Kiteiden ainutlaatuiset ominaisuudet. Kiteiden tärkeimmät ominaisuudet
Ottaen huomioon eri kiteet, näemme, että ne ovat kaikki erilaisia, mutta jokainen niistä edustaa symmetristä runkoa. Ja todellakin symmetria on yksi kiteiden pääominaisuuksista. Soitamme kehon symmetristä, joka koostuu yhtä suurista identtisistä osista.
Kaikki kiteet ovat symmetrisiä. Tämä tarkoittaa, että kussakin kiteisessä polyhedronissa on mahdollista löytää symmetria, symmetriaakseli, symmetriakeskukset ja muut symmetria-elementit niin, että samat polyhedronin osat yhdistetään toisiinsa. Esittelemme toisen symmetria - napaisuus.
Jokaisella kiteisellä polyhedronilla on tietty joukko symmetriaelementtejä. Täydellinen joukko kaikkia tämän kristallin luontaisia \u200b\u200bsymmetria-elementtejä kutsutaan symmetria-luokaksi. Niiden lukumäärä on rajallinen. Matemaattinen tarkoittaa, että kiteissä on 32 tyyppistä symmetriaa.
Harkitse kiteen symmetriatyyppejä. Ensinnäkin symmetria-akselit vain 1, 2, 3, 4 ja 6 tilaus voivat olla kiteissä. On selvää, että symmetria 5, 7. ja sen yläpuolella olevat tilaukset eivät ole mahdollisia, koska tällaisella rakenteella atomi rivit ja verkot eivät täytä tilaa jatkuvasti, päästöt syntyvät, atomien tasapainoasemien väliset aukot. Atomit eivät ole vakaimmissa asennoissa ja kiteisessä rakenteessa romahtaa.
Kiteellä polyhedronissa löydät erilaisia \u200b\u200bsymmetriaelementtien yhdistelmiä - jotkut ovat muutamia, toiset ovat paljon. Symmetrian mukaan ensin symmetrian akseleilla kiteet jaetaan kolmeen luokkaan.
Korkein luokka sisältää kaikkein symmetriset kiteet, niillä voi olla useita tilausten 2, 3 ja 4 symmetrian akseleita, ei ole akseleita kuudennen järjestyksen, voi olla koneita ja symmetria-keskuksia. Nämä lomakkeet ovat kuutio, oktaedron, tetrahedron jne. Heillä kaikilla on yhteinen ominaisuus: ne ovat suunnilleen samat kaikissa suunnissa.
Keskialueiden kristallit voivat olla akseleita 3, 4 ja 6 tilausta, mutta vain yksi. 2 tilauksen akselit voivat olla jonkin verran, symmetria- ja symmetriakeskukset ovat mahdollisia. Näiden kiteiden muodot: prisma, pyramidit jne. Yleinen piirre: terävä ero sekä symmetrian pääakselilla.
Kiteistä korkeimmalle luokalle ovat: timantti, kvartsi, kranaatit germanium, pii, kupari, alumiini, kulta, hopea, harmaa volframi, rauta; keskialueeseen - grafiitti, rubiini, kvartsi, sinkki, magnesium, valkoinen tina, turmaliini, beryl; Alentaa kipsiä, kiiloa, kuparisulfaattia, segmentoitumista suolaa jne., Tietenkin kaikki olemassa olevat kiteet lueteltiin tässä luettelossa, mutta vain tunnetuin niistä.
Luokat puolestaan \u200b\u200bjaetaan seitsemään Singoniukseen. Käännetty Kreikan "Singonia" tarkoittaa "kirurgi". Kiteet, joilla on samat symmetriaakselit, yhdistetään Singonylle ja siksi samanlaisilla kääntökulmilla rakenteessa.
Ensinnäkin on syytä mainita kiteiden kaksi pääominaisuuksia. Yksi niistä on anisotropia. Tällä termillä merkitsee muutosta ominaisuuksista riippuen suunnasta. Samaan aikaan kiteet ovat homogeenisia kappaleita. Kiteisen aineen homogeenisuus on se, että saman muodon kaksi osaa ja samaa suuntausta ovat samat ominaisuudet.
Keskustele ensin sähköominaisuuksista. Periaatteessa kiteiden sähköisiä ominaisuuksia voidaan harkita metallien esimerkissä, koska metallit, joissakin valtioissa voi olla kiteisiä yksiköitä. Elektronit, jotka liikkuvat vapaasti metallilla, eivät pääse ulos, sillä tämä on käytettävä energiaa. Jos säteilevä energia käytetään, elektronin erotusvaikutus aiheuttaa niin kutsutun valokennojen vaikutuksen. Samankaltainen vaikutus havaitaan yksittäiskiteissä. Elektroniset elektroniset kiertoradat, jäljellä kristallin sisällä, aiheuttaa metallisen johtavuuden jälkimmäisessä (sisäinen aurinkosähkövaikutus). Normaaleissa olosuhteissa (ilman säteilytystä) tällaiset yhdisteet eivät ole sähkövirtajohtimet.
E. Bertoliini harjoitettiin kevyiden aaltojen käyttäytymiseen kiteissä, mikä totesi ensin, että aallot käyttäytyvät ei-standardi, kun ne kulkevat kiteen läpi. Eräänä päivänä Bertalin piirsi islantilaisen luuman diogranin kulmat, sitten hän laittoi kristallin piirustuksiin, sitten tutkija näki ensimmäistä kertaa, että jokainen rivi jakaa. Hän etsi useita kertoja, että kaikki Spadenin kiteet jakavat valon, vain sitten bertaline kirjoitti käsittelyn "kokeilut kahdella murskaamalla islantilainen kristalli, joka johti ihana ja poikkeuksellisen taittumisen löytämiseen" (1669). Tutkija lähetti hänen kokeidensa tulokset useisiin maihin yksittäisille tiedemiehille ja akatemioille. Teokset otettiin täydellisellä epäluottamuksella. British Sciences Academy Accocasi joukon tutkijoita tarkistaa tämän lain (Newton, Boyle, GUK jne.). Tämä arvovaltainen komissio tunnusti ilmiön satunnaisesti ja laki ei ole olemassa. Bardina-kokeiden tulokset unohdettiin.
Vain 20 vuoden kuluttua kristityt Guygens vahvisti Bertalinan avaamisen oikeellisuuden ja avasi kaksiporttioikeuden kvartsissa. Monet tutkijat, jotka myöhemmin osallistuivat tähän kiinteistöön, vahvistivat, että ei vain islantilainen vaihtaminen, mutta monet muut kiteet jakavat valon.
Älä jakaa korkeimman luokan kevyitä kiteitä, kuten timantti, kivi suola, alun, kranaatit, fluoriitti. Niillä on yleensä monien ominaisuuksien anisotropia, on heikompi kuin jäljellä olevissa kiteissä ja jotkin ominaisuudet ovat isotrooppisia. Kaikissa alempien ja keskiluokkien kiteissä, jos ne ovat läpinäkyviä, havaitaan valon kaksinkertainen taitto.
Taivutus syntyy huonon nopeuden eron vuoksi eri ympäristöissä. Joten lasissa valon nopeus on 1,5 kertaa pienempi kuin ilmassa, joten taitekerroin on 1,5.
Näiden kaksisuuntaisten syiden syy on kiteiden valon nopeuden anisotropia. Isotropisessa aaltoväliaineella aallot poikkeavat kaikkiin suuntiin samaan, ikään kuin pallon säde. Kiteissä, valo- ja ääniaaltoina eroavat ei-piireissä ja näiden aaltojen nopeus, mikä tarkoittaa, että eri suuntiin tarkoitetut taitekerrokset ovat erilaiset.
Kuvittele, että kristallissa valon halkaisuja säde, yksi käyttäytyy "tavallinen", ts. Se menee kaikkiin suuntiin pallon säteellä, toinen - "poikkeuksellinen" - menee ellipsoidin säteellä. Tällaisessa kristallissa on yksi suunnistus, jossa ei ole kaksi epärehellistä. Tavalliset ja poikkeukselliset säteet menevät yhteen, valonsäde ei jaettu. Sitä kutsutaan optiseksi akseliksi. Joten käyttäytyä keskiarvojen kiteiden valossa, joten niitä kutsutaan optisesti yksiaksiksi. Alimman luokan kiteillä valo kokee myös kaksinkertaisena taitoa, mutta jo molemmat säteet käyttäytyvät kuin poikkeukselliset, molemmat taitekerrokset kaikissa suunnissa ovat erilaisia \u200b\u200bja molemmat jakautuvat ellipsoidin säde. Alhaisen luokan kiteitä kutsutaan optisesti biaxialiksi. Korkeimman luokan kiteet, joissa valo poikkeaa pallon säteellä kaikissa suunnissa on sama, kutsutaan optisesti isotrooppiseksi.
Kaksitahtien kristallin läpi kulkeva valon aalto ei ole vain jaettu, mutta kukin säteet muodostui myös polarisoitiin, asetetaan kahteen tasoon nähden kohtisuorassa toisiinsa nähden. Aalto käyttäytyy samalla tavalla, koska Sen täytyy kulkea atomi-säleikön läpi, jonka riveissä on sen edessä. Siksi se hajoaa kahdella aalloilla, joissa värähtelytasot ovat keskenään kohtisuorassa.
Tällaiset kiinteät elimet elastisuus, lujuus, pintajännitys määräytyvät atomien vuorovaikutuksella ja kiteiden rakenteen avulla. Yhteisvaikutuksen vuorovaikutuksen voimien tutkiminen on esimerkiksi mahdollista määrittää elastisuuden moduulin suuruus, materiaalin lujuusraja, kiteen ja pintajännityskerroin.
Näin ollen kaikkien kiinteiden elinten ominaisuudet arvioidaan, mutta helpoin tapa tehdä tämä ihanteellisille ionisista kiteistä on helpoin. Tällaisten kiteiden ristikossa positiiviset ja negatiiviset ionit ovat vaihtoehtoisia. Ensinnäkin arvioinnissa on tarpeen selvittää yksikkökohtaisen viestinnän määrä, joka ionisissa kiteissä määritetään kahden ionien vuorovaikutuksen avulla.
INTERTOMIC-vuorovaikutuksen voimien riippuvuus atomien keskuksen välisestä etäisyydestä kiinteillä elimillä on seuraava:
1) On samanaikaisia \u200b\u200batomeja vetovoima ja repulsiovoima. Tuloksena oleva vuorovaikutuksen voima on näiden kahden voiman summa.
2) Työvoima-atomien välisen etäisyyden väheneminen kasvaa huomattavasti nopeammin kuin vetovoima, joten on olemassa tietty etäisyys, jossa vetovoiman ja vastenmielisyyden voimakkuus on tasaantunut ja tuloksena oleva voima muuttuu nollaksi. Hän itselleen, ionit sijaitsevat R0: n etäisyydellä toisistaan. Jos atomien välinen etäisyys on pienempi kuin tasapaino (R on pienempi kuin R0), repulsiovoima vallitsee, jos (R on suurempi kuin R0), sitten vetovoima vallitsee.
Näiden interatic-voimien ominaisuudet mahdollistavat ehdollisesti pohtimat, jotka muodostavat kristallin muodostavat hiukkaset, kun kiinteät elastiset pallot vuorovaikutuksessa keskenään. Kiteen venytyksen muodonmuutos johtaa naapuripallojen keskuksen ja vetovoimien hallitsevan etäisyyden lisääntymiseen ja puristuksen muodonmuutoksen - tämän etäisyyden vähenemiseen ja vastenmielisyyksien voimakkuuden.
Vahvuusrajaa kutsutaan yleensä suurimmaksi jänniksi, joka kestää materiaalia, ei tuhoaa. Kun näyte on jännitys, vetolujuus määräytyy interaomisen vetovoiman tuloksena olevan voiman suurimmalla arvolla poikkileikkausalueen yksikköä kohden, kohtisuorassa venytyssuuntaan nähden.
Interatomic-vuorovaikutuksen tuloksena saadaan maksimiarvo, kun atomikeskukset ovat R1: n etäisyydellä toisistaan. Kun venytys lisääntyy vieläkin enemmän, vuorovaikutusvoimat tulevat niin pieniksi, että atomien väliset yhteydet ovat rikki.
Pieni kela, mutta arvokas
(Tietoja Torrachelli-tutkimuksesta Lue
Ihana ranskalainen ajattelija, kirjailija ja tutkija Blaze Pascal, nykyaikainen Torricelli, tajusi, että tällaisten raportointialusten perusteella on helppo luoda mahtava "nestemäinen" nosturi tai hydraulinen puristin.
Tätä varten yhden raportointiputken halkaisija on tehtävä paljon vähemmän kuin toinen. Sitten pienen putken suhteellisen pienen paineen avulla voit siirtää nesteen raskaan massan toisessa astiassa!
Pascalin ehdottama periaate heikentää nykyaikaisia \u200b\u200bhydraulisia koneita ja laitteita, jotka ovat erittäin suuria paineita, erityisesti vedyn "väkivaltaiselle" yhdisteelle metalleilla.
Joten, ei vielä tiedä atomi- ja molekyylirakennetta, menneisyyden tutkijat osoittivat hämmästyttäviä ominaisuuksia aineiden käyttäytymisestä, joita saimme selittää vain XX Century ...
Jos haluat tarkistaa monimutkaisten rakenteiden materiaalin mekaaniset ominaisuudet, se venytetään kuumassa tilassa.
Kiinteässä rungossa atomit eivät muutu paikkoja, ellei tietenkään lämmitä sitä. Lämmitys lisää huomattavasti atomin liikkeiden nopeutta ja laajuutta tasapainoasemien lähellä. Korkeilla lämpötiloissa kiinteä aine voidaan sulattaa tai jopa haihtua.
Erityinen kiinteän elimen ryhmä on kiteitä, joissa atomeja jaetaan tiukkaan geometriseen järjestykseen. On monia mahdollisuuksia järjestää atomeja oikeaan riveihin, riveissä ja muodostavat erilaisia \u200b\u200bgeometrisia muotoja, vaikkakin, kuten viime vuosisadalla, Venäjän tutkija E, S. Fedorov, stabiilin muotoilu kristalli ristiriidassa Rivne 230 . Kaikki myöhemmät Fedorovin teorian tarkastukset osoittivat, että Fedorovin vakaat kristallirakenteet eivät ole muita, ei ole muuta.
Kiteiden sisäisen rakenteen tiukka jakso oli erittäin hyödyllinen nykyaikaiseen teknologiaan.
Vapaa elektroni, joka syntyi kristalliin lämpötilojen tai valon vaikutuksen alaisena, voi kulkea paljon pitkiä matkoja kuin tavallisessa kiinteässä rungossa, mikä on erittäin tärkeää radiotekniikan välineiden luomisessa.
Monipuoliset kiteet ovat luonteeltaan olemassa! Lumi makaa varhain talvella pensaiden ja puiden välillä, koostuu myös pienistä kiteistä.
Valo tunkeutuu kristallin syvemmälle kuin saman kemiallisen koostumuksen kiinteässä kappaleessa, mutta koostuu satunnaisista, kaoottisista ydinryhmistä suhteessa toisiinsa. Ja tätä ominaisuutta käytetään laajalti optiikassa - parhaat linssit ja prismat tehdään tietenkin kiteiltä.
Kiteet löytyvät, jossa vastakkaisen merkin sähköiset maksut esiintyvät painesovelluksen jälkeen eri kasvot. Ja päinvastoin - Sähkövirran lähettämisen jälkeen nämä kiteet voivat pakata paljon tai laajentaa.
Tällaiset hämmästyttävät kiteet kutsutaan piezo-kiteetNyt laajalti käytetty elektronisessa teknologiassa - loppujen lopuksi jopa ääni-aallon paine aiheuttaa sähköisten latausten ulkoasun ja virran, joka voidaan helposti havaita ja lähettää johdot ...
Kiteiden ominaisuudet
Syvä tutkimus niin hyödyllisten kiteiden ominaisuuksista osoitti, että niillä voi olla melko vapaata atomien liikkumista. Lisäksi kiteissä havaittiin erilaisia \u200b\u200bpuutteita, kristallikanteen oikean rakenteen rikkomukset, tyhjyys, atomien leikkaus. Käyttämällä näitä rakenteellisia häiriöitä, ulkomaisia \u200b\u200bepäpuhtauksia, vieraita metallia tai kaasun sulkeumat voivat olla melko syviä kiteiseen, varsinkin kun se saadaan lähde aineen sulaa tai liuosta.
Siksi todellisten kiteiden voimakkuus on useimmiten kymmeniä, ja jopa satoja kertoja vähemmän voimaa, jonka pitäisi olla teoreettisissa laskelmissa.
Crystal-viikset, kasvoi 150 kertaa. Asunnot grafiitti kuidut, lasi ja polymeerien kristalli viikset sallivat uusia materiaaleja, kevyitä ja erittäin kestäviä.
Noin kaksikymmentä vuotta sitten useissa maailmanlaboratorioissa tarkkaavaiset tutkijat löydettiin mikroskoopilla, joka pieni "kerjäämällä" spontaanisti kasvaa monien kiteiden pinnalla. Mutta atomi-asteikolla on pilvenpiirtäjä, jossa korkeus on kymmeniä ja satoja kertoja pohjan leveys.
Pienien viikset (tai, kuten niitä kutsutaan nyt fitovoidiset kiteet) Se johtuu siitä, että atomien luvattomat liikkeet ovat kiteen pinnan yli. Loppujen lopuksi pinta-atomeja indusoidaan sähköisillä yhteyksillä vain toisella puolella - kristallin syvyydestä ja joskus antaa heille mahdollisuuden murtautua pois naapureilta ja liikkua. Tällaiset vaeltavat atomeja alkavat apupiikalla satunnaiseen ulokkeeseen pinnalla ja ympäröi sitä. Ulosten kasvu on pääsääntöisesti heliksen. Kartiotorni muodostuu, muistuttaa muistomerkin III Internationalin muistomerkin, kansojen veljeskunnan symbolin, jonka projekti tehtiin vuosisadan kahdentenakymmenen vuoden aikana erinomaisen taiteilijan ja suunnittelijan Vladimir Tatlin, äskettäin tämän muistomerkin hanke Kuvataiteen museossa. Pushkin Moskovassa.
Mielenkiintoinen kasvumekanismi kiteys-viiksetMutta kaikkein epätavallinen osoittautui ... täydellisesti puutteita niistä. Pienien kiteiden lujuus satoja kertoja suurempi kuin massiivisten kiteiden voimakkuus, jonka pinnalla ne nousivat ja vastasivat kokonaan teoreettista.
Muistan, kun kuusikymmentäluvun alussa yleiskatsaus kierteitetyistä kiteistä ilmestyi yhdellä lehdistä, lukuisat kävijät alkoivat tulla laboratorioon. Jotkut olivat kiinnostuneita uusien materiaalien ainutlaatuisista ominaisuuksista, toiset huolissaan mahdollisuuden "suunnittelemattoman kiteiden kasvun radiotekniikoissa, joissa tällainen mauste voi johtaa sähköisten laitteiden äkilliseen epäonnistumiseen.
Suuri iloa, rihmasten avaaminen aiheutti kaikille jollekin, joka tarvitsee kestäviä ja kevyitä rakennusmateriaaleja. Sopeutuvat kiteet alkoivat kiivetä polymeerikuiduihin, yhdistää metalleja, jotka saavat köydet, nauhat ja putket ennennäkemättömän lujuuden ja kestävyyden.
Seikka, joka on geometrisesti luonnollinen järjestely materiaalihiukkasten kristallirakenteissa, lopulta luodut käyttämällä röntgensäteitä, perustuu kaikkiin nykyaikaiseen kristallografiaan. Mutta kiteiden rakenteen ristikko teoria luotiin kauan ennen x-rayanalyysiä. Auguste Brave, L. Zheke, E.S. Fedorov, A.Senflis, ja muut antoivat tämän teorian matemaattisen kehityksen. Röntgensäteiden käyttö vahvisti empiirisesti niiden spekulatiivisten rakenteiden oikeellisuuden vuoksi.
Kiderakenteen teoria vuoteen 1912 asti perustui kokeellisesti kokeellisen kiteisen tilan ominaisuuksiin. Nämä ovat tärkeimmät kiteiden ominaisuudet ovat:
1. Studito. Tämä on kiinteä järjestely toistensa suhteessa ystävälle. Amorfisella aineella on kiteiden fragmentteja, mutta ajan myötä nämä fragmentit tuhoutuvat. Satoja vuosia esimerkiksi ikkunoissa, esimerkiksi muutokset ja ne "virtaukset" esiintyvät.
2. Rodiness tai homogeenisuus. Kokeellisten tietojen mukaan homogeeninen kutsutaan tällaiseksi kehoksi, joka kaikessa sen tilavuudessa havaitsee samat ominaisuudet. Kiteiden homogeenisuus muodostetaan opiskelemaan sen ominaisuuksia yhdensuuntaisilla ohjeilla. Kite-runko, jolla on sama rakenne kaikilla sen kohteillaan, tulisi olla yhtenäisyys. Siinä ei oteta huomioon ulkoisia vaikutuksia liittyvien todellisten kiteiden sisällyttämistä ja puutteita.
3. Anicalotropy - (käännetty "-n," izos "-vnodno," stroofos "-dictions, eli ei-asukkaat). Anisotrooppista kutsutaan tällainen homogeeninen elin, joka samoilla ominaisuuksilla rinnakkaisissa suunnissa on yleissä tapauksissa eriarvoisia ominaisuuksia rinnakkain. Rakenteen ristikko, samat atomeja (ionit, molekyylit) olisi sijaittava tiukasti tasapuolisesti muodostaen samat välein keskenään. Siksi kiteiden ominaisuuksissa on oltava samat tällaisissa suunnissa. Ei-rinnakkaisten ohjeiden mukaan yleisen tapauksen hiukkaset ottavat toisistaan \u200b\u200berillään eri etäisyyksillä, minkä seurauksena ominaisuuksia tällaisissa suunnissa olisi erilainen.
Esimerkiksi kiille. Tämän mineraalin kristallilevyt ovat helposti pilkottuvat vain lamelien kanssa suuntautuvilla tasoilla. Poikittaisohjeissa synkari levyt on paljon vaikeampaa.
Toinen esimerkki anisotropiasta on dysten mineraali (AL 2O), tunnettu voimakkaasti erilaisesta kovuudesta epätasa-arvoisissa suunnissa. DySteshen-kiteiden pidentämisen pitkin veitsi terää on helposti naarmuuntunut kohtisuoraan pitkänomaisen suuntaan, veitsi ei jätä jälkiä.
Kuva 1. kristalli dystenna
Mineraali Cordieriitti (Mg 2 Al 3). Cordierite kristalli kolmessa eri suunnassa näyttää eri tavalla maalattuna. Jos tällainen kristallin leikkaus leikkaus kuutiot reunoilla. Kohtisuorassa näille alueille, ne diagonaalisesti diagonaalisesti (ylhäältä ylhäältä on harmahtava sininen väri, suuntaan koko kuution - keltainen ja pystysuoran indigo-sinisen värin suunnassa.
Kuva 2. Kuutio veistetty cordieritista.
Kristallisuola, jolla on kuution muoto. Tällaisesta kristallisesta voit leikata tangot eri suuntiin. Kolme niistä kohtisuorassa kuution reunoihin, yhdensuuntaisesti diagonaalisen kanssa. Todettiin, että näiden sauvien taukoon tarvitaan erilaisia \u200b\u200bponnisteluja: ensimmäisen sauvan (pystysuora pitkin akselia) repäisevä voima ilmaistaan \u200b\u200b570 g / mm 2 sekunnin ajan (horisontaalinen diagonaalinen) - 1150 g / mm 2 ja Kolmanneksi (diagonaalinen ylhäältä hutexiin) - 2150 g / mm 2. (Kuva 3)
Edellä mainitut esimerkit ovat poikkeuksellisia omassa ominaisuudessaan. Mutta tarkkoja tutkimuksia voitaisiin toteaa, että kaikki kiteet yhdessä tai toisessa oli anisotropia.
Kiinteät amorfiset muodostumat voivat olla myös homogeenisia ja jopa anisotrooppisia (esimerkiksi anisotropia, voidaan havaita varren venyttämisen tai puristamisen aikana). Mutta ei missään olosuhteissa, amorfiset elimet voivat itse ottaa monipuolisen muodon.
Luento 16.
Kiteiden fysikaaliset ominaisuudet
Kiinteiden elinten rakenteen ja fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen harjoittaa kiinteää fysiikkaa. Se muodostaa fysikaalisten ominaisuuksien riippuvuuden aineen atomien rakenteesta, kehittää menetelmiä uusien kiteisten materiaalien saamiseksi ja opiskelemiseksi määritetyillä ominaisuuksilla.
Kiteiden fysikaaliset ominaisuudet määritetään:
1) kiteisiin sisältyvien kemiallisten elementtien luonne;
2) kemiallisen sidostyyppi;
3) rakenteen geometrinen luonne, ts. Atomien keskinäinen järjestely kristallirakenteessa;
4) Rakenteen epätäydellisyys, ts. Virheiden läsnäolo.
Toisaalta se on yleensä kiteiden fysikaaliset ominaisuudet, joita yleensä tuomita kemiallisen sidostyypin.
Kiteiden vahvuus on helpoin tapa arvioida niiden mekaaniset ja lämpöominaisuudet. Vahvempi kristalli, sitä suurempi sen kovuus ja sitä korkeampi sulamispiste. Jos tutkimme kovuuden muutosta muutoksella samantyyppisen samantyyppisen koostumuksen muutoksella ja verrata saatuja tietoja vastaaviin arvoihin sulamislämpötiloihin, sitten "rinnakkaisuus" näkyy näiden muutoksessa Ominaisuudet.
Haluan muistuttaa teitä siitä, että kiteiden fysikaalisten ominaisuuksien ominaispiirre on heidän symmetria ja anisotropia. Anisotrooppiselle väliaineelle on tunnusomaista mitatun ominaisuuden riippuvuus mittaussuunnasta.
Olemme jo sanoneet, että kristallokemia liittyy läheisesti kristallisgrafiaan ja fysiikkaan. Siksi, kristallifysiikan päätehtävä (Kiteen fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen kristallografia) on tutkiminen kiteiden fysikaalisten ominaisuuksien kuvioista niiden rakenteesta sekä näiden ominaisuuksien riippuvuus ulkoisista vaikutuksista.
Aineiden fysikaaliset ominaisuudet voidaan jakaa kahteen ryhmään: rakenteellisesti herkät ja rakenteellisesti epärehelliset ominaisuudet. Ensimmäinen riippuu kiteiden atomien rakenteesta, toiseksi - lähinnä elektronisesta rakenteesta ja kemiallisen sidoksen tyypistä. Esimerkki ensimmäisestä voi toimia mekaanisina ominaisuuksina (massa, tiheys, lämpökapasiteetti, sulamispiste jne.), Esimerkki toisen lämmön ja sähkönjohtavuudesta, optisista ja muista ominaisuuksista.
Siten vapaiden elektronien läsnäolon aiheuttamia metallien hyvän sähkönjohtavuuden havaitaan paitsi kiteissä, vaan myös sulassa metasseissa.
Viestinnän ioninen luonne ilmenee erityisesti siinä, että monet suolat, esimerkiksi alkalimetallihalogenidit, liuotetaan polaarisiin liuottimiin, disosciating ioneihin. Liukoisuuden puutteen tosiasia ei kuitenkaan voi olla todisteena ei-polaarisen yhteyden läsnäolosta. Näin ollen sidosenergia, esimerkiksi oksidit ovat niin suurempia kuin alkalisten halidien energia, että veden dielektrisyysvakio on jo riittämätön ionien erottamiseksi kristallisesta.
Lisäksi jotkin yhdisteet, pääasiassa homeopolaarisella viestintätyypillä, suuren dielektrisen vakion vaikutuksen mukaan polaarisen liuottimen vakio voidaan erottaa ioneihin liuoksessa, vaikkakin kiteisessä tilassa ionisten yhdisteiden avulla ne eivät ehkä ole (esimerkiksi, NSL, HBR).
Heterodessiyhdisteissä jotkin ominaisuudet, kuten yhdisteiden mekaaninen lujuus, riippuvat vain yhdestä (heikommasta) kommunikaatiotyypistä.
Siksi kristallia voidaan tarkastella toisaalta jaksottaisena (erillisenä) ympäristönä. Toisaalta kiteistä ainetta voidaan pitää kiinteänä anisotrooppisena väliaineena. Tällöin fysikaaliset ominaisuudet, jotka ilmenevät tiettyyn suuntaan, ovat riippumattomia lähetyksistä (siirto). Näin voit kuvata fysikaalisten ominaisuuksien symmetria symmetria-ryhmien avulla.
Kiteen symmetrian kuvaaminen otetaan huomioon vain ulkoinen muoto, ts. Ottaa geometristen lukujen symmetria. P. CURI osoitti, että materiaalilukujen symmetria kuvataan äärettömällä pisteyksiköryhmillä, mikä raja pyrkii seitsemän seitsemän raja-aineen symmetrian (pyörivän kartion perheenjäsenet, kiinteä kartio, pyörivä sylinteri kiertynyt sylinteri, Kiinteä sylinteri, pyörivien pintapisteiden pallo, perheperhe).
Rajapisteeryhmät - Curie-ryhmät -soita DOT-ryhmät, jotka sisältävät loputtomien tilausten akselit. Vain seitsemän raja-ryhmää: ¥, ¥ mm, ¥ / m, ¥ 22, ¥ / mm, ¥ / ¥ / ¥ mm.
Crystalin symmetrian ja sen fysikaalisten ominaisuuksien symmetrian välinen suhde muotoili Saksan fyysikko F. Neumann: fysikaalisten ominaisuuksien materiaali havaitsee samanlaisen symmetria sen kristallografisena muodossa.Tämä säännös tunnetaan Neumanin periaatteena.
Opiskelija F. Neman Saksalainen fyysikko V. Faigt selventää merkittävästi määritettyä periaatetta ja laati sen seuraavasti: Jokaisen fyysisen ominaisuuden symmetrian ryhmä sisältää kaikki kristallin symmetriaryhmän pisteen elementit.
Harkitse kiteiden fysikaalisia ominaisuuksia.
Kristallin tiheys.
Aineen tiheys riippuu aineen, sen kemiallisen koostumuksen, atomien pakkauskerroin, niiden hiukkasten säteilykerroksesta.
Tiheys vaihtelee lämpötilan ja paineen muutoksella, koska nämä tekijät aiheuttavat laajennuksen tai aineen puristuksen.
Rakenteen tiheyden riippuvuus voidaan osoittaa käyttämällä kolmea Al2SIO5-modifikaatiota:
· Andalusiitti (R \u003d 3,14 - 3,16 g / cm3);
· Sillimaniitti (R \u003d 3,23 - 3,27 g / cm3);
· Kianit (R \u003d 3,53 - 3,65 g / cm3).
Kidirakenteen pakkauskerroin lisääntyminen aineen tiheys kasvaa. Esimerkiksi kun grafiitin polymorfinen siirtyminen timantilla, jossa muutos hiiliatomien koordinointimäärässä 3 - 4, tiheys on 2,2 - 3,5 g / cm3 vastaavasti.
Todellisten kiteiden tiheys on yleensä pienempi kuin arvioitu tiheys (ihanteellinen kiteet) johtuen vikojen läsnäolosta niiden rakenteissa. Timanttiheys, esimerkiksi vaihtelee 2,7 - 3,7 g / cm3. Siten vähentää kiteiden todellista tiheyttä, voidaan arvioida niiden viallisuuden aste.
Tiheysmuutokset ja aineen kemiallisen koostumuksen muutos isomorfisissa substituutioissa - siirtymisen aikana isomorfisen rivin yhdestä toiselle. Esimerkiksi useissa oliviinissä (Mg., Fe.2+ )2[ Si0.4 ] Tiheys kasvaa Mg2 + kationien Fe2 +: n osalta R \u003d 3,22 g / cm3 faarista from. Mg.2 [ Si0.4 ] R \u003d 4,39 g / cm3 Faianitassa.
Kovuus.
Kovuuden mukaan kiteen vastustusaste ulkoisella vaikutuksella.Kovuus ei ole fyysinen vakio. Sen arvo ei riipu pelkästään tutkituista materiaaleista vaan myös mittausolosuhteista.
Kovuus riippuu:
· Rakennetyyppi;
· Pakkauskerroin (ominaispaino);
· Lataus muodostavat kristalli-ionit.
Esimerkiksi polymorfiset modifikaatiot CACO3 - kalsiitti ja aragoniitti - on tiheys 3 ja 4 vastaavasti ja eroavat eri tiheysrakenteista:
· Kec \u003d 6 - R \u003d 2,72 kalsiittirakenne;
· Aragoniitin rakennetta KEC \u003d 9 - R \u003d 2,94 g / cm3).
Useilla yhtä rakenteilla kiteillä kovuus kasvaa lisäämällä latauksia ja vähentää kationien kokoa. Läsnäolo riittävän suurten anionien rakenteissa, kuten F-, OH-, H20-molekyylit, laskee kovuutta.
Eri kiteiden eri muotojen reunalla on erilainen reticular tiheys ja eroavat kovuudestaan. Näin ollen oktaedronin (111) rajat, joilla on suurempi reticular tiheys verrattuna kuution (100) reunoihin, on suurin kovuus timantirakenteessa.
Kyky muodostaa muodonmuutoksen.
Kiteen kyky muoviseen muodonmuutokseen määritetään ensisijaisesti kemiallisen sidoksen luonteesta sen rakenteellisten elementtien välillä.
Kovalenttinen viestintäTiukka orientaatio, jyrkästi heikentää jo pieniä atomien siirtoja suhteessa toisiinsa. Siksi kiteet, joissa on kovalenttinen sidostyyppi (SB, BI, AS, SE jne.) Älä näytä kykyä muoviseen muodonmuutokseen.
Metalliviestintäse ei ole suunnattu atomien siirtymiseen suhteessa toisiinsa muuttuu heikosti. Tämä määrittää metallien (pitching) korkean pehmittomuuden. Suurin osa ovat ne metallit, joiden rakenteet on rakennettu kuutiotiheyspakkausten laki, jolla on neljä suunnattavia kerroksia. Vähemmän tamometallit, joissa on kuusikulmainen tiukka pakkaus - yhdellä suunnassa tiheimmistä kerroksista. Siten rauta A-FE: n ja B-FE: n polymorfisten modifikaatioiden keskuudessa kovuus ei lähes hallitse (tyypin I hiljaisuutta), kun taas G-Fe Cubic tiheällä pakkauksella (Grazent Cubic Grille) - Metallin valmistus Cu, PT, AU, AG, jne..
ION-viestintä Ei se mitään. Siksi tyypilliset ioniset kiteet (NaCl, CAF2, Cate jne.) Ovat samoja hauraita kuin kiteet, joissa on kovalenttinen sidos. Samanaikaisesti heillä on erittäin korkea plastisuus. Liu'uta niissä etenee tiettyjen kristakagrafisten ohjeiden mukaisesti. Tämä johtuu siitä, että kristallin rakenne voi valita joko yhdellä na + ionit tai clonionit muodostavat silmät (110). Muovisen muodonmuutoksen kanssa yksi tasainen verkko liikkuu suhteellisen naapuriksi siten, että Na + ionit liukuvat pitkin. Latausmaksujen varianssi vierekkäisissä verkoissa estää epäjatkuvuuden ja ne pysyvät samanaikaisesti alkuperäisen asennon kanssa. Näiden kerrosten liukuminen tapahtuu vähimmäisvammaisilla atomien sijainnissa ja on helpoin.
Kiteiden lämpöominaisuudet.
Lämpöjohtavuus liittyy läheisesti symmetriaan. Voidaan selvästi osoittaa seuraavalla kokemuksella. Kihara ohut kerros parafiinia kolmesta kiteestä: Kuuba, kuusikulmainen prisma, suorallapito. Ohuen kuuman neulan reuna koskettaa kunkin näiden kiteiden kasvot. Sulamispisteiden ääriviivojen mukaan on mahdollista arvioida lämmön leviämisen nopeus kasvojen tasoihin eri suuntiin.
Kuutiolla yksittäinen kristalli kaikkien reunojen sulatuspaikkojen ääriviivoilla on ympyrän muoto, joka ilmaisee saman lämpöä jakelun nopeuden kaikissa suunnissa, kun koskettaa kuumaa neulaa. Kaiken luokan kuutiolaisen kristallin piireiden muoto liittyy sen symmetriaan.
Kehittävän prisman ylä- ja alapeunojen muodossa on myös ympyrämuoto (lämmön nopeus tasossa keskipitkän luokan kristallin pääakselissa kohtisuorassa tasossa on sama kaikissa suunnissa). Kuusikulmainen prisman reunoilla sulava tahralla on ellipsit, koska toisen järjestyksen akselit ovat kohtisuorassa näihin kasvoihin nähden.
Kaikissa suorana suunnitellut (ortogonaalinen Syngony Crystal) sulava tahralla on ellipsin muoto, koska toisen tilausakselit ovat kohtisuorassa näihin kaavioihin.
Niinpä kuumuuden nopeus kiteen kehon päälle riippuu suoraan siitä, onko se leviää, minkä väänteen lineaarinen elementti. Cubic Singonia Crystalissa Lämmön etenemisen pinnalla on pallon muoto. Näin ollen lämpöjohtavuuden suhteen kuutioiset singoniakiteet ovat isotrooppisia, ts. Kaikissa suunnissa vastaavat. Lämmönjohtavuuden pinta keskialueiden kiteet Se ilmaistaan \u200b\u200bpyörimisen ellipsoidilla (yhdensuuntainen pääakselin kanssa). SISÄÄN pienimmän satigorin kiteetaI Kaikkien lämpöjohtavuuden pinnat ovat ellipsoidin muoto.
Lämmönjohtavuuden anisotropia liittyy läheisesti kiteisen aineen rakenteeseen. Joten, tiheät atomiverkot ja rivit vastaavat lämpöjohtavuuden suuria arvoja. Siksi kerroksissa ja ketjikiteillä on suuria eroja lämpöjohtavuuden suuntiin.
Lämmönjohtavuus riippuu myös kiteen epävirallisuudesta - enemmän viallisissa kiteissä, se on pienempi kuin synteettinen. Amorfisen tilan aineella on alhaisempi lämmönjohtavuus kuin saman koostumuksen kiteet. Esimerkiksi kvartsilasin lämmönjohtavuus on merkittävästi pienempi kuin kvartsikiteiden lämpöjohtavuus. Tällä kiinteistöllä Quartz Glasswaren laaja käyttö perustuu.
Optiset ominaisuudet.
Jokainen aine, jolla on tietty kiderakenne, on tunnusomaista omituiset optiset ominaisuudet. Optiset ominaisuudet liittyvät läheisesti kiinteiden aineiden kiteiseen rakenteeseen, sen symmetria.
Optisten ominaisuuksien suhteen kaikki aineet voidaan jakaa optisesti isotrooppiseen ja anisotrooppiseen. Ensimmäinen sisältää korkeimman luokan amorfiset elimet ja kiteet toiseen - kaikki muut. Optisessa isotrooppisessa mediassa valon aalto, joka on sähkömagneettisen luonteen poikittaisten harmonisten värähtelyjen yhdistelmä, leviää samalla nopeudella kaikkiin suuntiin. Samanaikaisesti sähkö- ja magneettikenttien jännityksen vaihtelut esiintyvät myös kaikenlaisten alueiden kautta, mutta tasossa, joka on kohtisuorassa palkin suunnassa. Suunnan suuntaa pitkin valon energiaa lähetetään. Tätä valoa kutsutaan luonnollinen tai epämiellyttävä (Kuva A, B).
Optisesti anisotrooppisessa väliaineessa aallon etenemisnopeus eri suuntiin voi olla erilainen. Tietyissä olosuhteissa voidaan saada ns. polarisoitu valoJolle kaikki sähkö- ja magneettikenttien vektorin värähtelyt pidetään tiukasti määritellyllä suunnassa (piirustus, D). Tällaisen polarisoidun valon käyttäytymisestä kiteillä kiteisen tutkimuksen menetelmä polarisaatiomikroskoopin avulla perustuu.
Kaksoispalkin valo kiteissä.
lineaarisesti polarisoitu keskinäisesti kohtisuoraan värähtelyn laipat. Valo hajoaa kahteen polarisoituun palkkiin kaksinkertainen palkki tai purra.
Valon sitoutumista havaitaan kaikkien Singonuksen kiteisiin, lukuun ottamatta kuutiometriä. Alemmassa ja keskimmäisessä luokkakiteissä purema tapahtuu kaikissa suunnissa, lukuun ottamatta yhtä tai kaksi suuntaa, jota kutsutaan optiset akselit.
Bondanin ilmiö liittyy kiteiden anisotropiaan. Kiteiden optinen anisotropia ilmaistaan \u200b\u200bsiinä, että valon etenemisen nopeus on erilainen eri suuntiin.
SISÄÄN keskialueiden kiteet Optisen anisotropian monista suunnille on yksi yksittäinen suunta - optinen akselijoka vastaa kolmannen, neljäs, kuudennen tilauksen symmetrian pääakselia. Tämän suuntaan pitkin valo menee ilman sammuttamista.
SISÄÄN alemmat luokkakiteet On kaksi suuntaa, pitkin valoa ei ole jaettu. Näihin suuntiin kohtisuorat kiteiden poikkileikkaukset ovat samat kuin optisesti isotrooppiset osat.
Optisten ominaisuuksien rakenteellisten ominaisuuksien vaikutus.
Kiteisiin rakenteilla, joissa on kallissa atomeja, kerrosten sisällä olevien atomien välinen etäisyys ylittää vierekkäisten kerrosten lähimmän atomien välisen etäisyyden. Samanlainen järjestys johtaa helpompaa polarisaatiota, jos valon aallon sähkökentän jännitevektori on yhdensuuntainen tasojen tason kanssa.
Sähköiset ominaisuudet.
Kaikki aineet voidaan jakaa johtimiin, puolijohteisiin ja dielektrikoihin.
Jotkin kiteet (dielektrics) polarisoidaan ulkoisten vaikutusten vaikutuksen alaisena. Dielektriikan kyky polarisoida on yksi niiden perusominaisuuksista. Polarisaatio on prosessi, joka liittyy dielektrisen luomiseen sähköisen dipolien ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta.
Kristallografiassa ja kiinteässä fysiässä saatiin tärkeä teoreettinen käytännön arvo pietsovaläymäisyys ja pyrrokurektiivisyys.
Pietsosähköinen vaikutus -joidenkin dielektristen kiteiden polarisaation muuttaminen mekaanisessa muodonmuutoksessa. Tyytyväisten maksujen suuruus on verrannollinen käytettyyn lujuuteen. Maksumerkki riippuu kristallirakenteen tyypistä. Pietsosähköinen vaikutus tapahtuu vain kiteissä, joilla ei ole inversiokeskusta, ts. Polar-ohjeita. Esimerkiksi Si02-kvartsikiteet, sforaleriitti (ZnS).
Pyroelektrinen vaikutus - Sähköisten latausten ulkonäkö joidenkin kiteiden pinnalla, kun ne kuumennetaan tai jäähdytetään. Pyroelektrinen vaikutus tapahtuu vain dielektrisessä kiteillä, joissa on yksi polaarinen suunta, joiden vastakkaiset päät eivät voi kohdistaa tämän symmetrian ryhmän yhdellä toiminnalla. Sähköisten maksujen ulkonäkö voi tapahtua vain tietyillä, polar-ohjeet. Näihin alueisiin kohtisuorat reunat saavat erilaisia \u200b\u200bmaksuja: yksi on myönteinen, ja toinen on negatiivinen. Pyroelektrinen vaikutus voi esiintyä jollekin polaarisesta symmetrian luokalle kuuluvilla kiteillä: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3M, 4 mm, 6 mm.
Geometrisestä kristallografiasta seuraa, että symmetrian keskuksen kautta kulkevat ohjeet eivät voi olla polaarisia. Ei voi olla polaarisia ja ohjeita kohtisuorassa symmetrian tasoihin tai jopa tilauksen akseleihin nähden.
Kaksi alaluokkaa erotetaan pyroelektrisessä luokassa. Ensimmäinen sisältää lineaariset pyroelektiset, joissa ulkoisessa kentässä sähköinen polarisaatio riippuu lineaarisesti sähkökentän voimakkuudesta. Esimerkiksi turmaliini namgal3b3.si6 (O, OH) 30.
Toisen alaluokan kiteet kutsutaan ferroelektriikiksi. Ne riippuvuus polarisaation sisäisellä kenttävoimalla ei ole lineaarinen luonne ja polaroivuus riippuu ulkoisesta kentän arvosta. Elinosaarinen polarisaation riippuvuus sähkökentän voimasta on ominaista hystereesisilmukka. Tämä ferroelektriikan ominaisuus liittyy sähköisen polarisaation säilyttämiseen niiden ulkoisen kentän puuttuessa. Tämän ansiosta ferrosähköisen suolan kiteet (siis ferrosähköisen nimen) osoittautuivat luotettaviksi sähköenergian ja sähköisten signaalien tallentimet, joiden avulla niitä voidaan käyttää "muistisoluissa".
Magneettiset ominaisuudet.
Tämä on elinten kyky olla vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, ts. Magnetoitu, kun ne asetetaan magneettikenttään. Riippuen magneettisen herkkyyden, diamagneettisten, paramagneettisten, ferromagneettisten ja antiferomagneettisten kiteiden suuruudesta erotetaan.
Kaikkien aineiden magneettiset ominaisuudet riippuvat paitsi niiden kristallirakenteen ominaisuuksista myös niiden atomien (ionien) komponenttien luonteesta, eli magnetismi määritetään kuoren ja ytimien elektronirakenteella samoin kuin orbitaalinen liike niiden ympärillä elektronit (pyörii).
Kun elektronisen liikkeen kulmausnopeus muuttuu magneettikentällä, jossa on magneettikentän kulma (ioni), koska se on ylimääräinen pyörimisliitos elektronien alkuun pyörivään liikkuvuuteen ytimen seurauksena jonka atomi vastaanottaa ylimääräisen magneettisen hetken. Tässä tapauksessa, jos kaikki elektronit vastakkaisilla pyöriillä atomissa on ryhmitelty pareiksi (kuva A), elektronien magneettiset hetket kompensoidaan ja niiden kokonaismagneettinen hetki on nolla. Tällaisia \u200b\u200batomia kutsutaan diamagneettisille ja niistä koostuvista aineista - diamagneetteet. Esimerkiksi inertit kaasut, metallit alaryhmissä - Cu, AG, AU, ZN, CD, suurin osa ionisista kiteistä (NaCl, CAF2) sekä aineet, joilla on vallitseva kovalenttinen sidos - BI, SB, GA, grafiitti. Kiteissä kerrostetuilla rakenteilla magneettinen alttius kerroksessa makaa koskeviin suuntiin on merkittävää ylittää kohtisuoraan suuntiin.
Kun olet täytetty elektronisilla kuorilla atomeissa, elektronit pyrkivät olemaan vertaansa vailla. Siksi on olemassa suuri määrä aineita, elektronien magneettiset hetket, joiden atomeissa sijaitsevat satunnaisesti ja ulkoisen magneettikentän puuttuessa niitä ei tapahdu niissä magneettisten hetkien spontaania suuntautumista (kuvio b). Kokonaismagneettinen hetki, joka aiheutuu pareittain, ja heikosti vuorovaikutuksessa toistensa elektronit ovat pysyviä, positiivisia tai hieman suuria kuin dielektrit. Tällaisia \u200b\u200batomia kutsutaan magneettisille ja aineiksi - paramagnets. Kun teet paramagnet magneettikenttään, hämmentyneitä selkänoja hankkii jonkin verran suuntautumista, jonka seurauksena on kolmen tyyppinen tilaustyyppisiä tilapäisiä magneettisia hetkiä - kolme tyyppiä ilmiöitä: ferromagnetismi (kuva b), antiferomagnetismi (piirustus d) ja ferrimagnetismi (kuvio d).
Ferromagneettiset ominaisuudeton olemassa aineita, joiden magneettiset hetket atomien (ionit) ohjataan yhdensuuntaisesti toistensa kanssa, minkä seurauksena ulkoinen magneettikenttä voi kasvaa miljoonina aikoina. Ryhmän nimi liittyy Fe, Ni, Co.:n alaryhmän elementtien esiintymiseen
Jos yksittäisten anti-rinnakkaisten atomien magneettiset hetket ovat yhtä suuret, atomien kokonaismagneettinen hetki on nolla. Tällaisia \u200b\u200baineita kutsutaan antiferomagnets.Näihin kuuluvat siirtymäoksidit - MNO, NIO, COO, FEO, Monet fluoridit, kloridit, sulfidit, selenidit jne.
Kidirakenteen atomien anti-rinnakkaisten hetkien epätasa-arvossa kokonaismomentti eroaa nollasta ja tällaisilla rakenteilla on spontaani magnetointi. Tällaisilla ominaisuuksilla on ferrit(FE3O4, Garnet-konsernin mineraalit).
Työn teksti sijoitetaan ilman kuvia ja kaavoja.
Työn koko versio on saatavilla PDF-muodossa "Työtiedostot" -välilehdessä
Johdanto
"Lähes koko maailma on kiteinen.
Maailma hallitsee kristallin ja sen kiinteää,
suorat lait "
Academician Fersman A.E.
Onko mahdollista kasvaa kiteistä kotona? Paranna taitojasi ja taitoja, ilmentää luovia kykyjä - mikä voisi olla tärkeämpää modernille koulupoikalle? Haluan testata kykyjäsi, löytää vastauksia kysymyksiin: Mitä? Miten? Miksi? Ja se on valittu aihe tämän työn, joka antaa minulle tämän tilaisuuden: Minä selvitän sen! Selitä! Tällä työllä on tietty osa uutuus, koska en ole koskaan tehnyt mitään sellaista - silmäni kristalli "ROS", katselin ja huolehti hänelle. Esittelyssä "kasvaa" saada kristalli - tämä on ihme!
Työn tarkoitus: Kasvata kiteitä kotona ja tutkia niiden ominaisuuksia.
Tehtävät: 1. Tarkastele tietoja kirjallisista lähteistä.
2. Kasvata kristallia kuparisulfaatin suolasta.
3. Tutki ulkoisten olosuhteiden vaikutusta kiteiden kasvuun esimerkissä
magneettikenttä;
4. Tutki viljeltyjen kiteiden fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia.
Maailmassa on paljon mielenkiintoista ja epätavallista. Maalla on joskus tällaista muotoa kiviä, ikään kuin joku joi heidät perusteellisesti, hiontaa, kiillotettuja kiteitä. Ne löytyvät elämästämme kaikkialla, houkuttelevat epätavallista ja salaperäisyyttä, mikä aiheuttaa kiinnostusta havainnointiin ja opiskeluun. On kiteitä pieniä, kapeita ja teräviä, kuten neuloja ja ovat valtavia kuin sarakkeet. Monet kiteet ovat täysin puhtaita ja läpinäkyviä vedenä. Ei ihme, että he sanovat "läpinäkyvä kuin kristalli", "Crystal Clear".
Elävät maan päällä, kävelemme kiteillä, rakennamme kristallilta, prosessikiteistä tehtailla, kasvattaa niitä laboratorioissa, meitä käytetään laajalti tekniikassa ja tiedettä, syödä kiteitä, meitä käsitellään heidän kanssaan ...
Laboratorioissa saadaan monien aineiden keinotekoisesti yhden kiteet. Varotoimenpiteet, voit kasvaa joitakin kiteitä ja kotona esimerkiksi kuparihöyryn ylisuuristetuista liuoksista, menetelmä veden asteittaiseen poistamiseksi liuoksesta. Se on siten, että olen kasvanut kitelläni, rikkoen työn kolmeen vaiheeseen:
"Siementen" valmistelu.
Kiteiden kasvun tarkkailu.
Tutkiminen kristallin fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.
Ohjelmisto, jota käytimme käsittelemään kokeiden tuloksia kiteillä: digitaalinen mikroskooppi, digitaalikamera, elektroniset vaa'at.
Ohjelmat: Microsoft Office Picture Manager, Microsoft Photo Paint
Päätelmät:
1. Kuparisulfaatin kiteet nostettiin: yksittäinen kristalli ja polysylinen (DRYSSSS).
2. Magneettikentässä kasvatettu kristalli on lähes oikea muoto rombus.
3. Fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia tutkittiin: kuparisulfaatin kiteet ovat hyvin liukoisia veteen ja huonosti alkoholiin; Vihreän sävyn ulkonäkö liekissä osoittaa kupari-ionien (CUSO 4) läsnäolon, magneettikentässä kasvavan kiteen tiheys on 2,07 g / cm3 ja magneettikentän ulkopuolella - 2,04 kg / cm3; Kiteen n \u003d 1,54 taitekerroin; Koekokemuksen kristalli osoitti eristimen selkeästi voimakkaiset ominaisuudet, jotka vastaavat täysin kiteiden normaaleja sähköisiä ominaisuuksia ionirakenteen kanssa.
Tutkimuksen seurauksena ongelma ratkaistiin: onnistuimme kasvattamaan kuparialtaan kiteitä kotona.
Tutkimuksen käytännön merkitys on, että meille kasvatettuja kiteitä voidaan osoittaa kemian oppitunneissa, fysiikkeissä, maalausten, väreiden, sävellyksien, korujen luomiseksi fashionista jne. Meidän tekemäsimme Crystalilta: rintakoru, koristeltu Valokuvakehys ja kynttilänjalusta koristelivat laatikon. Työmme tulokset, jotka heijastumme vihollisissa, antavat suosituksia kiteiden viljelystä kotona ja loi esityksen, jota voidaan käyttää myös oppitunneissa ja ulkopuolisissa toiminnoissa.
Luku 1. Teoreettinen osa
Mikä on kristalli
Sana Crystal ("Crystalos") - Kreikan alkuperää. Muinaiset kreikkalaiset kristalli nimeltä Ice, ja sitten vuoren kristalli, jota pidettiin kivettynyt jää. Myöhemmin 1700-luvulta lähtien kaikki kiinteät elimet, joilla on taso Polyhedronin luonnollinen muoto, alkoivat soittaa kiteiltä. Kiteet ovat kiinteitä kappaleita, atomeja tai molekyylejä, jotka ovat tiettyjä tiettyjä asemia avaruudessa. Kaikissa kiteissä kaikissa kiinteissä aineissa hiukkaset sijaitsevat selvästi, selvästi rakennettu, rakennettu symmetrinen, oikein toistuva kuvio. Vaikka tämä tilaus on, on kiinteä, kristalli. Siksi kiteillä on tasaiset kasvot. Kiteet ovat eri muotoja.
Kiteisiä kiintoaineita esiintyy erillisten yksittäisten kiteiden muodossa - yksittäiset kiteet ja monikiteisten muodossa, jotka edustavat satunnaisesti suuntautuneiden pienten kiteisten - kiteisten, muutoin (kiteisiä) jyviä. Ominaisuuksiensa mukaan yksittäiset kiteet eroavat monikyylistä. Yksittäiset kiteet, yksittäiset kiteet, on asianmukainen geometrinen muoto, sillä niille on tunnusomaista anisotropia, eli ero ominaisuuksien eri suuntiin. Monikyylit koostuvat erilaisista heiteistä kiteistä, ne ovat isotrooppisia. Täällä esimerkiksi kuparialueiden kiteet, jotka on kasvanut meille kotona:
Kiteen sisäisen rakenteen visuaalista esitystä varten sen kuvaa käytetään kidehäntä. Crystal-ristikko on kolmiulotteinen järjestely atomien, ionien tai molekyylien muodossa kiteisessä aineessa. Riippuen siitä, miten atomit sijaitsevat, se muuttuu joko timantti - kaunis, läpinäkyvä, kova kiven valossa tai harmahtava musta pehmeä grafiitti, jota näemme lyijykynällä.
Riippuen kristallikanteen tyypistä, kiteet jaetaan neljään ryhmään:
|
Ioninen Kristallin ristikoissa on vuorotellen vastakkaisen merkin ionit. Sähköstaattiset vuorovaikutusvoimat |
Kovalenttinen (atomi) Hilkan solmuissa on neutraaleja atomeja, jotka pidetään kvantti-mekaanisen alkuperän kovalenttisten joukkovelkakirjojen avulla. |
Molekyyli Histisolmuissa on positiivisesti varautuneita metalli-ioneja. Kun ristikko on muodostettu, valenssin elektronit, jotka heikosti liittyvät atomeihin, erotetaan atomista ja kollektiivisista, ts. kuuluvat koko kristalliin kokonaisuutena. |
Metalli Hilkan solmuissa on neutraaleja molekyylejä, vuorovaikutusvoimat, joiden välillä johtuvat elektronien keskinäisestä siirtymisestä. |
1.2.Kiteiden kasvavien menetelmiä luonteeltaan.
Kaikki voisivat tarkkailla, miten ne syntyvät, kasvavat ja vähitellen muuttavat jääkidejä jäädytetyn ikkunan lasissa. Kiteet kasvavat . He kasvavat aina oikein, symmetrinen polyhedra, jos mikään ei häiritse niitä kasvulla. Kiteyttä voidaan säilyttää eri tavoin.
1 tapa : Kiteet voivat kasvaa höyryjen kondensaatiossa - lumihiutaleet ja kylmän lasin kuviot saadaan.
2 : Jäähdytetään kyllästettyä kuumaa liuosta tai sulaa. Sulan kiteytys sisältää tulivuoren kivien muodostumisprosessin. Se johtuu siitä, että jäähdytys miljoonat vuosia sitten monet kivennäisaineet ilmestyivät maan päällä. "Ratkaisu" tähän "kokemukseen" tarjoillaan magmaa - sulaa massaa kiviä maan syvyyksissä. Nosto split-syvyyden pinnalle, Magma jäähdytettiin. Tämän jäähdytyksen seurauksena, joka voi kestää yli tuhat vuotta, erittäin mineraalit, joille me menemme, joihin me nousemme muodostumaan. Tämä prosessi on hyvin pitkä.
Kolmas : Veden asteittainen poistaminen kyllästetystä liuoksesta. Kun haihtuminen ("kuivaus"), vesi muuttuu höyryyteen ja katoaa. Mutta vesipitoiset kemikaalit eivät voi haihtua sen kanssa ja laskeutua kiteisiin. Helpoin esimerkki on suola, joka muodostuu veden haihduttamisen aikana suolaliuoksesta. Ja tässä tapauksessa hitaampi vesi haihtuu, sitä parempi kiteet saadaan. Se on siten, että olen kasvanut kristallini.
Magneettikenttä
Magneettikenttä on erityinen asia, jota aistit eivät ymmärtäneet, se on näkymätön. Magneettikenttä tapahtuu kehon ympärillä, pitkäaikainen säilytysmagnetointi - magneetteja, elimiä omalla magneettikentällä. Magneettien pääomasijoitus: houkutella ruumiin raudasta tai sen seoksista. Pysyvässä magneetissa on aina kaksi magneettista napaa: Northern (N) ja Southern (S). Vahvin magneetti pysyvä magneetti hänen pylväänsä. Saman nimen magneettipylväät hylätään, ja varianssipylväät houkuttelevat. Natural (tai luonnolliset) magneetit ovat magneettikuulia. Kemiallisella koostumuksella ne koostuvat 31% FEO: sta ja 69% Fe 2O 3: sta.
Luku 2. Käytännön osa.
Turvallisuussäännöt:
On tarpeen työskennellä aineiden kanssa erittäin huolellisesti.
Crupins ei millään tavoin pitäisi pudota elintarvikkeisiin.
Kiteiden viljelyyn tarvitaan erikoisruokia varten.
Kun olet työskennellyt kuparivoiman kanssa, muista pestä kädet saippualla.
Työpaikat:
"Siementen" valmistelu.
Kysymyksiä ja kiteitä.
Tutkimus erilaisista tekijöistä kiteiden kasvuprosessissa (magneettikenttä).
Kiteiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen.
Kerro minulle, ja minä unohdan.
Näytä minulle, ja muistan.
Anna minun toimia itseäni, ja opisin.
Konfutse
2.1. Magneettikentän havaitseminen.
Koska magneettikenttä on näkymätön, se voidaan havaita raudan sahanpurusta ja magneeteista. Teemme kokeilun, joka vahvistaa magneettikentän olemassaolon.
Laitteet: Kaksi kaareva magneetti, metalli sahanpuru, paperiarkki.
Suoritusjärjestys: Raudan sahanpuru tasaisella kerroksella kirjoitettiin paperiarkille ja laittaa sen sitten magneeteihin, jotka sijaitsevat toisiinsa eri päivän napojen kanssa. Metal Sawdust sijaitsee tietyllä tavalla.
Lähtö: Raudan sahanpurun avulla sain ajatuksen magneettikentän muodossa. Raudan sahanpuru sijaitsee magneettikentässä sen virtajohtojen varrella.
2.2. Ruoanlaitto "siemen"
|
Mitä sinun tarvitsee valmistaa "siemeniä": Laitteet: 0.5 Pankki, sakset, silkkilanka, pahvi, paperisuodatin, suppilo suodatukseen, lämpömittari, vesisauna. Kemialliset reagenssit : tislattu vesi, kuparisulfaatti (liite 1). |
||
|
2. Leikkaa pahvista, joihin pidät lanka. Ensin valmistamme kyllästetyn kuparisulfaatin liuosta. Tehdä tämä, laitamme lasin vedellä vesihauteeseen ja haju hieman kupari mielialan jauhetta sekoittaen jatkuvasti. Täydellisen liukenemisen jälkeen lisää vähän jauhetta ja sekoita hyvin. Siten saimme kyllästetyn kuparisulfaatin liuoksen. |
||
|
3. Vaikea valmistettu seos päivälle. Seuraavana päivänä ylivirtaus seos toiseen purkkiin suodattimen läpi. |
||
|
4. Ensimmäiset kiteet ilmestyivät lasin pohjassa - heillä kaikilla oli eri muoto. Se oli heiltä valinnut ne, jotka pitivät enemmän ja jotka olivat oikeampia. Niitä käytetään siemenenä. Me sitovat kiteitä lankaan - tämä on siemen. Esiasetettu uusi liuos siirretään purkkiin ja syöksy siemenellä, peitä paperi ja lähde kasvaa. |
||
"Siemen" on kiteytyskeskus, kiteiden kasvu riippuu sen laadusta.
2.3.Kärtyminen kiteiden kasvulle magneettikentässä ja sen ulkopuolella.
Tutkimuksessa valmistettiin kaksi identtistä kupillista kuppia samalla määrällä kuparialusta. Laitamme yhden pankin magneettikentälle (käytetty vakiomagneetit) ja toinen - pois magneeteista. Olosuhteet - Lämpötila ja valotila, jossa liuoksella oli tölkkejä, olivat samat.
Kiteen kasvun ja muodon seuranta magneettikentässä ja sen ulkopuolella
Havaintotulos: Magneettikentässä kupari rikki yksittäinen kristalli kasvoi melko suureksi, ja kristalli on kasvanut bizarre-druz.
Tuotos. Kiteen kasvuprosessi oli herkkä magneettikentän vaikutuksiin. Kristalli oli syvä sininen ja siinä on viistetty rinnakkaispiippu. Kiteen sivut ovat sileät. Toisessa pankissa Drums on koko 5-6 cm. Fancy - kaunis muoto ja jolla on rikas sininen väri. Ympäröimäisten kiteiden joukossa on mahdollista erottaa rombic muodossa yksittäiset kiteet (liite 2).
2.4. Kemialliset ominaisuudet
2.5. Kiteiden tiheyden mittaaminen
Kuparisulfaatin kristallin tiheys määritettiin sen perusteella, että se ei liukene alkoholiin.
Laitteet:elektroniset vaa'at, mittaussylinteri (minzurka), alkoholi.
Lähtö:kiteetiheys kasvoi magneettikenttään - 2,07 g / cm3, ja magneettikentän ulkopuolella - 2,04 g / cm 3. (Vertailu taulukkotietojen kanssa)
2.6. Kiteen taitekerroin mittaus.
Optiset ominaisuudet ovat tärkeitä kiteiden kuvauksessa ja tunnistamisessa. Kun valo putoaa läpinäkyvään kiteeseen, se heijastuu osittain ja osittain kulkee kristallin sisällä. Kiteestä heijastava valo antaa sille loistavan ja värin ja kiteeseen kulkeva valo luo vaikutuksia, jotka määräytyvät optisilla ominaisuuksillaan. Kun siirrät kalteva valonsäde ilmasta kideen, sen etenemisnopeus pienenee; Rauha poikkeaa tai on taipua. Tukekulun syntille synti-kulman asenne on arvo vakio ja sitä kutsutaan taitekerrokseksi. Tämä on tärkein kristallin optisten ominaisuuksien ja voidaan mitata hyvin tarkasti.
Kiitollisen indeksin mittaamiseksi käytimme valonsäteen, joka on kulkenut näytön läpi rakolla. Kiteen asettaminen palkin polulla, merkitsimme kaksi pistettä sisäänkäynnin ja palkin ulostulosta kristallilta, sitten liittyimme niihin. Tekemällä lisärakenteita mitattiin säteen pudotuskulman, taitekerroksen ja käyttäen kaavaa laskimme magneettikentässä kasvavan kiteen taitekerroin.
2.7 . Sähkömagneettiset ominaisuudet
Kun olet kokeillut näkyvää säteilyä, tarkistimme kristalli kyvyn absorboida radioaaltoja, ts. Näkymätön säteily. Tätä varten käärimme alumiinifoliokonsolin, joka ei menetä radio-aalto. Napsautimme virtapainiketta, mutta hallitus ei käynnistynyt. Sitten avasi kapean reiän säteiden kulkua varten, painetaan uudelleen virtapainikkeella ja lauta kytketty päälle.
Hallituksen sammuttaminen on toistuva yrittänyt sisällyttää sen, mutta tällä kertaa se suljettiin Culp Crystalin emitterillä. Kun napsautat virtapainiketta, levy ei käynnistynyt.
Lähtö: Kite on paksuus 15 mm on este radiodaaldoista.
2.8. Sähköjohtavuuden tutkimus
Sähköjohtavuus on joidenkin elinten omaisuutta sähkövirran suorittamiseksi. Kaikki aineet on jaettu johtaviin sähkövirtaan (johtimiin), puolijohteisiin ja dielektrisesti (eristimet).
Saadun kiteen sähkönjohtavuuden tutkiminen käytimme kevyttä polttimoa korjata sähkövirran kulku. Jos virtapiiri on - valo palaa, jos ei - ei palaa. Jännite, jonka arvo on 4,5 V, jätettiin.
Lähtö:Kokeessa oleva kristalli osoitti eristimen ominaisuuksia, vaalea lamppu ei syttynyt tulipaloon, joka täysin vastaa kiteiden normaaleja sähköisiä ominaisuuksia ionirakenteen kanssa.
Päätelmät:
Tavanomaisessa koulun fyysisessä laboratoriossa käytetään laitteita, koroimme kiteitä kuparin kyllästetystä liuoksesta haihdutusmenetelmällä, havaitsi kasvuaan magneettikentässä ja sen ulkopuolella laskettujen fyysisten ominaisuuksien ja kemiallisten ominaisuuksien tutkimuksessa.
1. Kehitimme kuparisulfaatin kiteitä: yksittäinen kide ja monikyyli.
2. Magneettikentällä on tietty vaikutus kiteiden kasvuun, magneettikentässä kasvatetun kideen on lähes oikea muoto rombus.
3. Fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia tutkittiin: kuparisulfaatin kiteet ovat hyvin liukoisia veteen ja huonosti alkoholiin; Vihreän sävyn ulkonäkö liekissä ilmaisee kupari-ionien läsnäolon, toisin sanoen CUSO 4; Magneettikentässä kasvatetun kideen tiheys on 2,07 g / cm3 ja magneettikentän ulkopuolella - 2,04 kg / cm3; Kiteen n \u003d 1,54 taitekerroin; Kokeellisen kokemuksen kristalli osoitti eristin hyvin voimakkaita ominaisuuksia, jotka vastaavat täysin kiteiden normaaleja sähköisiä ominaisuuksia ionirakenteen kanssa.
Päätelmä.
Tutkimustyö on avannut kiteiden hämmästyttävä maailma minulle. Esityksessäni saat kristallin luoda ihme. Minulle tämä on uusi ja epätavallinen sopimus. Ennen sitä en tiennyt -, että onnistuisin, miten minun "kirjailija" kristallit näyttävät ja mitä tehdä heidän kanssaan. Kun tutkitaan kiteitä, olin vakuuttunut: niiden ominaisuudet ovat niin monipuolisia, että voisimme tutkia vain joitain niistä. Mutta tärkein asia - löysimme näiden kiteiden käytön. Yhdysvaltojen kasvattamia kiteitä voidaan osoittaa osoittamaan kemian oppitunteja, fysiikkaa. Hänen kiteistä itse tehtiin rintaneula, koristelemme kehyksen valokuville ja kynttilänjalusta, koristeltiin arkku (liite 3). Työmme tulokset, jotka heijastumme vihollisissa, antavat suosituksia kiteiden viljelystä kotona ja loi esityksen, jota voidaan käyttää myös oppitunneissa ja ulkopuolisissa toiminnoissa.
Tutkimusten seurauksena ratkaisemme ongelman: onnistuimme kasvattamaan kuparialueiden kiteitä kotona. Voin luottavaisesti sanoa, että kiteiden viljely on taidetta!
Tämä aihe oli erittäin mielenkiintoinen. Kiteiden maailma oli hämmästyttävä ja monipuolinen. Tämän seurauksena meillä oli muita asioita, jotka vaativat syvempää tutkimusta. Siksi aiomme jatkaa tämän aiheen tutkimista.
Fysiikka on hämmästyttävä tiede, ja sinun täytyy tietää askel askeleelta.
Kiteiden viljelyyn käytetään vain juuri valmistettuja liuoksia.
Käytä vain puhtaita ruokia.
Varmista, että suodatetaan ratkaisu.
Kiteinen ei voi kasvua ilman erityistä syytä poistaa ratkaisusta.
Älä anna roskakoriin kyllästettyä ratkaisua. Tee tämä peitä se suodatinpaperilla.
Määräajoin (kerran viikossa) Muuta tai päivitä kyllästetty liuos.
Poista tuloksena olevat pienet kiteet.
Hitaampi liuos jäähdytetään, larr kiteet muodostetaan. Voit tehdä tämän, voit ostaa lasit kankaalla.
Saadut kiteet peittävät perusteellisesti väritön lakka
Bibliografia:
1. Fyysinen työpaja luokkiin, joilla on syvällinen fysiikan tutkimus. Muokattu Yu.i. Dick, O.F. CABARDINE. M; 1993.
2. Sarja "Erudite" kemia, fysiikka.
3. Shashyskaya, M. P. Kiteet. Publishing House "Science". - M.: 1978.
4. Nuorten fysiikan tietosanakirja. - M.: Pedagogi, 1995.
Internetin resurssit:
koulun-collection.edu.ru.
class-fizika.narod.ru.
Liite 1
Kupari kuner
Kemiallinen kaava: Cuso 4 * 5N 2 O 1
Kemiallinen nimi: Kuparisulfaatti, kupari rikkihappo (cupprumsulfuricum), meliulfaatti (II) pentahydraatti
Kuvaus: Crystal Blue Powder
Yhteysluokka: Crystal Hydalsoli
Kiteiden kuvaus: Siniset kiteet, hyvin liukoinen veteen. Kiinteistöt . Giggroskooppinen. Liuotetaan veteen, glyseriiniin, rikkihappoon. Ammoniakin miestä. Ilmasuolassa on vakaa.
Crystal Hydal -rakenne
Kuparihöyryn rakenne on esitetty kuviossa. Kuten voidaan nähdä, kaksi anions SO 4 2- pitkin akseleita ja neljä vesimolekyyliä (tasossa) koordinoidaan kupari-ionin ympärille ja viides vesimolekyylillä on siltojen rooli, mikä on vetyidosten avulla yhdistää vesimolekyylit tasosta ja sulfaattiryhmästä.
Sovellus.
Sitä käytetään torjumaan tuholaisia \u200b\u200bja taudin sairauksia (sieni-sairauksista ja venewli). Joskus käytetään uima-altaissa, jotta estetään vesi vedessä.
Rakennetuksessa kuparisulfaatin vesiliuosta käytetään ruosteenpoistojen poistamiseen sekä suolojen poistamiseksi tiili- ja betonipinnoista; ja myös keinona estää puun mätäneminen.
Sitä käytetään myös mineraalivalmisteiden valmistukseen lääketieteessä ja osana pyörivää ratkaisua asetaatti kuidun valmistuksessa.
Elintarviketeollisuus on rekisteröity ravintolisäksi E519. (säilöntäaine).
Luontona, toisinaan kokoontuu mineralhalcantis, jonka koostumus on lähellä CUSO 4 * 5H 2 O
Muiden kuin rautametallien hankkimispisteissä kuparisulfaattiliuosta käytetään sinkin, mangaanin ja magnesiumin havaitsemiseen alumiiniseoksissa ja ruostumattomasta teräksestä. Kun tunnistetaan edellä mainitut metallit, puhtaan kuparin punaiset täplät näkyvät.
Lisäys 2.
Kiteiden opiskelu digitaalisella mikroskoopilla.
Lisäys 3.
1 Wikipedia-sivuilta otettu materiaali