmās kārtas asu, kas arī ir simetrijas elementi.

Asimetrija ir saistīta ar visu simetrijas elementu neesamību objektā. Šāds elements ir nedalāms daļās. Piemērs ir cilvēka roka. Asimetrija ir simetrijai pretēja kategorija, kas atspoguļo objektīvajā pasaulē pastāvošo nelīdzsvarotību, kas saistīta ar pārmaiņām, attīstību un veseluma daļu pārstrukturēšanu. Tāpat kā mēs runājam par kustību, kas nozīmē kustības un atpūtas vienotību, simetrija un asimetrija ir divi objektīvās pasaules polāri pretstati. Reālajā dabā nav tīras simetrijas un asimetrijas. Viņi vienmēr ir vienotībā un nepārtrauktā cīņā.

Dažādos matērijas attīstības līmeņos pastāv vai nu simetrija (relatīvā kārtība), vai asimetrija (tieksme traucēt mieru, kustību, attīstību), taču šīs abas tendences vienmēr ir vienotas un to cīņa ir absolūta. Īsti, pat visperfektākie kristāli savā struktūrā ir tālu no kristālogrāfijā aplūkotajiem ideālās formas un ideālās simetrijas kristāliem. Tie satur ievērojamas novirzes no ideālās simetrijas. Viņiem ir arī asimetrijas elementi: dislokācijas, vakances, kas ietekmē to fiziskās īpašības.

Simetrijas un asimetrijas definīcijas norāda uz simetrijas un asimetrijas universālo, vispārīgo raksturu kā materiālās pasaules īpašībām. Simetrijas jēdziena analīze fizikā un matemātikā (ar retiem izņēmumiem) tiecas absolutizēt simetriju un interpretēt asimetriju kā simetrijas un kārtības neesamību. Simetrijas antipods parādās kā tīri negatīvs jēdziens, taču tas ir uzmanības vērts. Ievērojama interese par asimetriju radās 19. gadsimta vidū saistībā ar L. Pastēra eksperimentiem stereoizomēru izpētē un atdalīšanā.

Dissimetrija . Dissimetrija ir iekšēja jeb sajukuma simetrija, t.i. objektam trūkst dažu simetrijas elementu. Piemēram, upēm, kas plūst pa zemes meridiāniem, viens krasts ir augstāks par otru (ziemeļu puslodē labais krasts ir augstāks par kreiso, bet dienvidu puslodē otrādi). Pēc Pastēra domām, disimetriska figūra ir tāda, kuru nevar apvienot ar tās spoguļattēlu ar vienkāršu superpozīciju. Disimetriskā objekta simetrijas apjoms var būt patvaļīgi augsts. Dissimetriju tās izpratnes plašākajā nozīmē varētu definēt kā jebkāda veida tuvinājumu no bezgalīgi simetriska objekta uz bezgalīgi asimetrisku objektu.

Antisimetrija . Antisimetriju sauc par pretējo simetriju vai pretstatu simetriju. Tas ir saistīts ar figūras zīmes maiņu: daļiņas - antidaļiņas, izliekums - ieliekums, melns - balts, spriegums - saspiešana, uz priekšu - atpakaļ utt. Šo koncepciju var izskaidrot ar divu melnbaltu cimdu pāru piemēru. Ja no ādas gabala ir šūti divi melnbaltu cimdu pāri, kuriem abas puses nokrāsotas attiecīgi baltā un melnā krāsā, tad tos var atšķirt pēc labēja – kreisuma, pēc krāsas – melnuma un baltuma, in citiem vārdiem sakot, pamatojoties uz zīmju informātismu un kādu citu zīmi. Antisimetrijas operācija sastāv no parastajām simetrijas operācijām, ko papildina attēla otrā atribūta izmaiņas.

Supersimetrija 20. gadsimta pēdējās desmitgadēs sāka veidoties supersimetrijas modelis, ko ierosināja krievu teorētiķi Gelfands un Lihtmans. Vienkārši sakot, viņu ideja bija tāda, ka, tāpat kā ir parastas telpas un laika dimensijas, ir jābūt papildu dimensijām, kuras var izmērīt tā sauktajos Grasmana skaitļos. Kā teica S. Hokings, pat zinātniskās fantastikas rakstnieki nav iedomājušies neko tik dīvainu kā Grasmana dimensijas. Mūsu parastajā aritmētikā, ja skaitlis 4, reizināts ar 6, ir tas pats, kas 6 reizināts ar 4. Bet dīvainā lieta ar Grasmana skaitļiem ir tāda, ka, ja X reizina ar Y, tad tas ir vienāds ar mīnus Y reizināts ar X. Jūs jūtat Cik tālu tas ir no mūsu klasiskajiem priekšstatiem par dabu un tās aprakstīšanas metodēm?

Par simetriju var uzskatīt arī kustības formas jeb tā sauktās simetrijas darbības. Var atšķirt šādas simetrijas darbības:

· atspulgs simetrijas plaknē (atspīdums spogulī);

rotācija ap simetrijas asi ( rotācijas simetrija);

· atspulgs simetrijas centrā (inversija);

pārsūtīt ( pārraide) figūras attālumā;

· skrūvju pagriezieni;

· permutācijas simetrija.

Atspulgs simetrijas plaknē . Atspulgs ir visslavenākais un visbiežāk sastopamais simetrijas veids dabā. Spogulis atveido tieši to, ko tas “redz”, taču aplūkotā secība ir apgriezta: jūsu dubultnieka labā roka faktiski būs viņa kreisā roka, jo pirksti ir sakārtoti apgrieztā secībā. Visiem, iespējams, jau no bērnības ir pazīstama filma “Greizo spoguļu valstība”, kur visu varoņu vārdi tika lasīti apgrieztā secībā. Spoguļsimetriju var atrast visur: augu lapās un ziedos, arhitektūrā, ornamentos. Cilvēka ķermenim, ja runājam tikai par tā izskatu, ir spoguļsimetrija, kaut arī ne visai stingra. Turklāt spoguļa simetrija ir raksturīga gandrīz visu dzīvo radību ķermenim, un šāda sakritība nekādā gadījumā nav nejauša. Diez vai var pārvērtēt spoguļa simetrijas jēdziena nozīmi.

Visam, ko var sadalīt divās spoguļveidīgās daļās, ir spoguļa simetrija. Katra no pusēm kalpo kā otras spoguļattēls, un plakni, kas tās atdala, sauc par spoguļa atstarošanas plakni vai vienkārši par spoguļa plakni. Šo plakni var saukt par simetrijas elementu, un atbilstošo darbību var saukt par simetrijas darbību . Mēs katru dienu sastopamies ar trīsdimensiju simetriskiem rakstiem: tās ir daudzas modernas dzīvojamās ēkas un dažreiz veseli bloki, kastes un kastes, kas sakrautas noliktavās; vielas atomi kristāliskā stāvoklī veido kristāla režģi - trīsdimensiju elementu. simetrija. Visos šajos gadījumos pareiza atrašanās vieta ļauj ekonomiski izmantot telpu un nodrošina stabilitāti.

Ievērojams spoguļu simetrijas piemērs literatūrā ir "mainīgā" frāze: "Un roze uzkrita Azoram uz ķepas." . Šajā rindā spoguļa simetrijas centrs ir burts “n”, attiecībā pret kuru visi pārējie burti (neņemot vērā atstarpes starp vārdiem) atrodas savstarpēji pretējā secībā.

Rotācijas simetrija . Raksta izskats nemainīsies, ja tas tiks pagriezts noteiktā leņķī ap savu asi. Simetriju, kas rodas šajā gadījumā, sauc par rotācijas simetriju . Kā piemēru var minēt bērnu spēli "rats" ar rotācijas simetriju. Daudzās dejās figūru pamatā ir rotācijas kustības, kuras bieži tiek izpildītas tikai vienā virzienā (t.i. bez atspulga), piemēram, apaļās dejas.

Daudzu augu lapām un ziediem ir radiāla simetrija. Šī ir simetrija, kurā lapa vai zieds, griežoties ap simetrijas asi, pārvēršas par sevi. Audu šķērsgriezumos, kas veido auga sakni vai stublāju, ir skaidri redzama radiālā simetrija. Arī daudzu ziedu ziedkopām ir radiāla simetrija.

Atspulgs simetrijas centrā . Augstākās simetrijas objekta piemērs, kas raksturo šo simetrijas darbību, ir bumba. Sfēriskās formas dabā ir diezgan izplatītas. Tie ir izplatīti atmosfērā (miglas pilieni, mākoņi), hidrosfērā (dažādi mikroorganismi), litosfērā un kosmosā. Augu sporām un ziedputekšņiem, ūdens pilieniem, kas kosmosa kuģī izdalās bezsvara stāvoklī, ir sfēriska forma. Metagalaktiskā līmenī lielākās sfēriskās struktūras ir sfēriskas galaktikas. Jo blīvāka ir galaktiku kopa, jo tuvāk tā ir sfēriskai formai. Zvaigžņu kopas ir arī sfēriskas.

Tulkošana vai figūras pārsūtīšana attālumā . Tulkošana jeb paralēla figūras pārvietošana attālumā ir jebkurš neierobežoti atkārtojošs modelis. Tas var būt viendimensionāls, divdimensiju, trīsdimensiju. Tulkošana vienā vai pretējos virzienos veido viendimensionālu modeli. Tulkošana divos neparalēlos virzienos veido divdimensiju modeli. Parketa grīdas, tapešu raksti, mežģīņu lentes, celiņi, kas bruģēti ar ķieģeļiem vai flīzēm, kristāliskas figūras veido rakstus, kuriem nav dabisko robežu. Pētot grāmatu iespiešanā izmantotos rakstus, tika atklāti tie paši simetrijas elementi, kas flīžu grīdu dizainā. Ornamentālās robežas ir saistītas ar mūziku. Mūzikā simetriskas konstrukcijas elementi ietver atkārtošanas (tulkošanas) un apvērsuma (refleksijas) darbības. Tieši šie simetrijas elementi ir atrodami robežās. Lai gan lielākā daļa mūzikas nav stingri simetriskas, daudzi mūzikas skaņdarbi ir balstīti uz simetrijas operācijām. Īpaši tās ir pamanāmas bērnu dziesmās, kuras, acīmredzot, ir tik viegli iegaumējamas. Simetrijas darbības ir sastopamas viduslaiku un renesanses mūzikā, baroka laikmeta mūzikā (bieži vien ļoti izsmalcinātā formā). Laikā, kad I.S. Bahs, kad simetrija bija svarīgs kompozīcijas princips, plaši izplatījās sava veida muzikāla mīklu spēle. Viens no tiem bija atrisināt noslēpumainos "kanonus". Kanons ir polifoniskās mūzikas veids, kura pamatā ir vienas balss vadītas tēmas realizēšana citās balsīs. Komponists ierosināja tēmu, un klausītājiem bija jāuzmin simetrijas darbības, kuras viņš plāno izmantot, atkārtojot tēmu.

Daba rada pretēja veida mīklas: mums tiek piedāvāts pabeigts kanons, un mums ir jāatrod noteikumi un motīvi, kas ir pamatā esošajiem modeļiem un simetrijai, un otrādi, jāmeklē modeļi, kas rodas, atkārtojot motīvu pēc dažādiem noteikumiem. Pirmā pieeja noved pie matērijas struktūras, mākslas, mūzikas un domāšanas izpētes. Otrā pieeja saskaras ar dizaina vai plānošanas problēmu, kas māksliniekus, arhitektus, mūziķus un zinātniekus satrauc jau kopš seniem laikiem.

Spirālveida pagriezieni . Tulkošanu var apvienot ar refleksiju vai rotāciju, kas rada jaunas simetrijas darbības. Rotācija par noteiktu grādu skaitu, ko papildina pārvēršanās gar rotācijas asi, rada spirālveida simetriju - spirālveida kāpņu simetriju. Spirālveida simetrijas piemērs ir lapu izvietojums uz daudzu augu kātiem. Saulespuķu galviņai ir dzinumi, kas izkārtoti ģeometriskās spirālēs, kas atritinās no centra uz āru. Centrā atrodas jaunākie spirāles dalībnieki. Šādās sistēmās var pamanīt divas spirāļu saimes, kas atritinās pretējos virzienos un krustojas leņķos, kas ir tuvu taisnām līnijām. Bet, lai cik interesantas un pievilcīgas būtu simetrijas izpausmes augu pasaulē, joprojām ir daudz noslēpumu, kas kontrolē attīstības procesus. Sekojot Gētei, kurš runāja par dabas tendenci uz spirāli, varam pieņemt, ka šī kustība tiek veikta pa logaritmisku spirāli, katru reizi sākot no centrālā, fiksēta punkta un apvienojot translācijas kustību (stiepšanos) ar rotāciju.

Komutācijas simetrija . Turpmāka fizisko simetriju skaita paplašināšanās ir saistīta ar kvantu mehānikas attīstību. Viens no īpašajiem simetrijas veidiem mikrokosmosā ir permutācijas simetrija. Tas ir balstīts uz identisku mikrodaļiņu fundamentālu neatšķiramību, kuras nepārvietojas pa noteiktām trajektorijām, un to atrašanās vietas tiek novērtētas pēc varbūtības raksturlielumiem, kas saistīti ar viļņa funkcijas moduļa kvadrātu. Komutācijas simetrija slēpjas faktā, ka tad, kad kvantu daļiņas tiek “pārkārtotas”, varbūtības raksturlielumi nemainās; viļņa funkcijas kvadrātveida modulis ir nemainīga vērtība.

Līdzības simetrija . Cits simetrijas veids ir līdzības simetrija, kas saistīta ar līdzīgu figūras daļu un attālumu starp tām vienlaicīgu palielināšanos vai samazināšanos. Šādas simetrijas piemērs ir lelle matrjoška. Šāda simetrija ir ļoti izplatīta dzīvajā dabā. To demonstrē visi augošie organismi.

Simetrijas jautājumiem mūsdienu fizikā ir izšķiroša nozīme. Dabas dinamiskos likumus raksturo noteikta veida simetrija. Vispārīgā nozīmē fizisko likumu simetrija nozīmē to nemainīgumu attiecībā uz noteiktām transformācijām. Jāņem vērā arī tas, ka aplūkotajiem simetrijas veidiem ir noteiktas piemērojamības robežas. Piemēram, labās un kreisās puses simetrija pastāv tikai spēcīgas elektromagnētiskās mijiedarbības zonā, bet vājās tiek pārkāpta. Izotopu invariance ir spēkā tikai tad, ja ņem vērā elektromagnētiskos spēkus. Lai piemērotu simetrijas jēdzienu, varat ieviest noteiktu struktūru, kurā ņemti vērā četri faktori:

· objekts vai parādība, kas tiek pētīta;

· transformācija, attiecībā pret kuru tiek aplūkota simetrija;

· Jebkura objekta vai parādības īpašību nemainīgums, kas izsaka attiecīgo simetriju. Saikne starp fizisko likumu simetriju un saglabāšanas likumiem;

· dažādu simetrijas veidu pielietojamības robežas.

Fizikālo sistēmu vai likumu simetrijas īpašību izpēte prasa īpašu matemātisku analīzi, galvenokārt grupu teorijas jēdzienus, kas pašlaik ir visvairāk attīstīti cietvielu fizikā un kristalogrāfijā.

3. nodaļa. Cieto vielu defektu veidi

Visām reālām cietām vielām, gan vienkristāliskajām, gan polikristāliskajām, ir tā sauktie strukturālie defekti, kuru veidi, koncentrācijas un uzvedība ir ļoti dažādi un ir atkarīgi no rakstura, materiālu iegūšanas apstākļiem un ārējās ietekmes rakstura. Lielākā daļa defektu, ko rada ārējā ietekme, ir termodinamiski nestabili, un sistēmas stāvoklis šajā gadījumā ir ierosināts (nelīdzsvarots). Šādas ārējās ietekmes var būt temperatūra, spiediens, apstarošana ar daļiņām un augstas enerģijas kvantiem, piemaisījumu ievadīšana, fāzes sacietēšana polimorfu un citu transformāciju laikā, mehāniskie efekti utt. Pāreja uz līdzsvara stāvokli var notikt dažādos veidos un kā likums, tiek realizēts, izmantojot virkni metastabilu stāvokļu.

Viena veida defekti, mijiedarbojoties ar tāda paša vai cita veida defektiem, var iznīcināt vai veidot jaunas defektu asociācijas. Šos procesus pavada sistēmas enerģijas samazināšanās.

Pamatojoties uz virzienu skaitu N, kuros izplešas noteikta defekta izraisītais atomu periodiskā izvietojuma pārkāpums kristāliskajā režģī, tiek izdalīti defekti:

· Punkts (nulles dimensijas, N=0);

· Lineārs (viendimensionāls, N=1);

· Virsma (divdimensiju, N=2);

· Tilpums (trīsdimensiju, N=3);

Tagad mēs detalizēti apsvērsim katru defektu.

3.1 Punktu defekti

Uz nulles dimensiju (vai punktu) kristāla defekti ietver visus defektus, kas saistīti ar nelielas atomu grupas pārvietošanu vai nomaiņu, kā arī ar piemaisījumiem. Tie rodas karsēšanas, dopinga, kristālu augšanas laikā un radiācijas iedarbības rezultātā. Tos var ieviest arī implantācijas rezultātā. Vislabāk ir pētītas šādu defektu īpašības un to veidošanās mehānismi, tostarp kustība, mijiedarbība, iznīcināšana un iztvaikošana.

· Vakance - brīvs, neaizņemts atoms, kristāla režģa mezgls.

· Pareizs intersticiāls atoms - galvenā elementa atoms, kas atrodas vienības šūnas intersticiālajā pozīcijā.

· Piemaisījumu atoma aizstāšana - viena tipa atoma aizstāšana ar cita tipa atomu kristāla režģa mezglā. Aizvietošanas pozīcijas var saturēt atomus, kas salīdzinoši maz atšķiras pēc izmēra un elektroniskajām īpašībām no bāzes atomiem.

· Intersticiālais piemaisījumu atoms - piemaisījuma atoms atrodas kristāla režģa starpposmos. Metālos intersticiālie piemaisījumi parasti ir ūdeņradis, ogleklis, slāpeklis un skābeklis. Pusvadītājos tie ir piemaisījumi, kas rada dziļu enerģijas līmeni joslas spraugā, piemēram, varš un zelts silīcijā.

Arī kristālos bieži tiek novēroti kompleksi, kas sastāv no vairākiem punktu defektiem, piemēram, Frenkela defekts (vakance + savs intersticiāls atoms), bivakance (vakance + vakance), A-centrs (vakance + skābekļa atoms silīcijā un germānijā) utt.

Punktu defektu termodinamika. Punktu defekti palielina kristāla enerģiju, jo katra defekta veidošanai tika iztērēts noteikts enerģijas daudzums. Elastīgā deformācija rada ļoti mazu vakances veidošanās enerģijas daļu, jo jonu nobīdes nepārsniedz 1% un atbilstošā deformācijas enerģija ir eV desmitdaļas. Intersticiāla atoma veidošanās laikā blakus esošo jonu pārvietojumi var sasniegt 20% no starpatomu attāluma, un atbilstošā režģa elastīgās deformācijas enerģija var sasniegt vairākus eV. Galvenā punktveida defekta veidošanās daļa ir saistīta ar atomu struktūras periodiskuma un savienojuma spēku starp atomiem pārkāpumu. Metāla punktveida defekts mijiedarbojas ar visu elektronu gāzi. Pozitīvā jona noņemšana no vietas ir līdzvērtīga punktveida negatīva lādiņa ieviešanai; vadītspējas elektroni tiek atgrūsti no šī lādiņa, kas izraisa to enerģijas pieaugumu. Teorētiskie aprēķini liecina, ka vara fcc režģī vakances veidošanās enerģija ir aptuveni 1 eV, bet intersticiāla atoma - no 2,5 līdz 3,5 eV.

Neskatoties uz kristāla enerģijas palielināšanos savu punktu defektu veidošanās laikā, tie var būt termodinamiskā līdzsvarā režģī, jo to veidošanās izraisa entropijas palielināšanos. Paaugstinātās temperatūrās brīvās enerģijas entropijas termiņa TS pieaugums punktu defektu veidošanās dēļ kompensē kopējās kristāla enerģijas U pieaugumu, un brīvā enerģija izrādās minimāla.

Vakanču līdzsvara koncentrācija:

Kur E 0 - vienas vakances veidošanās enerģija, k- Bolcmana konstante, T- absolūtā temperatūra. Tāda pati formula ir derīga intersticiālajiem atomiem. Formula parāda, ka vakanču koncentrācijai jābūt ļoti atkarīgai no temperatūras. Aprēķina formula ir vienkārša, bet precīzas kvantitatīvās vērtības var iegūt, tikai zinot defektu veidošanās enerģētisko vērtību. Šo vērtību teorētiski ir ļoti grūti aprēķināt, tāpēc jāapmierinās tikai ar aptuvenām aplēsēm.

Tā kā eksponentā ir iekļauta defektu veidošanās enerģija, šī atšķirība rada milzīgu atšķirību brīvo vietu un intersticiālo atomu koncentrācijā. Tādējādi pie 1000 °C varā intersticiālo atomu koncentrācija ir tikai 10?39, kas ir par 35 kārtām mazāka nekā brīvo vietu koncentrācija šajā temperatūrā. Blīvā iepakojumā, kas raksturīgs lielākajai daļai metālu, ir ļoti grūti veidoties intersticiālajiem atomiem, un brīvās vietas šādos kristālos ir galvenie punktu defekti (neskaitot piemaisījumu atomus).

Punktu defektu migrācija. Atomi, kas veic vibrācijas kustību, nepārtraukti apmainās ar enerģiju. Siltuma kustības nejaušības dēļ enerģija tiek nevienmērīgi sadalīta starp dažādiem atomiem. Kādā brīdī atoms no kaimiņiem var saņemt tādu enerģijas pārpalikumu, ka tas režģī ieņems blakus pozīciju. Tā notiek punktveida defektu migrācija (kustība) lielākajā daļā kristālu.

Ja viens no atomiem, kas ieskauj vakanci, pārvietojas uz brīvu vietu, tad vakance attiecīgi pārvietosies uz savu vietu. Secīgus elementārus noteiktas vakances pārvietošanas aktus veic dažādi atomi. Attēlā redzams, ka cieši saspiestu bumbiņu (atomu) slānī, lai kādu no bumbiņām pārvietotu uz brīvu vietu, tai ir jāpārvieto bumbiņas 1 un 2. Līdz ar to, lai pārvietotos no pozīcijas mezglā, kur atoma enerģija ir minimāla, uz blakus esošo brīvo mezglu, kur arī enerģija ir minimāla, atomam jāiziet cauri stāvoklim ar paaugstinātu potenciālo enerģiju un jāpārvar enerģijas barjera. Šim nolūkam atomam no kaimiņiem ir jāsaņem enerģijas pārpalikums, ko tas zaudē, “izspiežoties” jaunā pozīcijā. Enerģijas barjeras E m augstumu sauc vakances migrācijas aktivizācijas enerģija.

Punktu defektu avoti un izlietnes. Punktu defektu galvenais avots un izlietne ir lineārie un virsmas defekti. Lielos perfektos monokristālos pārsātināta cieta šķīduma sadalīšanās ar saviem punktveida defektiem ir iespējama, veidojoties t.s. mikrodefekti.

Punktu defektu kompleksi. Vienkāršākais punktu defektu komplekss ir bivakance (divakance): divas vakances, kas atrodas blakus esošajās režģu vietās. Metālos un pusvadītājos liela nozīme ir kompleksiem, kas sastāv no diviem vai vairākiem piemaisījumu atomiem, kā arī piemaisījumu atomiem un to pašu punktu defektiem. Jo īpaši šādi kompleksi var būtiski ietekmēt cietvielu stiprību, elektriskās un optiskās īpašības.

3.2 Lineārie defekti

Viendimensijas (lineārie) defekti ir kristāla defekti, kuru izmērs vienā virzienā ir daudz lielāks par režģa parametru, bet pārējos divos - salīdzināms ar to. Lineārie defekti ietver dislokācijas un dislinācijas. Vispārīga definīcija: dislokācija ir nepilnīgas bīdes zonas robeža kristālā. Dislokācijas raksturo bīdes vektors (Burgers vektors) un leņķis μ starp to un dislokācijas līniju. Ja μ = 0, dislokāciju sauc par skrūvju dislokāciju; pie c=90° - mala; citos leņķos tas tiek sajaukts un pēc tam var tikt sadalīts spirālveida un malas komponentos. Dislokācijas rodas kristāla augšanas laikā; tās plastiskās deformācijas laikā un daudzos citos gadījumos. To izplatība un uzvedība ārējās ietekmēs nosaka svarīgākās mehāniskās īpašības, jo īpaši tādas kā stiprība, elastība utt. Disklinācija ir kristāla nepilnīgās rotācijas apgabala robeža. Raksturīgs ar rotācijas vektoru.

3.3 Virsmas defekti

Galvenais šīs klases reprezentatīvais defekts ir kristāla virsma. Citi gadījumi ir materiāla graudu robežas, tostarp zema leņķa robežas (kas atspoguļo dislokāciju asociācijas), sadraudzības plaknes, fāžu saskarnes utt.

3.4 Tilpuma defekti

Tie ietver vakanču kopas, kas veido poras un kanālus; uz dažādiem defektiem (dekorācijas) nogulsnētas daļiņas, piemēram, gāzes burbuļi, mātes šķidruma burbuļi; piemaisījumu uzkrāšanās sektoru (smilšu pulksteņu) un augšanas zonu veidā. Parasti tās ir piemaisījumu fāžu poras vai ieslēgumi. Tie ir daudzu defektu konglomerāts. Izcelsme: kristālu augšanas režīmu traucējumi, pārsātināta cietā šķīduma sadalīšanās, paraugu piesārņojums. Dažos gadījumos (piemēram, nokrišņu sacietēšanas laikā) materiālā tiek speciāli ieviesti tilpuma defekti, lai mainītu tā fizikālās īpašības.

Nodaļa 4. Saņemtanav kristālu

Zinātnes un tehnikas attīstība ir novedusi pie tā, ka daudzi dabā reti sastopami dārgakmeņi vai vienkārši kristāli ir kļuvuši ļoti nepieciešami ierīču un mašīnu detaļu izgatavošanai, zinātniskiem pētījumiem. Pieprasījums pēc daudziem kristāliem ir tik ļoti pieaudzis, ka to nebija iespējams apmierināt, paplašinot veco ražošanas apjomu un meklējot jaunas dabas atradnes.

Turklāt daudzās tehnoloģiju nozarēs un jo īpaši zinātniskajā pētniecībā arvien vairāk ir nepieciešami ļoti augstas ķīmiskās tīrības monokristāli ar perfektu kristāla struktūru. Dabā sastopamie kristāli neatbilst šīm prasībām, jo ​​tie aug apstākļos, kas ir ļoti tālu no ideāliem.

Tādējādi radās uzdevums izstrādāt tehnoloģiju daudzu elementu un ķīmisko savienojumu monokristālu mākslīgai ražošanai.

Salīdzinoši vienkāršas “dārgakmens” izgatavošanas metodes izstrāde noved pie tā, ka tas pārstāj būt vērtīgs. Tas izskaidrojams ar to, ka lielākā daļa dārgakmeņu ir dabā plaši izplatīti ķīmisko elementu un savienojumu kristāli. Tādējādi dimants ir oglekļa kristāls, rubīns un safīrs ir alumīnija oksīda kristāli ar dažādiem piemaisījumiem.

Apsvērsim galvenās monokristālu audzēšanas metodes. No pirmā acu uzmetiena var šķist, ka kristalizācija no kausējuma ir ļoti vienkārša. Pietiek uzsildīt vielu virs kušanas temperatūras, iegūt kausējumu un pēc tam atdzesēt. Principā tas ir pareizs veids, bet, ja netiks veikti īpaši pasākumi, labākajā gadījumā jūs nonāksit pie polikristāliska parauga. Un, ja eksperimentu veic, piemēram, ar kvarcu, sēru, selēnu, cukuru, kas atkarībā no to kausējuma dzesēšanas ātruma var sacietēt kristāliskā vai amorfā stāvoklī, tad nav garantijas, ka amorfs ķermenis netiks iegūts.

Lai izaudzētu vienu kristālu, nepietiek ar lēnu dzesēšanu. Vispirms ir nepieciešams atdzesēt vienu nelielu kausējuma laukumu un iegūt tajā kristāla “kodolu”, un pēc tam, secīgi atdzesējot kausējumu, kas ieskauj “kodolu”, ļauj kristālam augt visā kausējuma tilpumā. izkausēt. Šo procesu var panākt, lēnām nolaižot tīģeli, kurā atrodas kausējums, caur atveri vertikālā cauruļu krāsnī. Kristāls veido kodolu tīģeļa apakšā, jo tas vispirms nonāk zemākas temperatūras reģionā un pēc tam pakāpeniski aug visā kausējuma tilpumā. Tīģeļa dibens ir speciāli veidots šaurs, vērsts uz konusu, lai tajā varētu atrasties tikai viens kristālisks kodols.

Šo metodi bieži izmanto, lai audzētu cinka, sudraba, alumīnija, vara un citu metālu kristālus, kā arī nātrija hlorīdu, kālija bromīdu, litija fluorīdu un citus sāļus, ko izmanto optiskajā rūpniecībā. Vienā dienā var izaudzēt apmēram kilogramu smagu akmeņsāls kristālu.

Aprakstītās metodes trūkums ir kristālu piesārņojums ar tīģeļa materiālu. kristāla defekta simetrijas īpašība

Beztīģeļu metodei kristālu audzēšanai no kausējuma, ko izmanto, lai audzētu, piemēram, korundu (rubīnus, safīrus), šī trūkuma nav. Smalkākais alumīnija oksīda pulveris no 2–100 mikronu lieliem graudiem tiek izliets plānā plūsmā no tvertnes, iziet cauri skābekļa-ūdeņraža liesmai, izkūst un pilienu veidā nokrīt uz ugunsizturīga materiāla stieņa. Stieņa temperatūra tiek uzturēta nedaudz zem alumīnija oksīda kušanas punkta (2030°C). Alumīnija oksīda pilieni uz tā atdziest un veido saķepināta korunda masas garoziņu. Pulksteņa mehānisms lēni (10-20 mm/h) nolaiž stieni uz leju, un uz tā pamazām izaug neslīpēts korunda kristāls, kas veidots kā apgriezts bumbieris, tā sauktais bubulis.

Tāpat kā dabā, kristālu iegūšana no šķīduma ir saistīta ar divām metodēm. Pirmais no tiem sastāv no šķīdinātāja lēnas iztvaicēšanas no piesātināta šķīduma, bet otrais - lēni pazemināt šķīduma temperatūru. Biežāk tiek izmantota otrā metode. Kā šķīdinātājus izmanto ūdeni, spirtus, skābes, kausētus sāļus un metālus. Kristālu audzēšanas metožu trūkums no šķīduma ir iespēja piesārņot kristālus ar šķīdinātāja daļiņām.

Kristāls aug no tiem pārsātinātā šķīduma apgabaliem, kas to uzreiz ieskauj. Rezultātā šķīdums pie kristāla izrādās mazāk pārsātināts nekā tālu no tā. Tā kā pārsātināts šķīdums ir smagāks par piesātinātu, virs augošā kristāla virsmas vienmēr ir augšupejoša “izlietotā” šķīduma plūsma. Bez šādas šķīduma maisīšanas kristālu augšana ātri beigtos. Tāpēc šķīdums bieži tiek papildus maisīts vai kristāls tiek fiksēts uz rotējoša turētāja. Tas ļauj izaudzēt progresīvākus kristālus.

Jo zemāks augšanas ātrums, jo labāki iegūtie kristāli. Šis noteikums attiecas uz visām audzēšanas metodēm. Cukura un galda sāls kristālus var viegli iegūt no ūdens šķīduma mājās. Bet diemžēl ne visus kristālus var tik vienkārši izaudzēt. Piemēram, kvarca kristālu ražošana no šķīduma notiek 400°C temperatūrā un 1000 atspiedienā.

5. nodaļa. Kristālu īpašības

Aplūkojot dažādus kristālus, redzam, ka tiem visiem ir atšķirīga forma, taču katrs no tiem attēlo simetrisku ķermeni. Patiešām, simetrija ir viena no galvenajām kristālu īpašībām. Mēs saucam ķermeņus par simetriskiem, ja tie sastāv no vienādām, identiskām daļām.

Visi kristāli ir simetriski. Tas nozīmē, ka katrā kristāliskā daudzskaldnī var atrast simetrijas plaknes, simetrijas asis, simetrijas centrus un citus simetrijas elementus, lai identiskas daudzskaldņa daļas saskanētu kopā. Ieviesīsim vēl vienu ar simetriju saistītu jēdzienu – polaritāti.

Katram kristāliskajam daudzskaldnim ir noteikts simetrijas elementu kopums. Visu konkrētajam kristālam raksturīgo simetrijas elementu komplektu sauc par simetrijas klasi. To skaits ir ierobežots. Ir matemātiski pierādīts, ka kristālos ir 32 simetrijas veidi.

Ļaujiet mums sīkāk apsvērt simetrijas veidus kristālā. Pirmkārt, kristāliem var būt tikai 1, 2, 3, 4 un 6 kārtas simetrijas asis. Acīmredzot 5., 7. un augstākas kārtas simetrijas asis nav iespējamas, jo pie šādas struktūras atomu rindas un tīkli telpu neaizpildīs nepārtraukti, starp atomu līdzsvara pozīcijām radīsies tukšumi un spraugas. Atomi neatradīsies stabilākajās pozīcijās, un kristāla struktūra sabruks.

Kristāliskā daudzskaldnī var atrast dažādas simetrijas elementu kombinācijas – vieniem to ir maz, citiem daudz. Saskaņā ar simetriju, galvenokārt gar simetrijas asīm, kristālus iedala trīs kategorijās.

Augstākajā kategorijā ietilpst simetriskākie kristāli, tiem var būt vairākas 2., 3. un 4. kārtas simetrijas asis, nav 6. kārtas asis, tiem var būt plaknes un simetrijas centri. Šīs formas ir kubs, oktaedrs, tetraedrs utt. Visām tām ir kopīga iezīme: tās ir aptuveni vienādas visos virzienos.

Vidējās kategorijas kristāliem var būt 3, 4 un 6 kārtas asis, bet tikai pa vienam. Var būt vairākas 2. kārtas asis, iespējamas simetrijas plaknes un simetrijas centri. Šo kristālu formas: prizmas, piramīdas utt. Kopīgā iezīme: krasa atšķirība gar galveno simetrijas asi un šķērsām.

Pie augstākās kategorijas kristāliem pieder: dimants, kvarcs, germānija, silīcijs, varš, alumīnijs, zelts, sudrabs, pelēkā alva, volframs, dzelzs. Vidējai kategorijai: grafīts, rubīns, kvarcs, cinks, magnijs, baltā alva, turmalīns, berils. Uz zemāko: ģipsis, vizla, vara sulfāts, Rochelle sāls uc Protams, šajā sarakstā nebija uzskaitīti visi esošie kristāli, bet tikai slavenākie no tiem.

Savukārt kategorijas ir sadalītas septiņās sistēmās. Tulkojumā no grieķu valodas "singonija" nozīmē "līdzīgs leņķis". Kristāli ar identiskām simetrijas asīm un līdz ar to ar līdzīgiem rotācijas leņķiem struktūrā tiek apvienoti kristālu sistēmā.

Kristālu fizikālās īpašības visbiežāk ir atkarīgas no to struktūras un ķīmiskā sastāva.

Pirmkārt, ir vērts pieminēt divas kristālu pamatīpašības. Viens no tiem ir anizotropija. Šis termins nozīmē īpašību izmaiņas atkarībā no virziena. Tajā pašā laikā kristāli ir viendabīgi ķermeņi. Kristāliskas vielas viendabīgums sastāv no tā, ka tās divām vienādas formas un vienādas orientācijas sekcijām ir identiskas īpašības.

Vispirms parunāsim par elektriskām īpašībām. Principā kristālu elektriskās īpašības var aplūkot, izmantojot metālu piemēru, jo metāli vienā no to stāvokļiem var būt kristāliski agregāti. Elektroni, kas brīvi pārvietojas metālā, nevar izdzist, tas prasa enerģiju. Ja šajā gadījumā tiek iztērēta starojuma enerģija, elektronu abstrakcijas efekts izraisa tā saukto fotoelektrisko efektu. Līdzīgs efekts tiek novērots monokristāļos. No molekulārās orbītas atrauts elektrons, kas paliek kristāla iekšpusē, rada tajā metālisku vadītspēju (iekšējais fotoelektriskais efekts). Normālos apstākļos (bez apstarošanas) šādi savienojumi nav elektriskās strāvas vadītāji.

Gaismas viļņu uzvedību kristālos pētīja E.Bertolins, kurš pirmais pamanīja, ka viļņi, izejot cauri kristālam, uzvedas nestandarta. Kādu dienu Bertalins skicēja Islandes špagas divskaldņu leņķus, pēc tam uzlika kristālu uz zīmējumiem, tad zinātnieks pirmo reizi redzēja, ka katra līnija sadalās. Viņš vairākas reizes pārliecinājās, ka visi sparu kristāli sadala gaismu, tikai pēc tam Bertalins uzrakstīja traktātu “Eksperimenti ar divkāršotu Islandes kristālu, kā rezultātā tika atklāta brīnišķīga un ārkārtēja refrakcija” (1669). Zinātnieks savu eksperimentu rezultātus nosūtīja atsevišķiem zinātniekiem un akadēmijām vairākās valstīs. Darbi tika pieņemti ar pilnīgu neuzticību. Anglijas Zinātņu akadēmija piešķīra zinātnieku grupu, lai pārbaudītu šo likumu (Ņūtons, Boils, Huks utt.). Šī autoritatīvā komisija fenomenu atzina par nejaušu un likumu par neesošu. Bertalina eksperimentu rezultāti tika aizmirsti.

Tikai 20 gadus vēlāk Kristians Huigenss apstiprināja Bertalina atklājuma pareizību un pats atklāja kvarca divreizējo lūzumu. Daudzi zinātnieki, kas vēlāk pētīja šo īpašību, apstiprināja, ka ne tikai Islandes špaga, bet arī daudzi citi kristāli sadala gaismu.

...

Līdzīgi dokumenti

Kristāla struktūra. Cietvielu fizikas loma, priekšmets un uzdevumi. Kristāliskie un amorfie ķermeņi. Kristāla režģu veidi. Saišu veidi kristālos. Cietvielu kristālu struktūras. Šķidrie kristāli. Kristāla defekti.

lekcija, pievienota 13.03.2007


Vielas kondensētā stāvokļa jēdziens un galvenās iezīmes, raksturīgie procesi. Kristāliskie un amorfie ķermeņi. Kristālu anizotropijas būtība un iezīmes. Polikristālu un polimēru atšķirīgās iezīmes. Kristālu termiskās īpašības un struktūra.

lekciju kurss, pievienots 21.02.2009


Cieta ķermeņa vispārīgās īpašības, tā stāvoklis. Lokalizēti un delokalizēti cieta ķermeņa stāvokļi, atšķirīgās iezīmes. Būtība, ķīmisko saišu veidi cietās vielās. Lokālie un nelokālie apraksti neizkropļotos režģos. Punktu defekti.

apmācība, pievienota 21.02.2009


Kristāli ir īstas cietas vielas. Punktu defektu termodinamika kristālos, to migrācija, avoti un izlietnes. Dislokācijas, cietvielu kristāliskās struktūras lineāra defekta izpēte. Divdimensiju un trīsdimensiju defekti. Amorfas cietas vielas.

ziņojums, pievienots 01.07.2015


Cietvielu fizika ir viens no pīlāriem, uz kuriem balstās mūsdienu tehnoloģiskā sabiedrība. Cietvielu fiziskā struktūra. Kristālu simetrija un klasifikācija. Deformācijas un spriedzes pazīmes. Kristāla defekti, veidi, kā palielināt spēku.

prezentācija, pievienota 12.02.2010


Pārtraukuma simetrijas elementu pievienošana. Konsekventa atstarošana divās paralēlās simetrijas plaknēs. Simetrijas plaknes un tai perpendikulāra tulkojuma summa. Tulkošanas vektora darbības raksturojums uz tam perpendikulārām asīm.

prezentācija, pievienota 09.23.2013


Cietvielu kristāliskie un amorfie stāvokļi, punktveida un lineāro defektu cēloņi. Kristālu veidošanās un augšana. Mākslīgā dārgakmeņu, cieto šķīdumu un šķidro kristālu ražošana. Holesterisko šķidro kristālu optiskās īpašības.

abstrakts, pievienots 26.04.2010


Nehomogēnu pusvadītāju paraugu fotoelektriskās īpašības. Omiskā kontakta enerģijas struktūra nevienmērīgi sadalītu elektronu slazdu klātbūtnē. Gāzlādē apstrādātu kristālu fotoelektriskās īpašības.

diplomdarbs, pievienots 18.03.2008


Reālo kristālu defekti, bipolāro tranzistoru darbības princips. Kristāla režģa kropļojumi intersticiālos un aizvietojošos cietos šķīdumos. Virsmas parādības pusvadītājos. Tranzistora parametri un emitera strāvas pārneses koeficients.

tests, pievienots 22.10.2009


Ūdeņraža saite ūdenī, tās galvenie kritēriji. Anomālas ūdens īpašības. Elektrolīzes un elektrolītu jēdziens. Elektrokristalizācija un tās likumi. Ūdeņraža saišu tīkla dinamika ūdens elektrokristalizācijas laikā. Kristālisks un amorfs ledus.

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

Ikviens var viegli sadalīt ķermeņus cietos un šķidros. Tomēr šis sadalījums būs balstīts tikai uz ārējām pazīmēm. Lai noskaidrotu, kādas īpašības piemīt cietām vielām, mēs tās uzsildīsim. Daži ķermeņi sāks degt (koks, ogles) - tās ir organiskas vielas. Citi mīkstinās (sveķi) pat zemā temperatūrā - tie ir amorfi. Īpašu cietvielu grupu veido tās, kurām temperatūras atkarība no karsēšanas laika ir parādīta 12. attēlā. Tās ir kristāliskas cietas vielas. Šo kristālisko ķermeņu izturēšanos sildot var izskaidrot ar to iekšējo struktūru. Kristāla ķermeņi- tie ir ķermeņi, kuru atomi un molekulas ir sakārtotas noteiktā secībā, un šī kārtība tiek saglabāta diezgan lielā attālumā. Atomu vai jonu telpisko periodisko izvietojumu kristālā sauc kristāla režģis. Kristāla režģa punktus, kuros atrodas atomi vai joni, sauc par režģa mezgliem.

Kristāliski ķermeņi ir vai nu atsevišķi kristāli, vai polikristāli. Monokristāls visā tā tilpumā ir viens kristāla režģis.

Anizotropija monokristāli ir to fizikālo īpašību atkarība no virziena. Polikristāls Tā ir mazu, dažādi orientētu monokristālu (graudu) kombinācija, un tai nav īpašību anizotropijas. Lielākajai daļai cieto vielu ir polikristāliska struktūra (minerāli, sakausējumi, keramika).

Kristālisko ķermeņu galvenās īpašības ir: kušanas temperatūras noteiktība, elastība, izturība, īpašību atkarība no atomu izkārtojuma secības, t.i., no kristālrežģa veida.

Amorfs ir vielas, kurām nav secības atomu un molekulu izkārtojumā visā šīs vielas tilpumā. Atšķirībā no kristāliskām vielām, amorfām vielām izotropisks. Tas nozīmē, ka īpašības visos virzienos ir vienādas. Pāreja no amorfā stāvokļa uz šķidrumu notiek pakāpeniski, nav noteiktas kušanas temperatūras. Amorfiem ķermeņiem nav elastības, tie ir plastiski. Amorfā stāvoklī ir dažādas vielas: stikls, sveķi, plastmasa utt.

Elastība- ķermeņu īpašība atjaunot savu formu un apjomu pēc ārējo spēku pārtraukšanas vai citu iemeslu, kas izraisīja ķermeņu deformāciju. Pēc cieta ķermeņa daļiņu pārvietošanās rakstura deformācijas, kas rodas, mainoties tā formai, iedala: spriedze - spiede, bīde, vērpe un liece. Elastīgajām deformācijām ir spēkā Huka likums, saskaņā ar kuru elastīgās deformācijas ir tieši proporcionālas ārējām ietekmēm, kas tās izraisa. Stiepes-spiedes deformācijas gadījumā Huka likumam ir šāda forma: , kur ir mehāniskais spriegums, ir relatīvais pagarinājums, ir absolūtais pagarinājums, ir Younga modulis (elastības modulis). Elastība ir saistīta ar vielu veidojošo daļiņu mijiedarbību un termisko kustību.

Atkarībā no fizikālajām īpašībām un molekulārās struktūras izšķir divas galvenās cieto vielu klases – kristāliskas un amorfas.

1. definīcija

Amorfajiem ķermeņiem ir tāda iezīme kā izotropija. Šis jēdziens nozīmē, ka tie ir salīdzinoši neatkarīgi no optiskām, mehāniskām un citām fizikālajām īpašībām un virziena, kādā uz tiem iedarbojas ārējie spēki.

Afmorisko ķermeņu galvenā iezīme ir haotiskais atomu un molekulu izvietojums, kas pulcējas tikai nelielās lokālās grupās, katrā ne vairāk kā dažas daļiņas.

Šī īpašība tuvina amorfos ķermeņus šķidrumiem. Šādas cietās vielas ietver dzintaru un citus cietos sveķus, dažāda veida plastmasu un stiklu. Augstas temperatūras ietekmē amorfie ķermeņi mīkstina, bet, lai tos pārvērstu šķidrumā, nepieciešams spēcīgs siltums.

Visiem kristāliskajiem ķermeņiem ir skaidra iekšējā struktūra. Daļiņu grupas tādā pašā secībā periodiski atkārtojas visā šāda ķermeņa tilpumā. Lai vizualizētu šādu struktūru, parasti tiek izmantoti telpiskie kristāla režģi. Tie sastāv no noteikta skaita mezglu, kas veido noteiktas vielas molekulu vai atomu centrus. Parasti šādu režģi veido no joniem, kas ir daļa no vēlamajām molekulām. Tādējādi galda sālī iekšējā struktūra sastāv no nātrija un hlora joniem, kas savienoti pa pāriem molekulās. Šādus kristāliskus ķermeņus sauc par jonu ķermeņiem.

3. attēls. 6. 1 . Galda sāls kristāla režģis.

2. definīcija

Katras vielas struktūrā var izdalīt vienu minimālu komponentu - vienības šūna.

Visu režģi, no kura sastāv kristāliskais ķermenis, var izveidot šādas šūnas translācijas (paralēlas pārneses) rezultātā noteiktos virzienos.

Kristāla režģu veidu skaits nav bezgalīgs. Kopumā ir 230 sugas, no kurām lielākā daļa ir mākslīgi radītas vai atrodamas dabiskos materiālos. Strukturālie režģi var izpausties kā uz ķermeni vērsti kubi (piemēram, dzelzs), uz seju centrēti kubi (zeltam, varam) vai prizma ar sešām skaldnēm (magnijs, cinks).

Savukārt kristāliskos ķermeņus iedala polikristālos un monokristālos. Lielākā daļa vielu pieder pie polikristāliem, jo tie sastāv no tā sauktajiem kristalītiem. Tie ir mazi kristāli, kas saplūst kopā un ir nejauši orientēti. Monokristāliskas vielas ir salīdzinoši reti sastopamas pat mākslīgo materiālu vidū.

3. definīcija

Polikristāliem ir izotropijas īpašība, tas ir, vienādas īpašības visos virzienos.

Korpusa polikristāliskā struktūra ir skaidri redzama mikroskopā, un dažiem materiāliem, piemēram, čugunam, pat ar neapbruņotu aci.

4. definīcija

Polimorfisms– ir vielas spēja pastāvēt vairākās fāzēs, t.i. kristālu modifikācijas, kas viena no otras atšķiras pēc fizikālajām īpašībām.

Tiek saukts pārslēgšanās uz citu modifikāciju process polimorfā pāreja.

Šādas parādības piemērs varētu būt grafīta pārvēršanās dimantā, kas rūpnieciskos apstākļos notiek augstā spiedienā (līdz 100 000 atmosfēru) un augstā temperatūrā.
(līdz 2000 K).

Lai pētītu viena kristāla vai polikristāliska parauga režģa struktūru, tiek izmantota rentgenstaru difrakcija.

Vienkāršas kristāla režģi ir parādīti attēlā zemāk. Jāņem vērā, ka attālums starp daļiņām ir tik mazs, ka tas ir salīdzināms ar pašu daļiņu izmēru. Skaidrības labad diagrammas parāda tikai centru pozīcijas.

3. attēls. 6. 2. Vienkāršie kristāla režģi: 1 – vienkāršs kubiskais režģis; 2 – seju centrēts kubiskais režģis; 3 – uz ķermeni centrēta kubiskā režģis; 4 – sešstūra režģis.

Vienkāršākais ir kubiskais režģis: šāda struktūra sastāv no kubiem, kuru virsotnēs ir daļiņas. Seju centrētam režģim ir daļiņas ne tikai virsotnēs, bet arī uz virsmām. Piemēram, galda sāls kristāliskais režģis sastāv no diviem seju centrētiem režģiem, kas ir ievietoti viens otra iekšpusē. Uz ķermeni vērsta režģa katra kuba centrā ir papildu daļiņas.

Metāla režģiem ir viena svarīga iezīme. Vielas joni tiek noturēti, mijiedarbojoties ar brīvo elektronu gāzi. Tā saukto elektronu gāzi veido viens vai vairāki elektroni, ko atdod atomi. Šādi brīvie elektroni var pārvietoties visā kristāla tilpumā.

3. attēls. 6. 3. Metāla kristāla uzbūve.

Ja pamanāt tekstā kļūdu, lūdzu, iezīmējiet to un nospiediet Ctrl+Enter

Tāpat kā šķidrums, bet arī forma. Tie pārsvarā ir kristāliskā stāvoklī.
Kristāli- tie ir cieti ķermeņi, kuru atomi vai molekulas telpā ieņem noteiktas, sakārtotas pozīcijas. Tāpēc kristāliem ir plakanas malas. Piemēram, parastajam galda sāls graudam ir plakanas malas, kas veido taisnu leņķi viena ar otru ( Att.12.1).

To var redzēt, pētot sāli ar palielināmo stiklu. Un cik ģeometriski pareiza ir sniegpārslas forma! Tas atspoguļo arī kristāliskas cietas vielas - ledus - iekšējās struktūras ģeometrisko pareizību ( Att.12.2).

Kristālu anizotropija. Tomēr pareizā ārējā forma nav vienīgā vai pat vissvarīgākā kristāla sakārtotās struktūras sekas. Galvenais ir kristāla fizikālo īpašību atkarība no kristālā izvēlētā virziena.
Pirmkārt, pārsteidzoša ir kristālu atšķirīgā mehāniskā izturība dažādos virzienos. Piemēram, vizlas gabals viegli nolobās vienā virzienā plānās plāksnēs ( Att.12.3), taču to ir daudz grūtāk salauzt virzienā, kas ir perpendikulārs plāksnēm.

Grafīta kristāls arī viegli nolobās vienā virzienā. Rakstot ar zīmuli, šī atslāņošanās notiek nepārtraukti un uz papīra paliek plāni grafīta slāņi. Tas notiek tāpēc, ka grafīta kristāla režģim ir slāņaina struktūra. Slāņus veido virkne paralēlu tīklu, kas sastāv no oglekļa atomiem ( Att.12.4). Atomi atrodas regulāru sešstūru virsotnēs. Attālums starp slāņiem ir salīdzinoši liels – apmēram 2 reizes lielāks par sešstūra malas garumu, tāpēc saites starp slāņiem ir mazāk stipras nekā saites tajos.

Daudzi kristāli dažādos virzienos atšķirīgi vada siltumu un elektrību. Kristālu optiskās īpašības ir atkarīgas arī no virziena. Tādējādi kvarca kristāls gaismu lauž atšķirīgi atkarībā no staru virziena, kas uz to krīt.
Tiek saukta fizikālo īpašību atkarība no virziena kristāla iekšienē anizotropija. Visi kristāliskie ķermeņi ir anizotropi.
Atsevišķi kristāli un polikristāli. Metāliem ir kristāliska struktūra. Tieši metālus mūsdienās galvenokārt izmanto instrumentu, dažādu mašīnu un mehānismu ražošanā.
Ja paņem salīdzinoši lielu metāla gabalu, tad no pirmā acu uzmetiena tā kristāliskā struktūra nekādi neparādās ne šī gabala izskatā, ne fizikālajās īpašībās. Normālā stāvoklī metāliem nav anizotropijas.
Lieta ir tāda, ka metāls parasti sastāv no milzīga skaita mazu kristālu, kas ir sapludināti kopā. Zem mikroskopa vai pat ar palielināmo stiklu tās ir viegli saskatīt, īpaši uz svaiga metāla lūzuma ( Att.12.5). Katra kristāla īpašības ir atkarīgas no virziena, bet kristāli ir nejauši orientēti viens pret otru. Rezultātā tilpumā, kas ir ievērojami lielāks par atsevišķu kristālu tilpumu, visi virzieni metālos ir vienādi un metālu īpašības visos virzienos ir vienādas.

Tiek saukta cietviela, kas sastāv no liela skaita mazu kristālu polikristālisks. Atsevišķus kristālus sauc atsevišķi kristāli.
Ievērojot lielus piesardzības pasākumus, ir iespējams izaudzēt lielu metāla kristālu – monokristālu.
Normālos apstākļos polikristālisks ķermenis veidojas tā rezultātā, ka aizsāktā daudzu kristālu augšana turpinās, līdz tie saskaras viens ar otru, veidojot vienotu ķermeni.
Polikristāli ietver ne tikai metālus. Piemēram, cukura gabalam ir arī polikristāliska struktūra.
Lielākā daļa kristālisko cietvielu ir polikristāli, jo tās sastāv no daudziem savstarpēji izaugušiem kristāliem. Atsevišķi kristāli - monokristāliem ir regulāra ģeometriskā forma, un to īpašības dažādos virzienos ir atšķirīgas (anizotropija).

???
1. Vai visi kristāliskie ķermeņi ir anizotropi?
2. Koksne ir anizotropa. Vai tas ir kristālisks ķermenis?
3. Sniedziet tekstā neminētu monokristālisko un polikristālisko cietvielu piemērus.

G.Ja.Mjakiševs, B.B.Buhovcevs, N.N.Socskis, fizika 10.kl.

Nodarbības saturs nodarbību piezīmes atbalsta ietvarstundu prezentācijas paātrināšanas metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcas, apmācības, gadījumi, uzdevumi mājasdarbi diskusijas jautājumi retoriski jautājumi no studentiem Ilustrācijas audio, video klipi un multivide fotogrāfijas, attēli, grafikas, tabulas, diagrammas, humors, anekdotes, joki, komiksi, līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi tēzes raksti triki zinātkārajiem bērnu gultiņas mācību grāmatas pamata un papildu terminu vārdnīca citi Mācību grāmatu un stundu pilnveidošanakļūdu labošana mācību grāmatā fragmenta atjaunināšana mācību grāmatā, inovācijas elementi stundā, novecojušo zināšanu aizstāšana ar jaunām Tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendārais plāns gadam;metodiskie ieteikumi;diskusiju programma Integrētās nodarbības

Ja jums ir labojumi vai ieteikumi šai nodarbībai,