Kristal holati zarralar (atomlar, molekulalar) joylashuvida uzoq masofali tartib mavjudligi bilan tavsiflangan moddalar. Kristal holatida qisqa masofali tartib ham mavjud bo'lib, u doimiy koordinatsion sonlar va kimyoviy uzunliklar bilan tavsiflanadi. ulanishlar. Qisqa diapazonli tartibli xarakteristikalarning kristall holatga oʻzgarmasligi strukturaviy hujayralarning translatsion siljishi va strukturaning uch oʻlchovli davriyligining shakllanishida bir-biriga mos kelishiga olib keladi (qarang Kristallar).

Maksimal tartiblanganligi tufayli kristall holat minimal ichki energiya bilan tavsiflanadi va berilgan parametrlarda - bosim, harorat, tarkibda termodinamik muvozanat holatidir (holatda). qattiq eritmalar), va hokazo. Aniq aytganda, to'liq tartiblangan kristalli holatni haqiqatda amalga oshirish mumkin emas, unga yaqinlashish harorat 0 K ga (ideal kristal deb ataladigan) moyil bo'lganda sodir bo'ladi. Kristal holatidagi haqiqiy jismlar har doim ma'lum miqdorni o'z ichiga oladi nuqsonlar ham qisqa, ham uzoq masofali tartibni buzish. Ayniqsa, alohida zarrachalar va ularning guruhlari statistik jihatdan kosmosda turli o'rinlarni egallagan qattiq eritmalarda ko'p narsa kuzatiladi.

Atom tuzilishining uch o'lchovli davriyligi tufayli asosiy xususiyatlar bir xillik va xususiyatlar va simmetriya bo'lib, bu, xususan, ma'lum shakllanish sharoitida kristallarning ko'pburchak shaklini olishida ifodalanadi (o'sishga qarang). . Kristal yuzasida va uning atrofidagi ba'zi xususiyatlar kristall ichidagi bu xususiyatlardan sezilarli darajada farq qiladi, xususan, simmetriya buzilishi tufayli. Tarkibi va shunga mos ravishda xususiyatlari kristall o'sishi bilan muhit tarkibining muqarrar o'zgarishi tufayli kristall hajmi bo'yicha o'zgaradi. Shunday qilib, xususiyatlarning bir xilligi, shuningdek, uzoq muddatli tartibning mavjudligi "ideal" kristall holatning xususiyatlarini bildiradi.

Kristal holatidagi jismlarning ko'pchiligi polikristalli bo'lib, ko'p sonli mayda kristalitlar (donalar) yig'indisi - o'lchamlari taxminan 10 -1 -10 -3 mm, shakli tartibsiz va turli yo'naltirilgan maydonlardir. Donalar bir-biridan interkristal qatlamlar bilan ajralib turadi, ularda zarrachalarning tartibi buziladi. Kristallararo qatlamlarda kristallanish jarayonida aralashmalar ham to'planadi. Donalarning tasodifiy yo'nalishi tufayli polikristal tanasi butun (juda ko'p donalarni o'z ichiga olgan hajm) izotrop bo'lishi mumkin, masalan, keyinchalik kristalli bilan olingan. ... Biroq, odatda jarayonda va ayniqsa, plastmassada to'qimalar mavjud - afzalliklari, kristall donalarining ma'lum bir yo'nalishda yo'naltirilishi, xususiyatlarning anizotropiyasiga olib keladi.

Kristal holati tufayli nisbatan past va yuqori haroratli mintaqada joylashgan bir nechta maydonlar bir komponentli tizimga javob berishi mumkin. Agar kristall holatning faqat bitta maydoni mavjud bo'lsa va modda harorat oshishi bilan kimyoviy parchalanmasa, u holda kristall holat maydoni erish va sublimatsiya - kondensatsiya chiziqlari bo'ylab mos ravishda, suyuqlik va gaz bilan chegaralanadi. gaz (bug ') maydonda, kristall holatda metastabil (o'ta sovutilgan) holatda bo'lishi mumkin, kristalli holat esa maydonda yoki bug'da bo'lishi mumkin emas, ya'ni kristalli moddaning erish yoki sublimatsiya haroratidan yuqori qizib ketishi mumkin emas. Ba'zilari (mezogenlar) qizdirilganda suyuq kristall holatga aylanadi (qarang. Suyuq kristallar). Agar bitta komponentli tizimning diagrammasida kristall holatning ikki yoki undan ortiq maydonlari mavjud bo'lsa, bu maydonlar polimorf o'zgarishlar chizig'i bo'ylab chegaralanadi. Kristalli moddani polimorfik transformatsiya haroratidan pastroq darajada qizdirish yoki haddan tashqari sovutish mumkin. Bunday holda, ko'rib chiqilayotgan kristall holat boshqa kristalli modifikatsiyalar sohasida bo'lishi mumkin va metastabildir.

Suyuqlik va bug 'bug'lanish chizig'ida kritik nuqta mavjudligi sababli, doimiy ravishda bir-biriga o'tishi mumkin bo'lsa-da, kristall holatning uzluksiz o'zaro o'zgarishi mumkinligi haqidagi masala yakuniy hal qilinmagan. Ba'zi moddalar uchun kritik parametrlarni - DH pl va DV pl nolga teng bo'lgan bosim va haroratni taxmin qilish mumkin, ya'ni kristall holat va suyuqlik termodinamik jihatdan farqlanmaydi. Ammo, aslida, bunday o'zgarish hech kimda kuzatilmagan (qarang. Kritik vaziyat).

Kristal holatidagi moddani tartibsiz holatga (amorf yoki shishasimon) o'tishi mumkin, bu esa erkin energiyaning minimal miqdoriga to'g'ri kelmaydi, faqat holat parametrlarini (bosim, harorat, tarkib) o'zgartirish orqali emas, balki ta'sir qilish orqali ham mumkin. ionlashtiruvchi nurlanish yoki nozik silliqlash. Kristalli holat haqida gapirishning ma'nosi yo'q bo'lgan tanqidiy zarracha hajmi taxminan 1 nm, ya'ni. birlik katakchasining o'lchami bilan bir xil tartibda.

Oldinga >>>

Qattiq holatda ko'pchilik moddalar kristall tuzilishga ega. Buni materiyaning bir qismini bo'lish va hosil bo'lgan sinishni tekshirish orqali tekshirish oson. Odatda, singan joyda (masalan, shakar, oltingugurt, metallarda) turli burchaklarda joylashgan kichik kristall yuzlar aniq ko'rinadi, ular yorug'likning turli xil aks etishi tufayli yaltiroq bo'ladi. Kristallar juda kichik bo'lgan hollarda moddaning kristall tuzilishini mikroskop yordamida aniqlash mumkin.

Har bir modda odatda juda o'ziga xos shakldagi kristallarni hosil qiladi. Masalan, natriy xlorid kub shaklida kristallanadi (59-rasm, a), alum - oktaedr shaklida (59-rasm, b), natriy nitrat - prizma shaklida (59-rasm, v), va hokazo.Kristal shakli moddaning xarakterli xususiyatlaridan biridir.

Kristalli shakllarning tasnifi kristallarning simmetriyasiga asoslanadi. Kristallografiya kurslarida kristall ko'p yuzli simmetriyaning turli holatlari batafsil ko'rib chiqiladi. Bu erda biz faqat kristalli shakllarning butun xilma-xilligini ettita guruhga yoki kristalli tizimlarga qisqartirish mumkinligini ta'kidlaymiz, ular o'z navbatida sinflarga bo'linadi.

Guruch. 59. Kristallarning shakllari: a - natriy xlorid; b - alum; c - natriy nitrat.

Guruch. 60. Tosh tuzi kristallaridan kesilgan barlar: a - kub yuzlariga perpendikulyar yo'nalishda; b - kub yuzlaridan birining diagonali yo'nalishi bo'yicha.

Ko'pgina moddalar, xususan, temir, mis, olmos, natriy xlorid kubik tizimda kristallanadi. Bu sistemaning eng oddiy shakllari kub, oktaedr, tetraedrdir. Magniy, rux, muz, kvarts olti burchakli sistemada kristallanadi. Ushbu tizimning asosiy shakllari olti burchakli prizma va bipiramidadir.

Tabiiy kristallar, shuningdek, sun'iy yo'l bilan olingan kristallar kamdan-kam hollarda nazariy shakllarga to'liq mos keladi. Odatda, erigan modda qotib qolganda, kristallar birga o'sadi va shuning uchun ularning har birining shakli to'liq to'g'ri emas. Eritmadan moddaning tez ajralib chiqishi bilan kristallanish sharoitida notekis o'sishi tufayli shakli buziladigan kristallar ham olinadi.

Biroq, kristalning rivojlanishi qanchalik notekis sodir bo'lishidan qat'i nazar, uning shakli qanchalik buzilgan bo'lmasin, ma'lum bir moddaning kristalining yuzlari birlashadigan burchaklar bir xil bo'lib qoladi. Bu kristallografiyaning asosiy qonunlaridan biri - faset burchaklarining doimiyligi qonunidir. Shuning uchun kristalldagi ikki burchakli burchaklarning kattaligiga qarab, berilgan kristal qaysi kristall sistemaga va qaysi sinfga tegishli ekanligini aniqlash mumkin.

Kristal jismlarning xususiyatlari faqat kristallarning shakli bilan chegaralanib qolmaydi. Kristal tarkibidagi modda butunlay bir jinsli bo‘lsa-da, uning ko‘pgina fizik xossalari – quvvati, issiqlik o‘tkazuvchanligi, yorug‘likka munosabati va boshqalar kristall ichidagi turli yo‘nalishlarda har doim ham bir xil bo‘lavermaydi. Kristalli moddalarning bu muhim xususiyati anizotropiya deb ataladi.

Misol uchun, tosh tuzining kub kristalidan turli yo'nalishlarda bir xil qalinlikdagi ikkita novdani kesib olaylik (60-rasm) va bu barlarning yorilish qarshiligini aniqlaymiz. Ma’lum bo‘lishicha, ikkinchi barni sindirish uchun birinchi barni sindirishdan 2,5 barobar ko‘p kuch kerak bo‘ladi. Shubhasiz, kubning yon tomonlariga perpendikulyar yo'nalishda tosh tuzi kristallarining kuchi diagonallar yo'nalishiga qaraganda 2,5 baravar kam.

Ko'pgina kristallarda turli yo'nalishlardagi kuch o'rtasidagi farq shunchalik kattaki, ular zarba yoki sinish paytida kuch minimal bo'lgan perpendikulyar tekisliklar bo'ylab bo'linadi. Kristallarning bu xususiyati parchalanish deb ataladi. Yirilishning namoyon bo'lishiga misol, ma'lumki, eng nozik plitalarga bo'linadigan slyuda kristallari bo'lib xizmat qilishi mumkin.

<<< Назад

Oldinga >>>

KRISTAL HOLAT

Asosiy tushunchalar

Moddalarning kristall holati atrofimizdagi tabiatda eng keng tarqalgan holatlardan biridir. Zamonaviy texnologiyada ishlatiladigan ko'plab sintetik materiallar kristalldir: yarim o'tkazgichlar, ferromagnitlar, o'ta kuchli va issiqlikka chidamli qotishmalar. Shu munosabat bilan kristallik holatini o'rganish eng muhim ilmiy ahamiyatga ega.

Kristal holatning asosiy belgilari nima? Qattiq jism ikki shaklda mavjud: u kristall yoki amorf bo'lishi mumkin. Amorf moddadan farqli o'laroq, kristall moddaning xarakterli xususiyatlaridan biri o'z-o'zidan yuzma-yuz bo'lish qobiliyatidir. Kristallar turli yo'llar bilan hosil bo'ladi: ular eritma bug'langanda cho'kadi, ular eritma sovutilganda, etarlicha past haroratda paydo bo'ladi, ular bug'lardan o'sadi (shishadagi sovuq yoki sovuq naqshlar). Va bularning barchasida kristallar yuzasida o'z-o'zidan tekis yuzlar paydo bo'ladi.

Shu bilan birga, fasetlash kristalli moddaning xarakteristikasi, ammo majburiy belgisi emas. Ba'zi hollarda kristall yuzlar juda noaniq. Ba'zida modda shunday kichik kristallardan iborat bo'lib, uning qirralarini mikroskop ostida ham aniqlash qiyin. Bundan tashqari, agar kristall qirralardan mahrum bo'lgan yumaloq shaklga aylantirilsa, moddaning kristalligi to'xtamaydi va uning xususiyatlari bir xil bo'lib qoladi.

O'z-o'zini ko'rsatish qobiliyati kristallarning umumiy, eng muhim sifatining ko'rinishlaridan biri - ularning anizotropiyasi (turli yo'nalishdagi xususiyatlarning farqi).

Agar osh tuzining kub shaklidagi kristalidan sharcha kesib olinsa, so‘ngra to‘yingan tuz eritmasiga botirilsa va eritma asta-sekin bug‘lantirilsa, kristall o‘sa boshlaydi va asta-sekin yana kub shaklini oladi. Bu tajriba shuni ko'rsatadiki, kristallarning turli yo'nalishlarda o'sish tezligi bir xil emas. Kristal yuzlar o'sish tezligi minimal bo'lgan yo'nalishlarga perpendikulyar ko'rinadi.

Anizotropiya kristallarning ko'pgina fizik xususiyatlarida namoyon bo'ladi. Kristaldan farqli o'laroq, barcha yo'nalishlarda mutlaqo bir xil xususiyatlarga ega bo'lgan amorf moddalar izotrop deb ataladi. Bu jihatdan ular suyuqlik va gazlarga o'xshaydi.

Kristallarning yana bir xarakterli xususiyati qattiq erish nuqtasidir. Qizdirilganda kristall modda ma'lum bir haroratgacha qattiq bo'lib qoladi va keyin eriy boshlaydi va suyuq holatga o'tadi. Erish davom etar ekan, harorat ko'tarilmaydi. Amorf moddalar turlicha harakat qiladi. Shisha bo'lagi qizdirilganda, u asta-sekin yumshay boshlaydi va nihoyat, idish shaklini olib, tarqaladi. Bu qanday haroratda sodir bo'lganini aniqlash mumkin emas. Shishaning viskozitesi asta-sekin kamayadi, haroratning ko'tarilishida to'xtash yo'q.

Ammo kristall moddaning eng muhim xususiyati uning atomlarining tartibli joylashishidir.

2-rasmda kristallning ichki tuzilishi ko'rsatilgan. (a) va bir xil tarkibdagi amorf modda (b).

2-rasm. Kristal moddaning ichki tuzilishi

Chizma shartli xarakterga ega, chunki aslida moddaning atomlari tekislikda emas, balki kosmosda joylashgan. Qora nuqta bilan belgilangan atomlarni ko'rib chiqing. Ikkala holatda ham bu atomlarning har birining muhiti deyarli bir xil: eng yaqin qo'shnilar uchburchakning uchlarida joylashgan bo'lib, u kristall holatda mukammal muntazam va amorf holatda deyarli muntazamdir. Demak, amorf moddada «qisqa masofali tartib» deb ataladigan narsa ham mavjud. Ammo agar biz nafaqat eng yaqin qo'shnilarni hisobga olsak, u holda kristallda har bir atomning muhiti bir xil bo'lib qoladi, ammo amorf moddada u boshqacha bo'lib chiqadi. Shuning uchun ular kristall jismda amorf jismdan farqli o'laroq, «uzoq masofa» tartibi kuzatiladi, deyishadi. Bu kristallarning barcha o'ziga xos xususiyatlariga olib keladi. Tabiiyki, yo'nalishda AB, atomlar orasidagi ba'zi bog'lanishlar yo'nalishiga parallel ravishda, xususiyatlar yo'nalishdagi kabi bo'lmaydi CD, ular bo'ylab bunday aloqalar o'tmaydi. Biz amorf moddada bunday aniq yo'nalishlarni topa olmaymiz. Bu kristallarning anizotropiyasini, xususan, turli yo'nalishlarda turli xil o'sish sur'atlarini va shuning uchun o'z-o'zidan o'zini tutish qobiliyatini tushuntiradi.

Berilgan misolda biz amorf va kristall holatda bo'lishi mumkin bo'lgan moddani ko'rib chiqdik. Bu haqiqatan ham shunday. Eritilgan shakar tez sovutilsa, amorf massa (konfet) olinadi, sekin sovutilganda hosil bo'lgan qattiq shakarda yaltiroq kristallar ko'rinadi.

Nima uchun bu sodir bo'layotganini tushunish qiyin emas. Tasavvur qiling-a, askarlar guruhini tuzish buyurilgan. Buning uchun ularga ozgina bo'lsada vaqt bersangiz, ular o'z o'rinlarini egallashga, saflarni tenglashtirishga ulguradilar. Agar "satrga turish" buyrug'idan so'ng darhol "to'xtatish" buyrug'i berilsa, askarlarning joylashishi tartibsiz bo'lib qoladi, garchi, ehtimol, tartibga nisbatan qandaydir moyillik aniqlanadi. Qattiqlashuv jarayonida shunga o'xshash narsa sodir bo'ladi: agar jarayon sekin bo'lsa, zarralar o'zlariga tayinlangan joylarni egallashga ulguradilar, tez qotib qolish ularga bunday imkoniyatni bermaydi.

Kimyoviy zarralar ichida, balki zarralarning o'zlarini bir-biriga va ular orasidagi masofalarga nisbatan kosmosga joylashtirish orqali. Zarrachalarning fazoda joylashishiga qarab, qisqa va uzoq masofali tartiblar farqlanadi.

Qisqa masofali tartib materiya zarralari muntazam ravishda fazoda bir-biridan ma'lum masofa va yo'nalishlarda joylashganligidan iborat. Agar bu tartib saqlanib qolsa yoki qattiq jismning butun hajmida vaqti-vaqti bilan takrorlansa, u holda uzoq muddatli tartib hosil bo'ladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, uzoq va qisqa masofali buyurtmalar - bu butun makroskopik namunada (uzoqda) yoki cheklangan radiusli mintaqada (qisqa diapazonda) moddaning mikro tuzilishining korrelyatsiyasining mavjudligi. Zarrachalarning qisqa yoki uzoq masofali tartiblanishining kümülatif (yoki haddan tashqari) ta'siriga qarab, qattiq jism kristall yoki amorf holatga ega bo'lishi mumkin.

Eng tartibli bo'lib, zarrachalarni kristallarda (yunoncha "kristal" - muzdan) joylashtirish bo'lib, unda atomlar, molekulalar yoki ionlar faqat kosmosning ma'lum nuqtalarida joylashgan bo'lib, ular tugunlar deb ataladi.

Kristal holat tartibli davriy tuzilma bo'lib, u qattiq zarrachalarni joylashtirishning qisqa va uzoq masofali tartibi mavjudligi bilan tavsiflanadi.

Anizotropiya kristall moddalarning amorf moddalarga nisbatan o'ziga xos xususiyatidir.

Anizotropiya kristall moddaning fizik-kimyoviy xossalaridagi (elektr va issiqlik o‘tkazuvchanligi, mustahkamligi, optik xususiyatlari va boshqalar) kristaldagi tanlangan yo‘nalishga qarab farqlanishidir.

Anizotropiya kristallarning ichki tuzilishi bilan bog'liq. Turli yo'nalishlarda kristalldagi zarrachalar orasidagi masofa har xil bo'ladi, shuning uchun bu yo'nalishlar uchun u yoki bu xususiyatning miqdoriy xarakteristikalari har xil bo'ladi.

Anizotropiya ayniqsa monokristallarda yaqqol namoyon bo'ladi. Bu xususiyat lazer ishlab chiqarish, yarimo'tkazgichlarning monokristallarini qayta ishlash, kvarts rezonatorlari va ultratovush generatorlarini ishlab chiqarishga asoslangan. Anizotrop kristalli moddaning tipik namunasi grafit bo'lib, uning tuzilishi qatlamlar o'rtasida va alohida qatlamlar orasidagi turli bog'lanish energiyasiga ega parallel qatlamlar bilan ifodalanadi. Shu sababli, qatlamlar bo'ylab issiqlik o'tkazuvchanligi perpendikulyar yo'nalishga qaraganda besh baravar yuqori va alohida qatlam yo'nalishidagi elektr o'tkazuvchanligi metallga yaqin va perpendikulyar yo'nalishdagi elektr o'tkazuvchanlikdan yuzlab marta yuqori.

Grafit tuzilishi (qatlam ichidagi C-C aloqasining uzunligi va kristalldagi alohida qatlamlar orasidagi masofa ko'rsatilgan)

Ba'zan bir xil modda turli shakldagi kristallar hosil qilishi mumkin. Bu hodisa polimorfizm deb ataladi va bir moddaning turli kristalli shakllari polimorf modifikatsiyalar deb ataladi, masalan, alotroplar, olmos va grafit; a-, b-, g- va d-temir; a- va b-kvars (faqat har qanday tarkibidagi oddiy moddalarga tegishli "allotropiya" va faqat kristalli birikmalarning tuzilishini tavsiflovchi "polimorfizm" tushunchalari o'rtasidagi farqga e'tibor bering).

Shu bilan birga, har xil tarkibdagi moddalar bir xil shakldagi kristallar hosil qilishi mumkin - bu hodisa izomorfizm deb ataladi. Demak, bir xil kristall panjarali izomorf moddalar Al va Cr va ularning oksidlari; Ag va Au; BaCl 2 va SrCl 2; KMnO 4 va BaSO 4.

Oddiy sharoitlarda qattiq jismlarning katta qismi kristall holatda bo'ladi.

Davriy tuzilishga ega bo'lmagan qattiq jismlar amorf deb tasniflanadi (yunonchadan " amorfos"- shaklsiz). Biroq, ularda strukturaning ba'zi tartiblari mavjud. U har bir zarracha atrofida o'zining eng yaqin "qo'shnilari" ning muntazam joylashishida namoyon bo'ladi, ya'ni amorf moddalar faqat qisqa masofali tartibga ega va shuning uchun suyuqliklarga o'xshaydi, shuning uchun ularni bir oz yaqinlashtirish bilan, juda yuqori haroratga ega bo'lgan o'ta sovutilgan suyuqliklar deb hisoblash mumkin. yopishqoqlik. Suyuq va qattiq amorf holat o'rtasidagi farq zarrachalarning issiqlik harakatining tabiati bilan belgilanadi: amorf holatda ular faqat tebranish va aylanish harakatiga qodir, lekin moddaning asosiy qismida harakatlana olmaydi.

Amorf holat - zarrachalarning joylashishida qisqa masofali tartib mavjudligi, shuningdek izotropiya - har qanday yo'nalishda bir xil xususiyatlar mavjudligi bilan tavsiflangan moddaning qattiq holati.

Moddalarning amorf holati kristall holatiga qaraganda barqaror emas, shuning uchun amorf moddalar mexanik kuchlanish ta'sirida yoki harorat o'zgarganda kristall holatga o'tishi mumkin. Biroq, ba'zi moddalar juda uzoq vaqt davomida amorf holatda bo'lishi mumkin. Masalan, vulqon shishasi (uning yoshi bir necha million yilga etadi), oddiy shisha, qatronlar, mum, ko'pchilik o'tish metall gidroksidlari va boshqalar. Muayyan sharoitlarda metallar va ba'zi ionli birikmalardan tashqari deyarli barcha moddalar amorf holatda bo'lishi mumkin. Boshqa tomondan, faqat amorf holatda bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar ma'lum (elementar birliklarning notekis ketma-ketligiga ega bo'lgan organik polimerlar).

Amorf holatdagi moddaning fizik-kimyoviy xossalari kristall holatdagi xossalaridan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Amorf holatdagi moddalarning reaktivligi kristall holatga qaraganda ancha yuqori. Masalan, amorf GeO2 kimyoviy jihatdan kristallga qaraganda ancha faol.

Qattiq jismlarning suyuq holatga o'tishi, tuzilishiga qarab, o'ziga xos xususiyatlarga ega. Kristalli modda uchun erish ma'lum birida sodir bo'ladi, bu ma'lum bir modda uchun o'rnatiladi va uning xususiyatlarining keskin o'zgarishi (zichlik, yopishqoqlik va boshqalar) bilan birga keladi. Amorf moddalar, aksincha, ma'lum bir harorat oralig'ida (yumshatilish oralig'i deb ataladigan) asta-sekin suyuqlik holatiga o'tadi, bunda xususiyatlarning silliq, sekin o'zgarishi sodir bo'ladi.

Amorf va kristall moddalarning qiyosiy tavsiflari:

holat qattiq modda	xarakterli	misollar
amorf	1. Zarrachalarni joylashtirishning qisqa masofali tartibi; 2. Fizik xossalarning izotropiyasi; 3. Ruxsat etilgan erish nuqtasi yo'q; 4. Termodinamik beqarorlik (ichki energiyaning katta ta'minoti) 5. Suyuqlik	Amber, shisha, organik polimerlar
kristalli	1. Zarrachalarni joylashtirishning uzoq masofali tartibi; 2. Fizik xossalarning anizotropiyasi; 3. Ruxsat etilgan erish nuqtasi; 4. Termodinamik barqarorlik (ichki energiyaning kichik ta'minoti) 5. Simmetriyaning mavjudligi	Metallar, qotishmalar, qattiq tuzlar, uglerod (olmos, grafit).

Suyuq va ayniqsa gazsimon (past molekulyar og'irlikdagi) moddalar bilan solishtirganda ko'pgina qattiq materiallarning tuzilishidagi tabiiy farq (yagona kristallardan tashqari) ularning yanada murakkab ko'p darajali tashkil etilishidir (4.1-jadval va 4.3-rasmga qarang). Bu kovalentlikning kamayishi va ularning mikrotuzilmasi elementlarining gomo- va geteroyadroviy bog'lanishlarining metallligi va ionligining ortishi bilan bog'liq (6.2 va 6.6-rasm va 6.1-6.7-jadvallarga qarang), bu sonning ko'payishiga olib keladi. modda va materialning tuzilishidagi elementlar va shunga mos ravishda uning yig'ilish holatini o'zgartiradi. Qattiq materiallarning strukturaviy ierarxiyasini o'rganayotganda, elementlarning materiali hajmidagi tartib darajasini hisobga olgan holda qattiq metall va metall bo'lmagan materiallarning strukturaviy tashkil etilishi darajalarining birligi va farqlarini tushunish kerak. ularni tashkil etuvchi. Amorf jismlardan farqli o'laroq, kristall materiallarning strukturalarning asosiy elektron-yadroviy kimyoviy darajasidan ko'ra bir qator murakkab tuzilmalarni hosil qilish qobiliyatidan iborat bo'lgan qattiq kristall va amorf jismlarning tuzilishidagi farq alohida ahamiyatga ega.

Amorf holat. Amorf (yunonchadan bo'lakda - shaklsiz) holatning o'ziga xosligi moddani topishdan iborat. kondensatsiyalangan (suyuq yoki qattiq) holat ushbu moddani tashkil etuvchi elementlarning (atom yadrolari yoki molekulalari) joylashuvida uning tuzilishida uch o'lchovli davriylikning yo'qligi bilan. Natijada, amorf holatning xususiyatlari yo'qligi bilan bog'liq uzoq muddatli buyurtma - bir xil strukturaviy elementning (yadro yoki atom yadrosi, atom yadrolari guruhi, molekulalar va boshqalar) yuzlab va minglab davrlar uchun barcha yo'nalishlarda qat'iy takrorlanishi. Shu bilan birga, amorf holatdagi modda mavjud yaqin tartib- qo'shni tuzilish elementlarini joylashtirishda izchillik, ya'ni. molekulalarning kattaligi bilan taqqoslanadigan masofalarda kuzatilgan tartib. Masofa bilan bu mustahkamlik kamayadi va 0,5-1 nm dan keyin yo'qoladi. Amorf moddalar kristalli moddalardan izotropiya bilan farqlanadi, ya'ni. suyuqlik kabi, ular moddaning istalgan yo'nalishi bo'yicha o'lchanganida ma'lum xususiyatning bir xil qiymatlariga ega. Amorf moddaning qattiq holatdan suyuq holatga o'tishi xususiyatlarning keskin o'zgarishi bilan birga kelmaydi - bu qattiq jismning amorf holatini kristall holatidan ajratib turadigan ikkinchi muhim xususiyatdir. Xususiyatlarining keskin o'zgarishi sodir bo'ladigan ma'lum bir erish nuqtasiga ega bo'lgan kristall moddadan farqli o'laroq, amorf modda yumshatilish oralig'i va xususiyatlarning uzluksiz o'zgarishi bilan tavsiflanadi.

Amorf moddalar kristall moddalarga qaraganda barqaror emas. Har qanday amorf modda, asosan, vaqt o'tishi bilan kristallanishi kerak va bu jarayon ekzotermik bo'lishi kerak. Ko'pincha amorf va kristalli shakllar bir xil kimyoviy modda yoki materialning turli holatlaridir. Shunday qilib, bir qator gomonuklear moddalarning (oltingugurt, selen va boshqalar), oksidlarning (V 2 O e, SiO2, GeO2 va boshqalar) amorf shakllari ma'lum.

Shu bilan birga, ko'plab amorf materiallar, xususan, ko'pchilik organik polimerlar kristallanishi mumkin emas. Amalda, amorf, ayniqsa yuqori molekulyar og'irlikdagi moddalarning kristallanishi juda kamdan-kam hollarda kuzatiladi, chunki bu moddalarning yuqori yopishqoqligi tufayli tarkibiy o'zgarishlar inhibe qilinadi. Shuning uchun, agar siz maxsus usullarga, masalan, uzoq vaqt davomida yuqori harorat ta'siriga murojaat qilmasangiz, kristall holatga o'tish juda past tezlikda davom etadi. Bunday hollarda amorf holatdagi moddani amalda butunlay barqaror deb hisoblash mumkin.

Amorf holatdan farqli o'laroq, suyuq yoki erigan va qattiq kondensatsiyalangan shakldagi moddalarga xosdir. shishasimon holat faqat agregatsiyaning qattiq holatiga ishora qiladi. Natijada, in suyuqlik yoki erigan amorf holatda moddalar bo'lishi mumkin har qanday imtiyozli ulanish turi bilan(kovalent, metall va ion) va shuning uchun molekulyar va molekulyar bo'lmagan tuzilishga ega. lekin qattiq amorf holatda, yoki aniqrog'i, - shishasimon holat asosan spiralga asoslangan moddalar bo'ladi, asosan xarakterlanadi kovalent bog'lanish makromolekulalar zanjiridagi elementlar. Buning sababi shundaki, moddaning qattiq amorf holati uning suyuq holatini o'ta sovutish natijasida olinadi, bu kristallanish jarayonlarini oldini oladi va elementlarning qisqa masofali tartibi bilan strukturaning "muzlashiga" olib keladi. E'tibor bering, polimer materiallar strukturasida sterik o'lchamli omil ta'sirida makromolekulalar mavjudligi (axir, molekulalardan ko'ra kationlardan kristal yaratish osonroq) kristallanish jarayonining qo'shimcha murakkablashishiga olib keladi. Shuning uchun organik (polimetilmetakrilat va boshqalar) va noorganik (kremniy, fosfor, bor va boshqalar oksidlari) polimerlar qattiq materiallarda ko'zoynak hosil qilish yoki amorf holatni amalga oshirishga qodir. To'g'ri, bugungi kunda hatto metall juda yuqori sovutish tezligida (> 10 6 ° C / s) eriydi va amorf holatga aylanadi. amorf metallar yoki metall shisha yangi qimmatli xususiyatlar majmuasi bilan.

Kristal holati. Kristalli jismda u kabi kuzatiladi yaqin va uzoq muddatli buyurtma strukturaviy elementlarning joylashishi (atom yadrolari yoki alohida molekulalar ko'rinishidagi zarralar), ya'ni. strukturaviy elementlar kosmosda bir-biridan ma'lum masofada geometrik jihatdan to'g'ri tartibda joylashtirilib, kristallar - muntazam ko'pburchaklarning tabiiy shakliga ega bo'lgan qattiq jismlar. Ushbu shakl shakldagi uch o'lchovli davriy fazoviy qadoqlashni tashkil etuvchi elementlarning kristalidagi tartibli joylashuvining natijasidir. kristall panjara. Kristal holatidagi modda, uning tugunlarida atom yadrolari yoki molekulalarining joylashishining uch o'lchovida davriy takrorlanishi bilan tavsiflanadi. Kristal qattiq jismlarning muvozanat holatidir. Berilgan termodinamik sharoitlarda (harorat, bosim) kristall holatda bo'lgan har bir kimyoviy modda ma'lum bir kristalli kovalent yoki molekulyar, metall va ion tuzilishga mos keladi. Kristallar atom yadrolari (metalldagi kationlar yoki ion kristallaridagi kationlar va anionlar) yoki molekulalarning u yoki bu strukturaviy simmetriyasiga, tashqi shakldagi mos keladigan makroskopik simmetriyaga, shuningdek xossalarning anizotropiyasiga ega. Anizotropiya - bu bitta kristallning kristall panjarasining turli yo'nalishlarida xossalarining (mexanik, fizik, kimyoviy) o'xshash emasligi. Izotropiya - bu moddaning turli yo'nalishlaridagi bir xil xususiyatlari. Tabiiyki, moddaning xossalari o'zgarishining bu qonuniyatlari ularning tuzilishidagi o'zgarishlar yoki o'zgarishlarning o'ziga xos xususiyatlari bilan belgilanadi. Haqiqiy kristalli materiallar (shu jumladan metallar). kvazizotrop tuzilmalar; bular. ular mezostruktura darajasida izotropik (4.1-jadvalga qarang) va ularning xususiyatlari barcha yo'nalishlarda bir xil. Buning sababi, ko'pchilik tabiiy yoki sun'iy kristalli materiallardir polikristalli moddalar, monokristallar emas

(olmos kabi). Ular ko'p sonli so'zlardan iborat donalar yoki kristallitlar, kristallografik tekisliklari bir-biriga nisbatan ma'lum burchak bilan aylantirilgan a. Bunday holda, materialning mezostrukturasining istalgan yo'nalishida, kristallografik tekisliklarning turli yo'nalishlariga ega bo'lgan taxminan bir xil miqdordagi donalar joylashgan bo'lib, bu uning xususiyatlarining yo'nalishdan mustaqilligiga olib keladi. Har bir don alohida elementlardan - bloklardan iborat bo'lib, ular bir-biriga nisbatan bir necha daqiqalar tartibidagi burchaklar bilan aylantiriladi, bu ham butun donning o'ziga xos xususiyatlarining izotropiyasini ta'minlaydi.

Bitta va bir xil moddaning kristallik holatlari tuzilishi va xususiyatlariga ko'ra farq qilishi mumkin va keyin ular bu moddaning turli xil modifikatsiyalarda mavjudligini aytishadi. Berilgan moddada bir nechta kristall modifikatsiyalarning mavjudligi deyiladi polimorfizm, va bir modifikatsiyadan boshqasiga o'tish - polimorfik transformatsiya. Polimorfizmdan farqli o'laroq, allotropiya- Bu faza holatidan qat'i nazar, har xil "oddiy" (aniqrog'i, gomonuklear) moddalar ko'rinishidagi elementning mavjudligi. Masalan, kislorod 0 2 va ozon O e gazsimon, suyuq va kristall holatda mavjud bo'lgan kislorodning allotropik shakllaridir. Shu bilan birga, olmos va grafit - uglerodning allotropik shakllari - bir vaqtning o'zida uning kristalli modifikatsiyalari bo'lib, bu holda "allotropiya" va "polimorfizm" tushunchalari uning kristal shakllari uchun mos keladi.

Bu hodisa ham tez-tez kuzatiladi izomorfizm, unda har xil tabiatdagi ikkita modda bir xil tuzilishdagi kristallarni hosil qiladi. Bunday moddalar kristall panjarada bir-birini almashtirib, aralash kristallar hosil qilishi mumkin. Izomorfizm hodisasini birinchi marta nemis mineralogi E.Misherlix 1819-yilda KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 va NH 4 H 2 P0 4 misolida koʻrsatgan. Aralash kristallar qattiq moddalarning mukammal bir hil aralashmalari - ular o'rnini bosuvchi qattiq eritmalar. Shuning uchun biz izomorfizmni o'rinbosar qattiq eritmalar hosil qilish qobiliyati deb aytishimiz mumkin.

An'anaga ko'ra, kristall tuzilmalar an'anaviy ravishda gomodesmik (koordinatsiya) va heterodezmik bo'linadi. Gomodez tuzilishi, masalan, olmos, ishqoriy metallarning galogenidlariga ega. Biroq, ko'pincha kristalli moddalar mavjud heterodezmik tuzilishi; uning xarakterli xususiyati - atom skeletlari eng kuchli (odatda kovalent) bog'lar bilan bog'langan strukturaviy bo'laklarning mavjudligi. Bu fragmentlar elementlarning, zanjirlarning, qatlamlarning, sim ramkalarning cheklangan guruhlarini ifodalashi mumkin. Shunga ko'ra, orol, zanjir, qatlamli va ramka tuzilmalari farqlanadi. Orol tuzilmalarida deyarli barcha organik birikmalar va galogenlar, 0 2, N 2, C0 2, N 2 0 4 va boshqalar kabi noorganik moddalar mavjud. Orollarning rolini molekulalar bajaradi, shuning uchun bunday kristallar molekulyar deb ataladi. Ko'pincha orollar ko'p atomli ionlardir (masalan, sulfatlar, nitratlar, karbonatlar). Zanjir strukturasi, masalan, Se modifikatsiyalaridan birining kristallariga ega (atom yadrolari cheksiz spirallarda bog'langan) yoki PdCl 2 kristallari, ularda cheksiz lentalar mavjud; qatlamli struktura - grafit, BN, MoS 2 va boshqalar; ramka tuzilishi - CaTYu 3 (Ti va O ning atom yadrolari, kovalent aloqalar bilan birlashtirilgan, ochiq ramka hosil qiladi, uning bo'shliqlarida Ca atom yadrolari joylashgan). Ushbu tuzilmalarning ba'zilari noorganik (uglerodsiz) polimerlar deb ataladi.

Atom yadrolari (gomodem tuzilmalar bo'lsa) yoki strukturaviy bo'laklar (heterodezmik tuzilmalar bo'lsa) o'rtasidagi bog'lanish tabiati bo'yicha ular quyidagilarga bo'linadi: kovalent (masalan, SiC, olmos), ionli, metall (metalllar va boshqalar). intermetall birikmalar) va molekulyar kristallar. Strukturaviy bo'laklari molekulalararo o'zaro ta'sirlar bilan bog'langan oxirgi guruhning kristallari eng ko'p vakillarga ega.

Uchun kovalent Olmos, karborund va boshqalar kabi monokristallar refrakterlik, yuqori qattiqlik va aşınmaya bardoshliligi bilan ajralib turadi, bu ularning uch o'lchovli fazoviy tuzilishi (polimer jismlari) bilan birgalikda kovalent bog'lanishning mustahkamligi va yo'nalishining natijasidir.

Ionik Kristallar mikrotuzilma elementlarining qarama-qarshi ionlar ko'rinishida yopishishi asosan ionli kimyoviy bog'lanishlar tufayli yuzaga keladigan shakllanishlardir. Ion kristallariga misol qilib ishqoriy va ishqoriy yer metallarining galogenidlarini keltirish mumkin, ularning kristall panjarasining tugunlarida oʻzgaruvchan musbat zaryadlangan metall kationlari va manfiy zaryadlangan halogen anionlari (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F ^) mavjud. , 7.1-rasm).

Guruch. 7.1.

V metall kristallari atom magistrallarining metall kationlari ko'rinishida yopishishi, asosan, metallning yo'nalishi bo'lmagan kimyoviy bog'lanishlari bilan bog'liq. Ushbu turdagi kristallar metallar va ularning qotishmalariga xosdir. Kristal panjara joylarida OE (elektron gaz) bilan bog'langan atom yadrolari (kationlar) mavjud. Metall kristall jismlarning tuzilishi quyida batafsilroq ko'rib chiqiladi.

Molekulyar kristallar van der Vaals kuchlari yoki vodorod aloqalari bilan bir-biriga bog'langan molekulalardan hosil bo'ladi. Molekulalar ichida kuchliroq kovalent bog'lanish ta'sir qiladi (C C va C m dan ustun turadi). Molekulyar kristallarning fazaviy o'zgarishlari (erish, sublimatsiya, polimorf o'tishlar), qoida tariqasida, alohida molekulalarni yo'q qilmasdan sodir bo'ladi. Ko'pgina molekulyar kristallar organik birikmalarning kristallaridir (masalan, naftalin). Molekulyar kristallar H 2, J 2, N 2, 0 2, S g tipidagi galogenlar, H 2 0, CO 2, N 2 0 4 tipidagi binar birikmalar, organometall birikmalar va baʼzi komplekslardan ham hosil boʻladi. birikmalar. Molekulyar kristallarga oqsillar (7.2-rasm) va nuklein kislotalar kabi tabiiy polimerlarning kristallari ham kiradi.

Polimerlar, yuqorida aytib o'tilganidek, odatda molekulyar kristallarni hosil qiluvchi moddalarga ham tegishli. Ammo, agar makromolekulalar o'rami buklangan yoki fibrilyar konformatsiyaga ega bo'lsa, bu haqda gapirish to'g'riroq bo'ladi. kovalent molekulyar kristallar(7.3-rasm).

Guruch. 7.2.

Guruch. 7.3.

Buning sababi shundaki, panjara davrlaridan biri bo'ylab (masalan, davr bilan makromolekulalari buklangan konformatsiyada bo'lgan, lamel hosil qiluvchi polietilenda kuchli kimyoviy (7.3-rasm), asosan kovalent bog'lanishlar harakat qiladi. Shu bilan birga, boshqa ikkita panjara davri bo'ylab (masalan, davrlar b va bilan bir xil katlanmış polietilen kristallarida), molekulalararo o'zaro ta'sirning kuchsizroq kuchlari ta'sir qiladi.

Kristallarning bu guruhlarga bo'linishi asosan o'zboshimchalik bilan amalga oshiriladi, chunki kristalldagi bog'lanishning tabiati o'zgarishi sababli bir guruhdan ikkinchisiga bosqichma-bosqich o'tishlar mavjud. Masalan, intermetalik birikmalar orasida - bir-biri bilan bo'lgan metall birikmalari - kimyoviy bog'lanishning metall komponentining kamayishi va kovalent va ionli komponentlarning mos ravishda ortishi CS ning hosil bo'lishiga olib keladigan birikmalar guruhini ajratib ko'rsatish mumkin. klassik valentliklar bilan. Bunday birikmalarga misol qilib, davriy sistemaning asosiy kichik guruhi IV va V guruhlari elementlari bo‘lgan, metallar va metall bo‘lmaganlar (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3) o‘tish xususiyatiga ega bo‘lgan magniy birikmalarini keltirish mumkin. 2, Mg 3 Sb 7, Mg 3 Bi 7 kabi), ularning asosiy xarakterli xususiyatlari odatda quyidagilardir:

• ularning geteronuklear kristall panjarasi boshlang'ich birikmalarning gomonuklear panjarasidan farq qiladi;
• ularning kombinatsiyasida odatda komponentlarning oddiy ko'p nisbati saqlanib qoladi, bu ularning tarkibini oddiy A w B formulasi bilan ifodalash imkonini beradi;? , bu erda A va B mos keladigan elementlar; T va NS - tub sonlar;
• geteroyadroviy birikmalar dastlabki birikmalardan farqli ravishda tuzilishi va xossalarining yangi sifati bilan ajralib turadi.

Kristalda strukturaviy elementlar kristall hosil qiluvchi (ionlar, atom yadrolari, molekulalar) muntazam ravishda turli yo'nalishlarda joylashgan (7-rasm). La). Odatda, kristallar tuzilishining fazoviy tasviri sxematik tarzda taqdim etiladi (7.45-rasm), strukturaviy elementlarning og'irlik markazlari nuqtalar bilan belgilanadi, shu jumladan panjara xususiyatlari.

Masofadagi koordinata tekisliklariga parallel tekisliklar a, b, c alohida, kristallni teng va parallel yo'naltirilgan parallelepipedlar to'plamiga bo'ling. Ularning eng kichigi deyiladi elementar hujayra, ularning birikmasi fazoni hosil qiladi kristall panjara. Parallelepipedning uchlari fazoviy panjaraning tugunlari bo'lib, kristall qurilgan elementlarning og'irlik markazlari ushbu tugunlarga to'g'ri keladi.

Fazoviy kristall panjaralar kristallning tuzilishini to'liq tavsiflaydi. Kristal panjaraning birlik katakchasini tavsiflash uchun oltita kattalik qo'llaniladi: koordinata o'qlari bo'ylab eng yaqin elementar zarrachalargacha bo'lgan masofaga teng uchta segment. a, b, c, va bu segmentlar orasidagi uchta burchak a, (3, y.

Bu miqdorlar orasidagi nisbatlar hujayraning shaklini aniqlaydi, unga qarab barcha kristallar ettita tizimga bo'linadi (7.1-jadval).

Kristalli panjaraning birlik katakchasining o'lchami segmentlar bo'yicha baholanadi a, b, c. Ular chaqiriladi panjara davrlari. Panjara davrlarini bilib, element atom yadrosining radiusini aniqlash mumkin. Bu radius panjaradagi zarrachalar orasidagi eng kichik masofaning yarmiga teng.

Panjara murakkablik darajasi tomonidan baholanadi strukturaviy elementlarning soni bitta elementar hujayra uchun. Oddiy fazoviy panjarada (7.4-rasmga qarang) har bir hujayrada har doim bitta element mavjud. Har bir hujayraning sakkizta uchi bor, lekin

Guruch. 7.4. Kristaldagi elementlarning joylashishi: a- elementning atom yadrosi hajmini joylashtirish bilan tasvir; b - birlik katakning fazoviy tasviri va uning parametrlari

7.1-jadval

Kristalli tizimlarning xarakteristikalari

tepadagi har bir element, o'z navbatida, sakkizta katakchaga ishora qiladi. Shunday qilib, tugundan har bir hujayraning ulushigacha Y 8 hajm mavjud va hujayrada sakkizta tugun mavjud va shuning uchun har bir hujayrada bitta struktura elementi mavjud.

Murakkab fazoviy panjaralarda har doim bitta hujayrada bir nechta strukturaviy elementlar mavjud bo'lib, ular eng muhim sof metall birikmalarida eng ko'p uchraydi (7.5-rasm).

Bcc panjarasida quyidagi metallar kristallanadi: Fe a, W, V, Cr, Li, Na, K va boshqalar. fcc panjarasida Fe y, Ni, Co a, Cu, Pb, Pt, Au, Ag va boshqalar. hcp panjarasida Mg, Ti a, Co p, Cd, Zn va boshqalar kristallanadi.

Strukturaviy elementlarning tizimi, davri va soni, hujayra birligi uchun, ikkinchisining kristaldagi joylashishini to'liq ifodalash imkonini beradi. Bir qator hollarda kristall panjaraning geometriyasi va elementlarning qadoqlash zichligini aks ettiruvchi qo'shimcha xarakteristikalari qo'llaniladi.

Guruch. 7.5. Kristal panjaralarning murakkab birlik hujayralarining turlari: a - Bcc; 6 - HCC; v- kristalldagi hcp konteyner zarralari. Bu xususiyatlar CN va ixchamlik omilidir.

Eng yaqin teng masofadagi elementar zarrachalar sonini aniqlaydi muvofiqlashtirish raqami. Masalan, oddiy kubik panjara uchun CN 6 (Kb) bo'ladi; har bir atom yadrosi uchun tanaga markazlashtirilgan kub (BCC) panjarasida bunday qo'shnilar soni sakkiz (K8) ga teng bo'ladi; yuzga markazlashtirilgan kubik panjara (FCC) uchun CN raqami 12 (K 12).

Birlik hujayradagi barcha elementar zarrachalar hajmining birlik hujayraning butun hajmiga nisbati aniqlanadi ixchamlik omili. Oddiy kubik panjara uchun bu koeffitsient 0,52, bcc uchun - 0,68 va fcc - 0,74 ni tashkil qiladi.

• Sirotkin R.O. Morfologiyaning eritma kristallangan polietilenlarning hosildorligiga ta'siri: nomzodlik dissertatsiyasi, Shimoliy London universiteti. - London, 2001 yil.