Unieke eigenschappen van kristallen. De belangrijkste eigenschappen van kristallen

Lezing 16.

Fysieke eigenschappen van kristallen

Het bestuderen van de structuur en fysische eigenschappen van vaste lichamen is bezig met een solide fysica. Het bepaalt de afhankelijkheid van fysische eigenschappen van de atoomstructuur van de substantie, ontwikkelt methoden voor het verkrijgen en bestuderen van nieuwe kristallijne materialen met gespecificeerde kenmerken.

De fysieke eigenschappen van kristallen worden bepaald:

1) de aard van de chemische elementen opgenomen in de kristallen;

2) Type chemische binding;

3) het geometrische karakter van de structuur, d.w.z. de wederzijdse opstelling van atomen in de kristalstructuur;

4) de onvolkomenheid van de structuur, d.w.z. de aanwezigheid van defecten.

Aan de andere kant is het meestal de fysieke eigenschappen van kristallen die we meestal het type chemische binding beoordelen.

De sterkte van kristallen is de gemakkelijkste manier om te worden beoordeeld door hun mechanische en thermische eigenschappen. Het sterkere kristal, hoe groter de hardheid en het hogere smeltpunt. Als we de verandering in de hardheid bestuderen met een verandering in de samenstelling van hetzelfde type van hetzelfde type en de verkregen gegevens vergelijken met de overeenkomstige waarden voor smeltende temperaturen, dan is het "parallellisme" te zien in de verandering hiervan eigendommen.

Laat me je eraan herinneren dat het meest karakteristieke eigenschap van de fysieke eigenschappen van kristallen hun is symmetrie en anisotropie. Anisotropisch medium wordt gekenmerkt door de afhankelijkheid van de gemeten eigenschap uit de richting van de meting.

We hebben al gezegd dat Crystalochemistry nauw verwant is met kristallografie en natuurkunde. Daarom, de hoofdtaak van Crystal Physics (Sectie van kristallografie die de fysieke eigenschappen van kristallen bestudeert) is de studie van de patronen van fysische eigenschappen van kristallen uit hun structuur, evenals de afhankelijkheid van deze eigenschappen van externe invloeden.

De fysische eigenschappen van stoffen kunnen worden onderverdeeld in twee groepen: structureel gevoelige en structureel ongevoelige eigenschappen. De eerste hangt af van de atomaire structuur van kristallen, de tweede - voornamelijk uit de elektronische structuur en het type chemische binding. Een voorbeeld van de eerste kan dienen als mechanische eigenschappen (massa, dichtheid, warmtecapaciteit, smeltpunt, enz.), Een voorbeeld van de tweede - warmte- en elektrische geleidbaarheid, optische en andere eigenschappen.

Aldus zal de goede elektrische geleidbaarheid van metalen veroorzaakt door de aanwezigheid van vrije elektronen niet alleen in de kristallen worden waargenomen, maar ook in gesmolten metalen.

Het ionische karakter van de communicatie wordt in het bijzonder gemanifesteerd, in het bijzonder, in het feit dat veel zouten bijvoorbeeld alkalimetaalhalogeniden, worden opgelost in polaire oplosmiddelen, het dissociëren van ionen. Het feit van gebrek aan oplosbaarheid kan echter nog niet dienen als bewijs van de aanwezigheid van een niet-polaire verbinding. Aldus zijn de bindende energie, bijvoorbeeld de oxiden zo groter dan de energie van alkalische halogeniden, dat de diëlektrische constante water al onvoldoende is voor de scheiding van ionen van het kristal.

Bovendien kunnen sommige verbindingen, voornamelijk met een homopolair communicatietype, onder invloed van een grote diëlektrische constante van het polaire oplosmiddel worden gedissocieerd in ionen in de oplossing, hoewel in de kristallijne toestand door ionische verbindingen ze mogelijk niet zijn (bijvoorbeeld NSL, HBR).

In heterodesische verbindingen zijn sommige eigenschappen, zoals de mechanische sterkte van de verbindingen, afhankelijk van slechts één (zwakkere) type communicatie.

Daarom kan het kristal worden overwogen, enerzijds, als een intermitterende (discrete) omgeving. Aan de andere kant kan de kristallijne substantie worden beschouwd als een massief anisotropisch medium. In dit geval zijn de fysische eigenschappen die zich in een bepaalde richting manifesteren onafhankelijk van uitzendingen (overdracht). Hiermee kunt u de symmetrie van fysieke eigenschappen beschrijven met behulp van puntgroepen van symmetrie.

Bij het beschrijven van de symmetrie van het kristal, houden we alleen rekening met een extern formulier, d.w.z. beschouwt de symmetrie van geometrische figuren. P. Curi toonde aan dat de symmetrie van materiële cijfers wordt beschreven door een oneindig aantal puntengroepen, dat in de limiet de neiging hebben tot de zeven zeven limietgroepen van symmetrie (gezinnen van een roterende kegel, een stationaire kegel, een roterende cilinder gedraaide cilinder, een vaste cilinder, een bal van roterende oppervlaktepunten, familiefamilie).

Beperkpuntgroepen - Groepen van Curie -bel puntgroepen met de assen van eindeloze bestellingen. Er is slechts zeven limietgroepen: ¥, ¥ mm, ¥ / m, ¥ 22, ¥ / mm, ¥ / ¥ / ¥ mm.

De relatie tussen het punt van symmetrie van het kristal en de symmetrie van de fysische eigenschappen werd geformuleerd door de Duitse natuurkundige F. Neumann: het materiaal voor fysische eigenschappen detecteert de symmetrie van dezelfde soort als zijn kristallografische vorm.Deze bepaling staat bekend als het principe van Neuman.

Student F. Neman German Physicus V. FANIGT verduidelijkte het gespecificeerde principe aanzienlijk en formuleerde het als volgt: Een groep symmetrie van een lichamelijke accommodatie moet alle elementen van het punt van de Crystal Symmetry Group omvatten.

Overweeg enkele fysieke eigenschappen van kristallen.

Kristallen dichtheid.

De dichtheid van de stof hangt af van de kristalstructuur van de stof, de chemische samenstelling, de verpakkingscoëfficiënt van atomen, valenties en de radii van zijn deeltjes.

De dichtheid varieert met een verandering in temperatuur en druk, aangezien deze factoren uitbreiding of compressie van de substantie veroorzaken.

De afhankelijkheid van de dichtheid op de structuur kan worden aangetoond met behulp van het voorbeeld van drie AL2SIO5-modificaties:

· Andalusiet (R \u003d 3,14 - 3,16 g / cm3);

· Sillimanitis (R \u003d 3.23 - 3,27 g / cm3);

· Kianit (R \u003d 3.53 - 3,65 g / cm3).

Met een toename van de verpakkingscoëfficiënt van de kristalstructuur, neemt de dichtheid van de stof toe. Wanneer bijvoorbeeld een polymorfe overgang van grafiet in een diamant met een verandering in het coördinatienummer van koolstofatomen van 3 tot 4, neemt een dichtheid van 2,2 tot 3,5 g / cm3 dienovereenkomstig toe.

De dichtheid van echte kristallen is meestal kleiner dan de geschatte dichtheid (ideale kristallen) vanwege de aanwezigheid van defecten in hun structuren. Diamantdichtheid, bijvoorbeeld fluctueert in het bereik van 2,7 - 3,7 g / cm3. Dus, om de echte dichtheid van kristallen te verminderen, kan men de mate van hun defactiviteit beoordelen.

De dichtheid verandert en met een verandering in de chemische samenstelling van de stof bij isomorfe substituties - tijdens de overgang van het ene lid van een isomorfe rij naar de andere. Bijvoorbeeld in een aantal olivines (Mg., Fe.2+ )2[ Si0.4 ] De dichtheid neemt toe naarmate de MG2 + Caties voor FE2 + van R \u003d 3,22 g / cm3 van Forsterite wordt vervangen. Mg.2 [ Si0.4 ] tot r \u003d 4,39 g / cm3 in Faianita.

Hardheid.

Onder hardheid impliceert de mate van weerstand van het kristal door externe invloed.Hardheid is geen fysieke constante. De waarde ervan hangt niet alleen af \u200b\u200bvan het materiaal dat wordt bestudeerd, maar ook op de meetomstandigheden.

Hardheid is afhankelijk van:

· Structuurtype;

· Verpakkingscoëfficiënt (specifieke zwaartekracht);

· Laad het vormen van kristal ionen.

Polymorfe wijzigingen CACO3 - Calcite en Aragonite hebben bijvoorbeeld respectievelijk dichtheid 3 en 4 en verschillen in verschillende dichtheid van hun structuren:

· Voor calcietstructuur met KEC \u003d 6 - R \u003d 2.72;

· Voor de structuur van Aragonitis met de KEC \u003d 9 - R \u003d 2,94 g / cm3).

In een aantal even geconstrueerde kristallen neemt de hardheid toe bij toenemende kosten en vermindert de grootte van de kationen. De aanwezigheid in de structuren van voldoende grote anionen zoals F-, OH-, H2O-moleculen verlaagt de hardheid.

De berm van verschillende vormen van kristallen heeft een andere reticulaire dichtheid en verschillen in hun hardheid. Aldus hebben de grenzen van de octaëder (111), met een grotere reticulaire dichtheid met de randen van de kubus (100), de grootste hardheid in de diamantstructuur.

Het vermogen om te vervormen.

Het vermogen van het kristal aan plastic vervorming wordt voornamelijk bepaald door het karakter van de chemische band tussen de structurele elementen.

Covalente communicatieMet een strikte oriëntatie verzwakt de sterk al met kleine verplaatsingen van atomen ten opzichte van elkaar. Daarom tonen kristallen met een covalente obligatietype (SB, BI, zoals, SE, enz.) Niet de mogelijkheid om de vervorming te voorkomen.

Metaalcommunicatiehet heeft niet gericht op de verplaatsing van atomen ten opzichte van elkaar verandert zwakjes. Dit bepaalt de hoge mate van plasticiteit van metalen (pitching). De meeste duikers zijn die metalen waarvan de structuren zijn geconstrueerd door de wet van de verpakking van het kubieke dichtheid, die vier richtingen van de decidable lagen heeft. Minder smeden metalen met zeshoekige strakke verpakking - met één richting van de dichtste lagen. Dus, onder de polymorfe wijzigingen van ijzeren A-FE en B-FE, heeft de hardheid bijna niet (type I-rooster), terwijl G-Fe met kubieke dichte verpakking (Grazklare kubieke rooster) - metaal maken als CU, PT, AU, AG, enz.

Ionencommunicatie Het doet er niet toe. Daarom zijn typische ionische kristallen (NaCl, CAF2, Cate, etc.) dezelfde fragiele als kristallen met een covalente binding. Maar tegelijkertijd bezitten ze zeer hoge plasticiteit. Dia in hen gaat door het OP van bepaalde kristallografische richtingen. Dit is te wijten aan het feit dat de structuur van het kristal kan worden geselecteerd mazen (110) gevormd door één NA + -ionen of -cloon. Met plastic vervorming beweegt een plat raster relatief naburig op zodanige wijze dat NA + ionen langs cliënten glijden. De variantie van ladingskosten in aangrenzende roosters verhindert de discontinuïteit en ze blijven parallel aan hun initiële positie. Doorlopen langs deze lagen treedt op met een verminderd minimum op de locatie van atomen en is het gemakkelijkst.

Thermische eigenschappen van kristallen.

De thermische geleidbaarheid is nauw verwant aan symmetrie. Meest duidelijk kunnen worden aangetoond op de volgende ervaring. Krullend een dunne laag paraffine van het gezicht van drie kristallen: Cuba, hexagonaal prisma, direct parallellepiped. De rand van de dunne hete naald raakt elk van de gezichten van deze kristallen aan. Volgens de contouren van smeltende vlekken is het mogelijk om de snelheid van verspreiding van warmte op de vlakken van de gezichten in verschillende richtingen te beoordelen.

Op het kubieke single-kristal zullen de contouren van smeltende vlekken op alle randen een cirkelvorm hebben, wat dezelfde snelheid van warmteverdeling in alle richtingen geeft vanaf het moment van aanraken van de hete naald. De vorm van vlekken in het idee van cirkels op alle kwaliteit Cubic Crystal is geassocieerd met zijn symmetrie.

De vorm van vlekken op de bovenste en onderste randen van het zeshoekige prisma zal ook een cirkelvorm hebben (de snelheid van de warmte in het vlak in het vlak loodrecht op de hoofdas van het middencategorie kristal is hetzelfde in alle richtingen). Aan de randen van het hexagonale prisma zullen de smeltvlekken de vorm hebben van ellipsen, aangezien de assen van de 2e orde loodrecht op deze gezichten staan.

Bij alle kwaliteiten van direct parallellepiped (orthogonale syngony-kristal) hebben de smeltvlekken een ellipsvorm, aangezien de 2e orderassen loodrecht op deze grafieken staan.

Dus, de snelheid van de verspreiding van warmte over het lichaam van het kristal is direct afhankelijk van de vraag of het zich verspreidt, waardoor het lineaire element van symmetrie. In Cubic Singonia-kristallen Het oppervlak van de propagatie van warmte heeft de vorm van de bol. Bijgevolg zijn de kubieke Singonia-kristallen in relatie tot de thermische geleiding isotropisch, d.w.z. in alle richtingen gelijkwaardig. Het oppervlak van de thermische geleidbaarheid kristallen van de middelste categorie Het wordt uitgedrukt door de ellipsoïde van rotatie (parallel aan de hoofdas). IN kristallen van de laagste catigoraI Alle oppervlakken van thermische geleidbaarheid hebben de vorm van een ellipsoïde.

De anisotropie van thermische geleidbaarheid is nauw verwant aan de structuur van de kristallijne substantie. Dus komen de meest dichte atoomroosters en rijen overeen met de grote waarden van thermische geleidbaarheid. Daarom hebben gelaagde en ketenkristallen grote verschillen in de aanwijzingen van thermische geleidbaarheid.

De thermische geleidbaarheid hangt ook af van de mate van defectiviteit van het kristal - in meer defecte kristallen is het lager dan die van synthetisch. De substantie in amorfe staat heeft een lagere thermische geleidbaarheid dan de kristallen van dezelfde samenstelling. De thermische geleidbaarheid van kwartglas is bijvoorbeeld aanzienlijk lager dan de thermische geleidbaarheid van kwartskristallen. Op deze accommodatie is het wijdverbreide gebruik van Quartz-glaswerk gebaseerd.

Optische eigenschappen.

Elke substantie met een bepaalde kristalstructuur wordt gekenmerkt door eigenaardige optische eigenschappen. Optische eigenschappen zijn nauw verwant aan de kristallijne structuur van vaste stoffen, de symmetrie ervan.

Met betrekking tot optische eigenschappen kunnen alle stoffen worden verdeeld in optisch isotropisch en anisotropisch. De eerste omvat amorfe lichamen en kristallen van de hoogste categorie, tot de tweede - alle anderen. In optische isotrope media, de lichtgolf, die een combinatie is van transversale harmonische oscillaties van elektromagnetische aard, spreidt zich op dezelfde snelheid in alle richtingen. Tegelijkertijd komen de schommelingen van de spanning van elektrische en magnetische velden ook op door allerlei gebieden, maar in het vlak loodrecht op de richting van de bundel. Langs zijn richting wordt lichtenergie verzonden. Dit licht wordt genoemd natuurlijk of ongepolariseerd (Figuur A, B).

In optisch anisotrope media kan de golfverspreiding in verschillende richtingen verschillend zijn. Onder bepaalde omstandigheden kan worden verkregen zogenaamd gepolariseerd lichtWaarvoor alle oscillaties van de vector van elektrische en magnetische velden worden gehouden in een strikt gedefinieerde richting (tekening in, d). Op het gedrag van een dergelijk gepolariseerd licht in kristallen is de methode van kristallooptische studies met behulp van een polarisatiemicroscoop gebaseerd.

Dubbel Beamplane-licht in kristallen.

lineair gepolariseerd met wederzijds loodrechte flenzen van oscillaties. Lichte ontbinding in twee gepolariseerde balken wordt genoemd double Beamplan of Bite.

De binding van licht wordt waargenomen in de kristallen van alle Singonius, met uitzondering van Cubic. In de lagere en middelste categorie kristallen treedt de beet in alle richtingen op, met uitzondering van een of twee richtingen, genaamd optische assen.

Het fenomeen van de bondaan wordt geassocieerd met de anisotropie van kristallen. De optische anisotropie van kristallen wordt uitgedrukt in het feit dat de snelheid van de lichtvoortplanting in hen in verschillende richtingen anders is.

IN kristallen van de middelste categorie Onder de vele richtingen van optische anisotropie is er één enkele richting - optische asdie samenvalt met de hoofdas van symmetrie van de 3e, 4e, 6e bestellingen. Langs deze richting gaat het licht zonder te lessen.

IN lagere categorie kristallen Er zijn twee richtingen, waarlangs het licht niet is gesplitst. De dwarsdoorsneden van kristallen loodrecht op deze richtingen vallen samen met optisch isotrope secties.

De invloed van structurele kenmerken op optische eigenschappen.

In kristallijne structuren met lagen van gedecenteerde atomen, overschrijdt de afstand tussen atomen in de laag de afstand tussen de dichtstbijzijnde atomen in de aangrenzende lagen. Een soortgelijke ordelijkheid leidt tot gemakkelijker polarisatie, als de spanning vector van het elektrische veld van de lichtgolf parallel is aan het vlak van de lagen.

Elektrische eigenschappen.

Alle stoffen kunnen worden onderverdeeld in geleiders, halfgeleiders en diëlektrics.

Sommige kristallen (diëlektrica) worden gepolariseerd onder invloed van externe invloeden. Het vermogen van diëlektrics om te polariseren is een van hun fundamentele eigenschappen. Polarisatie is een proces dat is geassocieerd met het creëren van een diëlektrisch onder de werking van een extern elektrisch gebied van elektrische dipolen.

In kristallografie en solide fysica werd een belangrijke theoretische praktische waarde verkregen piëzo-elektriciteit en pyro-elektriciteit.

Piëzo-elektrisch effect -verandering van de polarisatie van sommige diëlektrische kristallen in mechanische vervorming. De omvang van de ontstaanslichten is evenredig met de toegepaste sterkte. Het laadbord hangt af van het type kristalstructuur. Het piëzo-elektrische effect treedt alleen op in kristallen die verstoken zijn van het midden van de inversie, d.w.z. met polaire aanwijzingen. Bijvoorbeeld Si02 Quartz-kristallen, SPHALERITE (ZNS).

Pyro-elektrisch effect - Het uiterlijk van elektrische ladingen op het oppervlak van sommige kristallen wanneer ze worden verwarmd of afkoelen. Het pyro-elektrische effect treedt alleen op in diëlektrische kristallen met een enkele polaire richting, waarvan tegenovergestelde uiteinden niet kunnen worden uitgelijnd met een enkele werking van deze groep symmetrie. Het uiterlijk van elektrische ladingen kan alleen optreden, polaire richtingen. De randen loodrecht op deze gebieden ontvangen verschillende kosten: de ene is positief en de andere is negatief. Het pyro-elektrische effect kan optreden in kristallen die behoren tot een van de polaire symmetrieklassen: 1, 2, 3, 4, 6, M, MM2, 3M, 4 mm, 6 mm.

Van geometrische kristallografie volgt dat aanwijzingen die door het midden van symmetrie passeren, niet polair kunnen zijn. Er kan geen polaire en aanwijzingen zijn die loodrecht staan \u200b\u200bop de symmetrische vlakken of op de assen van even orde.

Er worden twee subklasse onderscheiden in de pyro-elektrische klasse. De eerste omvat lineaire pyroelectrics, waarin in het externe veld elektrische polarisatie lineair afhangt van de elektrische veldsterkte. Bijvoorbeeld toermalijn NAMGAL3B3.SI6 (O, OH) 30.

De kristallen van de tweede subklasse worden ferroelectrics genoemd. Ze afhankelijkheid van polarisatie op de interne veldsterkte zijn niet-lineair karakter en polariseerbaarheid is afhankelijk van de externe veldwaarde. De niet-lineaire polarisatie-afhankelijkheid van de elektrische veldsterkte wordt gekenmerkt door hysteresislus. Dit kenmerk van ferroelectrics omvat het behoud van elektrische polarisatie in hun afwezigheid van een extern gebied. Dankzij dit bleek de kristallen van het ferro-elektrische zout (vandaar de naam van de ferro-elektrische) betrouwbare keepers van elektrische energie- en elektrische signalenrecorders, waarmee ze kunnen worden gebruikt in "geheugencellen".

Magnetische eigenschappen.

Dit is het vermogen van lichamen om te communiceren met een magnetisch veld, d.w.z. gemagnetiseerd bij het plaatsen van ze in een magnetisch veld. Afhankelijk van de grootte van magnetische gevoeligheid, diamagnetische, paramagnetische, ferromagnetische en antiferromagnetische kristallen worden onderscheiden.

De magnetische eigenschappen van alle stoffen zijn niet alleen afhankelijk van de kenmerken van hun kristalstructuur, maar ook over de aard van de componenten van hun atomen (ionen), dwz wordt magnetisme bepaald door de elektronenstructuur van de schelpen en nuclei, evenals een orbitale beweging om hen heen elektronen (spins).

Wanneer een hoeksnelheid van de elektronenbeweging in de baan verandert het magnetische veld met een hoek (ionen) in het magnetische veld vanwege het feit dat een extra rotatiebeweging wordt toegepast op de initiële rotatiebeweging van elektronen rond de kernel, als gevolg van die het atoom een \u200b\u200bextra magnetisch moment ontvangt. In dit geval zijn als alle elektronen met tegenovergestelde spins in het atoom in paren zijn gegroepeerd (figuur A), dan worden de magnetische momenten van elektronen gecompenseerd en zal hun totale magnetische moment nul zijn. Dergelijke atomen worden diamagnetisch genoemd en stoffen bestaande uit hen - diamagnetica. Bijvoorbeeld, inerte gassen, metalen in subgroepen - CU, AG, AU, Zn, CD, de meeste ionische kristallen (NaCl, CAF2), evenals stoffen met een overheersende covalente binding - BI, SB, GA, grafiet. In kristallen met gelaagde structuren is magnetische gevoeligheid voor aanwijzingen die in een laag liggen aanzienlijk overschrijdt voor loodrechte aanwijzingen.

Bij gevulde met elektronische schelpen in atomen streven elektronen ongeëvenaard. Daarom zijn er een grote hoeveelheid stoffen, magnetische momenten van elektronen, in de atomen daarvan willekeurig gelegen en in de afwezigheid van een extern magnetisch veld, komen ze niet voor in ze spontane oriëntatie van magnetische momenten (figuur B). Het totale magnetische moment veroorzaakt door niet-gerelateerde paren en zwak interactie met elkaar elektronen zal permanent, positief of enigszins groot zijn dan die van diëlektrics. Dergelijke atomen worden magnetisch en stoffen genoemd - paramagnets. Bij het maken van een paramagneet naar een magnetisch veld, verwerven de gedesoriënteerde ruggen een oriëntatie, waardoor drie soorten bestellen van niet-gecompasseerde magnetische momenten worden waargenomen - drie soorten fenomenen: ferromagnetisme (figuur B), antiferromennetisme (tekening d) en ferrimagnetisme (figuur D).

Ferromagnetische eigenschappener zijn stoffen, magnetische momenten van atomen (ionen) die parallel aan elkaar zijn gericht, met als gevolg dat het externe magnetische veld in miljoenen keren kan toenemen. De naam van de groep is geassocieerd met de aanwezigheid van elementen erin de subgroep van Fe, NI, Co.

Als de magnetische momenten van individuele anti-parallelle atomen gelijk zijn, dan is het totale magnetische moment van atomen nul. Dergelijke stoffen worden genoemd antiferromeagneten.Deze omvatten overgangoxiden - MnO, NIO, COO, FEO, veel fluoriden, chloriden, sulfiden, seleniden, enz.

In de ongelijkheid van anti-parallelle momenten van atomen van de kristalstructuur is het totale moment anders dan nul en dergelijke structuren hebben spontane magnetisatie. Dergelijke eigenschappen bezitten ferrieten(FEU3O4, Garnet Group-mineralen).

De tekst van het werk wordt geplaatst zonder afbeeldingen en formules.
De volledige versie van het werk is beschikbaar in het tabblad "Werkbestanden" in PDF-formaat

Invoering

"Bijna de hele wereld is kristallijn.

De wereld regeert kristal en zijn vaste stof,

rechte wetten "

Academician Fersman A.E.

Is het mogelijk om kristallen thuis te laten groeien? Verbeter je vaardigheden en vaardigheden, manifest creatieve vaardigheden - wat kan relevanter zijn voor een moderne schooljongen? Ik wil je vaardigheden testen, zoek antwoorden op vragen: wat? Hoe? Waarom? En het is het gekozen onderwerp van dit werk dat me deze kans geeft: ik kom erachter! Zal uitleggen! Dit werk heeft een bepaald aspect van nieuwheid, omdat ik nooit zoiets heb gedaan - de kristallen "ROS" in mijn ogen, ik keek en verzorgde hem. In mijn presentatie om te "groeien", krijg je een kristal - dit is een wonder!

werk: Grow Crystals thuis en verken hun eigenschappen.

Taken: 1. Onderzoek de informatie van literaire bronnen over de kwestie.

2. Grow een kristal uit zout van kopersulfaat.

3. Om het effect van externe omstandigheden op de groei van kristallen in het voorbeeld te bestuderen

magnetisch veld;

4. Onderzoek de fysische en chemische eigenschappen van geteelde kristallen.

De wereld heeft veel interessant en ongebruikelijk. In de grond zijn er soms stenen van een dergelijke vorm, alsof hun iemand ze grondig dronk, slijp, gepolijst -tho-kristallen. Ze zijn overal in ons leven te vinden, die hun ongewone en mysterieuzeheid aantrekken, waardoor interesse in observatie en studie. Er zijn kristallen kleine, smalle en scherpe, zoals naalden en zijn enorm als kolommen. Veel kristallen zijn perfect schoon en transparant als water. Geen wonder dat ze zeggen "transparant als Crystal", "Crystal Clear".

We leven op aarde, we lopen op kristallen, we bouwen uit kristallen, proceskristallen op fabrieken, groeien ze in laboratoria, we worden veel gebruikt in techniek en wetenschap, eten kristallen, we worden met hen behandeld ...

In de laboratoria worden kunstmatig single-kristallen van veel stoffen verkregen. Voorzorgsmaatregelen observeren, kunt u bijvoorbeeld een aantal kristallen en thuis laten groeien van de oververzadigde oplossingen van de koperen damp, de methode van geleidelijk water uit de oplossing te verwijderen. Het is zo op een manier dat ik mijn kristallen gegroeid, het werk in drie fasen breken:

Voorbereiding van "zaden".

Observatie van de groei van kristallen.

De studie van de fysische en chemische eigenschappen van het kristal.

Software die we gebruikten om de resultaten van experimenten met kristallen te verwerken: een digitale microscoop, een digitale camera, elektronische schalen.

Programma's: Microsoft Office Picture Manager, Microsoft Photo Paint

Conclusies:

1. De kristallen van het kopersulfaat werden verhoogd: enkelvoudig kristal en polycrystal (DRUSS).

2. Het kristal gekweekt in een magnetisch veld heeft bijna de juiste vorm van de ruit.

3. De fysisch-chemische eigenschappen werden onderzocht: de kristallen van het kopersulfaat zijn goed oplosbaar in water en slecht in alcohol; Het uiterlijk van een groene schaduw in vlam geeft de aanwezigheid van koperionen aan (Cuso 4), de dichtheid van het kristal in het magnetische veld is 2,07 g / cm3, en buiten het magnetische veld - 2,04 kg / cm3; De brekingsindex van het kristal n \u003d 1,54; Het kristal in de experimentele ervaring toonde een duidelijk uitgesproken eigenschappen van de isolator, die volledig overeenkomt met de normale elektrische eigenschappen van kristallen met de ionenstructuur.

Als gevolg van het uitgevoerde onderzoek, werd het probleem opgelost: we zijn erin geslaagd om kristallen van koperstemming thuis te laten groeien.

De praktische betekenis van het onderzoek is dat de door ons gegroeide kristallen kunnen worden gebruikt om te demonstreren in scheikunde lessen, natuurkunde, om schilderijen, kleuren, composities, sieraden voor fashionista, enz. Te maken, enz. Van de kristallen die door ons zijn gegroeid, hebben we gemaakt: broche, ingericht Het fotolijst en de kaars staan, versierd de doos. De resultaten van ons werk dat we weerspiegelden in de boekjes die zijn uitgegeven met aanbevelingen voor de teelt van kristallen thuis en creëerden een presentatie die ook kan worden gebruikt in lessen en buitenschoolse activiteiten.

Hoofdstuk 1. Theoretisch deel

1. Wat is kristal

Het woord kristal ("CrystaloS") - Griekse oorsprong. Het oude Grieken Crystal noemde ijs, en toen een bergkristal, dat als versteende ijs werd beschouwd. Later, vanaf de 17e eeuw, begonnen alle vaste lichamen met de natuurlijke vorm van een vlak Polyhedron kristallen te bellen. Kristallen zijn vaste lichamen, atomen of moleculen waarvan bepaalde, bestelde posities in de ruimte. In alle kristallen zijn de deeltjes in alle vaste stoffen gelijk, duidelijk gebouwd, zijn het symmetrische, correct herhaald patroon gebouwd. Hoewel er deze bestelling is, is er een solide, kristal. Daarom hebben kristallen platte gezichten. Kristallen zijn van verschillende vormen.

Kristallijne vaste stoffen worden gevonden in de vorm van afzonderlijke enkele kristallen - enkele kristallen en in de vorm van polykristallen, die de accumulatie van willekeurig georiënteerde kleine kristallijne - kristallieten, anders (kristallijne) korrels worden genoemd. Volgens de eigenschappen verschillen enkele kristallen van polykristallen. Enkele kristallen, enkele kristallen, hebben een goede geometrische vorm, voor hen wordt gekenmerkt door anisotropie, dat wil zeggen het verschil in eigenschappen in verschillende richtingen. Polycrystalen bestaan \u200b\u200buit een verscheidenheid aan gooide kristallen, ze zijn isotropisch. Hier, bijvoorbeeld kristallen van koperstemming, gekweekt door ons thuis:

Voor een visuele weergave van de interne structuur van het kristal wordt het beeld gebruikt met behulp van een kristalrooster. Het kristalrooster is de driedimensionale opstelling van atomen, ionen of moleculen in de kristallijne substantie. Afhankelijk van hoe atomen zich bevinden, wordt het een diamant - een mooi, transparant, hard aan het licht van een steen of een grijsachtig zwart zacht grafiet, dat we in een potlood zien.

Afhankelijk van het type kristalrooster, zijn kristallen verdeeld in 4 groepen:

1.2.Methoden voor het kweken van kristallen in de natuur.

Iedereen kon observeren hoe ze zich voordoen, groeien en geleidelijk hun vorm van ijskristallen op het glas van het bevroren raam veranderen. Kristallen groeien . Ze groeien altijd correct, symmetrisch polyhedra, als niets hen stoort met groei. Kristallisatie kan op verschillende manieren worden gehandhaafd.

1 weg : Kristallen kunnen groeien bij condensatie van dampen - de sneeuwvlokken en patronen op koud glas worden verkregen.

2 wegen : Koeling van een verzadigde warme oplossing of smelten. De kristallisatie van de smelt omvat het proces van vorming van vulkanische rotsen. Het komt door de koelmiljoenen jaren geleden, veel mineralen verschenen op aarde. "De oplossing" voor deze "ervaring" diende Magma - gesmolten massa van rotsen in de diepten van de aarde. Opheffen naar het oppervlak van een split-diepte, Magma werd afgekoeld. Als resultaat van deze koeling, die meer dan duizend jaar zou kunnen duren, waarvoor we waarnen, worden gevormd. Dit proces is erg lang.

3 : Geleidelijke verwijdering van water uit een verzadigde oplossing. Wanneer verdamping ("drogen"), wordt het water in stoom en verdwijnt. Maar water-opgeloste chemicaliën kunnen er niet mee verdampen en vestigen zich in kristallen. Het gemakkelijkste voorbeeld is een zout dat is gevormd tijdens verdamping van water uit de zoutoplossing. En in dit geval verdampt het langzamere water, hoe beter de kristallen worden verkregen. Het is op zo'n manier dat ik mijn kristal gegroeid.

1. Een magnetisch veld

Het magnetische veld is een speciaal soort materie, niet waargenomen door de zintuigen, het is onzichtbaar. Het magnetische veld treedt op rond de lichamen, een lange tijd behoud van magnetisatie - magneten, lichamen met hun eigen magnetische veld. Het belangrijkste eigendom van magneten: lok lichaam van ijzer of zijn legeringen aan. Een permanente magneet heeft altijd twee magnetische palen: noordelijke (n) en zuidelijk (s). Het sterkste magnetische veld van een permanente magneet op zijn polen. De magneetpalen met dezelfde naam worden afgestoten, en de variantie-polen worden aangetrokken. Natuurlijke (of natuurlijke) magneten zijn stukjes magnetisch strijken. Bij chemische samenstelling bestaan \u200b\u200bze bij 31% van FEO en 69% van Fe 2 O 3.

Hoofdstuk 2. Praktisch onderdeel.

Beveiligingsregels:

Het is noodzakelijk om zeer zorgvuldig met stoffen te werken.

CuPins mogen op geen enkele manier in voedselproducten vallen.

Gebruik voor cultivatie van kristallen is noodzakelijk voor speciale gerechten.

Na het werken met koperen kracht, moet u uw handen met zeep wasten.

Stadia van werk:

Voorbereiding van "zaden".

Groeien en monitoren van kristallen.

De studie van verschillende factoren op het groeiproces van kristallen (magnetisch veld).

De studie van de chemische en fysische eigenschappen van kristallen.

Vertel me, en ik zal het vergeten.

Laat me zien, en ik zal het onthouden.

Geef me om mezelf te handelen, en ik zal leren.

Confucius

2.1. Magnetische velddetectie.

Omdat het magnetische veld onzichtbaar is, kan het worden gedetecteerd met behulp van ijzerzaagsel en magneten. We zullen een experiment uitvoeren dat het bestaan \u200b\u200bvan een magnetisch veld bevestigt.

Uitrusting: twee boogvormige magneten, metalen zaagsel, vel papier.

De volgorde van uitvoering: ijzerzaagsel met een vlakke laag werd geborduurd op een vel papier en vervolgens op de magneten op elkaar gelegen met verschillende-daagse polen. Metalen zaagsel bevindt zich op een bepaalde manier.

Uitvoer: Met de hulp van ijzerzaagsel ontving ik een idee van de vorm van een magnetisch veld. Iron Sawdust bevindt zich in een magnetisch veld langs de hoogspanningslijnen.

2.2. Koken "zaad"

Het "zaad" is het kristallisatiecentrum, de groei van kristallen is afhankelijk van de kwaliteit ervan.

2.3.Clotion voor de groei van kristallen in een magnetisch veld en daarbuiten.

Voor het onderzoek werden twee identieke bekers bereid met dezelfde hoeveelheid van een oplossing van koperstemming. We zetten één bank in het magnetische veld (gebruikte constante magneten) en de tweede - weg van magneten. Voorwaarden - Temperatuur- en lichtmodus waarin blikken met een oplossing waren, waren hetzelfde.

Monitoring van de groei en vorm van het kristal in het magnetische veld en daarbuiten

Observatie-uitkomst: op een magnetisch veld, een koperzwavel single kristal groeide vrij groot, en het kristal is gegroeid in Bizarre-Druz.

Uitvoer. Het groeiproces van het kristal was gevoelig voor de effecten van een magnetisch veld. Het kristal was diepblauw en heeft de vorm van een afgeschuinde parallellepiped. De zijkanten van het kristal zijn soepel. In een andere bank is de Druss een grootte van 5-6 cm. Fancy - Mooie vorm en een rijke blauwe kleur hebben. Onder de omringde kristallen is het mogelijk om onderscheid te maken tussen de ruitvormige vorm enkele kristallen (bijlage 2).

2.4. Chemische eigenschappen

2.5. De dichtheid van kristallen meten

De dichtheid van het kristal van het kopersulfaat werd bepaald op basis van het feit dat het niet oplost in alcohol.

Uitrusting:elektronische schalen, meten cilinder (Minzurka), alcohol.

Uitvoer:crystal dichtheid gegroeid in een magnetisch veld - 2.07 g / cm3, en buiten het magnetische veld - 2.04G / \u200b\u200bcm3. (vergelijkbaar met tabelgegevens)

2.6. Meting van de brekingsindex van het kristal.

Een optische eigenschappen zijn belangrijk in de beschrijving en identificatie van kristallen. Wanneer het licht op het transparante kristal valt, wordt het gedeeltelijk gereflecteerd, en gedeeltelijk passeert in het kristal. Het licht reflecteert van het kristal geeft het glans en kleur en het licht dat in het kristal gaat, creëert effecten die worden bepaald door zijn optische eigenschappen. Bij het verplaatsen van de hellende lichtstraal van de lucht naar het kristal, wordt de propagatiesnelheid verminderd; De vallende straal wijkt af, of wordt gebroken. De houding van de hoekhoek van het vallen naar de zonde van de brekingshoek is de waardeconstante en wordt de brekingsindex genoemd. Dit is de belangrijkste van de optische kenmerken van het kristal en kan zeer nauwkeurig worden gemeten.

Om de brekingsindex te meten, gebruikten we een lichtstraal dat door het scherm is doorgegeven met een spleet. Een kristal op het pad van de balk plaatsen, markeerden we twee punten bij de ingang en de uitlaat van de balk van het kristal, toen kwamen we bij hen. Door aanvullende constructies te maken, meten we de Ray Drop-hoek, de brekingshoek en het gebruik van de formule We berekenden de brekingsindex van het kristal gekweekt in het magnetische veld.

2.7 . Elektromagnetische eigenschappen

Na het experiment met zichtbare straling, controleerden we het Crystal-vermogen om radiogolven te absorberen, d.w.z. Onzichtbare straling. Om dit te doen, wikkelden we de aluminiumfolieconsole die geen radiogolf mist. We hebben op de aan / uit-knop geklikt, maar het bestuur heeft niet ingeschakeld. Toen openden we een smal gat voor de passage van de stralen, opnieuw ingedrukt op de aan / uit-knop en het bestuur ingeschakeld.

Het bord uitschakelen, hebben we herhaaldelijk geprobeerd het op te nemen, maar deze keer werd het gesloten door de emitter van het CULP-kristal. Wanneer u op de aan / uit-knop klikt, is het bestuur niet ingeschakeld.

Uitvoer: Het kristal is een dikte van 15 mm is een obstakel voor de radiode-golven.

2.8. Studie over elektrische geleidbaarheid

Elektrische geleidbaarheid is het eigendom van sommige instanties om elektrische stroom uit te voeren. Alle stoffen zijn verdeeld in geleidende elektrische stroom (geleiders), halfgeleiders en diëlektrics (isolatoren).

Het verkennen van de elektrische geleidbaarheid van het verkregen kristal, we gebruikten de gloeilamp om de passage van de elektrische stroom te repareren. Als de stroom in het circuit is - het licht brandt, zo niet - verbrandt niet. Een spanning met een waarde van 4,5 V werd ingediend.

Uitvoer:Het kristal in het experiment toonde de eigenschappen van de isolator, de gloeilamp was niet gepakt vuur, wat volledig overeenkomt met de normale elektrische eigenschappen van kristallen met de ionenstructuur.

Conclusies:

In een conventioneel schoollaboratorium, met behulp van apparatuur, verhoogden we kristallen uit een verzadigde oplossing van koper vitriol door de methode van verdamping, waargenomen hun groei in een magnetisch veld en daarbuiten, berekende fysieke kenmerken en chemische eigenschappen werden onderzocht.

1. We hebben de kristallen van het kopersulfaat opgeheven: enkel kristal en polykristaal.

2. Magnetisch veld heeft een zekere impact op de groei van kristallen, het kristal gekweekt in het magnetische veld heeft bijna de juiste vorm van de ruit.

3. De fysisch-chemische eigenschappen werden onderzocht: de kristallen van het kopersulfaat zijn goed oplosbaar in water en slecht in alcohol; Het uiterlijk van een groene schaduw in een vlam geeft de aanwezigheid van koperionen, d.w.z. Cuso 4; De dichtheid van het kristal gekweekt in het magnetische veld is 2,07 g / cm3, en buiten het magnetische veld - 2,04 kg / cm3; De brekingsindex van het kristal n \u003d 1,54; Het kristal in de experimentele ervaring toonde goed uitgesproken eigenschappen van de isolator, die volledig overeenkomt met de normale elektrische eigenschappen van kristallen met de ionenstructuur.

Conclusie.

Het onderzoekswerk heeft de verbazingwekkende wereld van kristallen voor mij geopend. Haal in mijn presentatie het kristal om een \u200b\u200bwonder te maken. Voor mij is dit een nieuwe en ongewone deal. Daarvoor wist ik niet - dat ik zal slagen, hoe mijn "auteur" -kristallen eruit zullen zien en wat ermee met hen moet doen. Bij het bestuderen van kristallen was ik ervan overtuigd: hun eigenschappen zijn zo divers dat we slechts sommige van hen konden verkennen. Maar het belangrijkste - we vonden het gebruik van deze kristallen. De kristallen die door ons gegroeid kunnen worden gebruikt om te demonstreren in scheikundelessen, natuurkunde. Van de kristallen zelf maakten we een broche, versierd het frame voor foto's en een kaarsstandaard, versierd de kist (bijlage 3). De resultaten van ons werk dat we weerspiegelden in de boekjes die zijn uitgegeven met aanbevelingen voor de teelt van kristallen thuis en creëerden een presentatie die ook kan worden gebruikt in lessen en buitenschoolse activiteiten.

Als gevolg van de studies hebben we het probleem opgelost: we zijn erin geslaagd om kristallen van koperstemming thuis te laten groeien. Ik kan zelfverzekerd zeggen dat de teelt van kristallen kunst is!

Dit onderwerp was erg interessant. De wereld van kristallen was geweldig en divers. Als gevolg hiervan hadden we andere problemen die verdere diepere studie vereisen. Daarom zijn we van plan dit onderwerp door te gaan.

Natuurkunde is een geweldige wetenschap, en je moet haar stap voor stap kennen.

Gebruik voor het kweken van kristallen alleen vers bereide oplossingen.

Gebruik alleen schone gerechten.

Zorg ervoor dat u de oplossing filteert.

Kristallijn kan niet met groei zonder een speciale reden om uit de oplossing te verwijderen.

Laat afval niet toe aan een verzadigde oplossing. Om dit te doen, bedek het met filterpapier.

Periodiek (eenmaal per week) wijzigt of update de verzadigde oplossing.

Verwijder het resulterende geslagen kleine kristallen.

De langzamere de oplossing wordt gekoeld, de LARR de kristallen worden gevormd. Om dit te doen, kunt u een bril kopen met een doek.

De verkregen kristallen bedekken grondig kleurloze vernis tegen verweerd

Bibliografie:

1. Fysieke werkplaats voor klassen met diepgaande studie van de natuurkunde. Bewerkt door yu.i. Lul, o.f. Cabardine. M; 1993.

2. Serie "Erudite" -scheikunde, natuurkunde.

3. Shashlyskaya, M. P. Kristallen. Publishing House "Science". - M.: 1978.

4. Encyclopedisch Woordenboek van jonge fysica. - M.: Pedagogie, 1995.

Internetbronnen:

school-collection.edu.ru.

class-fizika.narod.ru.

Bijlage 1

Koperen Kuner

Chemische formule: CUSO 4 * 5N 2 O 1

Chemische titel: kopersulfaat, koperen zwavelzuur (Cuprumsulfuricum), meli-sulfaat (II) pentahydraat

Beschrijving: Crystal Blue Powder

Verbindingsklasse: Crystal Hydalsoli

Beschrijving van kristallen: blauwe kristallen, goed oplosbaar in water. Eigendommen . Gigroscopisch. Lost op in water, glycerine, zwavelzuur. Milantiaal in ammoniak. In het luchtzout is stabiel.

Crystal Hydal-structuur

De structuur van de koperen damp wordt getoond in de figuur. Zoals te zien is, worden de twee anionen, dus 4 2, langs de assen en vier watermoleculen (in het vlak) gecoördineerd rond de koperen ion, en het vijfde watermolecuul speelt de rol van bruggen, die met behulp van waterstofbindingen combineren Watermoleculen uit het vliegtuig en de sulfaatgroep.

Toepassing.

Het wordt gebruikt om ongedierte en ziektenziekten te bestrijden (van schimmelziekten en Vinewli). Soms gebruikt in zwembaden om de groei van algen in water te voorkomen.

In de constructie wordt de waterige oplossing van kopersulfaat gebruikt om roestvlekken te elimineren, evenals om zouten uit bakstenen en betonnen oppervlakken te verwijderen; en ook als een middel om hout te laten rotten.

Het wordt ook gebruikt voor de vervaardiging van minerale verven, in de geneeskunde, en als onderdeel van draaiende oplossingen bij de productie van acetaatvezel.

De voedingsindustrie is geregistreerd als een voedingssupplement E519. (conserveermiddel).

In de natuur komt af en toe mineraalHalcantitis, waarvan de samenstelling dicht bij Cuso 4 * 5H 2 O is

In points om schroot van non-ferro metalen te kopen, wordt de koperen sulfaatoplossing gebruikt om zink, mangaan en magnesium in aluminiumlegeringen en roestvrij staal te detecteren. Bij het identificeren van de bovengenoemde metalen verschijnen rode vlekken van schoon koper.

Bijlage 2.

Crystals bestuderen met behulp van een digitale microscoop.

Appendix 3.

1 Materiaal genomen uit Wikipedia-pagina's