Nemaju kristalnu strukturu. Glavne karakteristike kristalnih struktura

Rice. 17. Skeletne ledene kristalne pahulje

Iz iskustva je poznato da su u kristalnoj tvari fizičke osobine iste u paralelnim smjerovima, a ideja strukture tvari zahtijeva da se čestice koje čine kristal (molekule, atomi ili ioni) nalaze na određenim konačnim udaljenostima. jedno od drugog. Na osnovu ovih pretpostavki moguće je konstruisati geometrijski dijagram kristalne strukture. Da biste to učinili, pozicija svake sastavne čestice može se označiti tačkom. Sve kristalnozgrada će tada biti predstavljena kao sistem tačaka pravilno lociranih u prostoru, i za bilo koju paralelupravcima, rastojanja između tačaka će biti ista. Ovaj ispravan raspored tačaka u prostoru naziva se

prostornu rešetku, a ako svaka tačka predstavlja položaj atoma, jona ili molekula u kristalu - kristalnu rešetku.

Konstrukcija prostorne rešetke može se zamisliti na sljedeći način.

A 0(Sl. 18) označava centar atoma ili jona. Neka isti centar njemu najbliži bude označen točkom L tada, na osnovu homogenosti kristala, na udaljenosti A 1 A 2 = A 0 A 1 mora postojati centar A 2; Nastavljajući dalje ovo razmišljanje, možemo dobiti nekoliko poena: A 0, A 1, A 2, A 3...

Pretpostavimo da je najbliža tačka A 0 u drugom pravcu biće R0, onda mora postojati čestica S 0 na daljinu R 0 S 0= L 0 R 0, itd., tj. dobijate još jedan red identičnih bodova A 0, R 0, S 0...ako prođe R 0 , S 0 itd. nacrtajte linije paralelne sa A 0 , A 1 , A 2 , dobićete identične redove R0, R1, R2, S 0 , S 1 , S 2 … itd

Rice. 18. Prostorna rešetka

Kao rezultat ove konstrukcije, dobivena je mreža čiji čvorovi odgovaraju centrima čestica koje čine kristal.

Ako to zamislimo u svakom trenutku u 0, Co, itd., obnavlja se ista mreža kao u A 0, kao rezultat ove konstrukcije će se dobiti prostorna rešetka koja će u određenom smislu izražavati geometrijsku strukturu kristala.

Šta su kristali?

Teorija prostornih rešetki, koju je stvorio veliki ruski kristalograf E. S. Fedorov, dobila je briljantnu potvrdu proučavanjem strukture kristala pomoću rendgenskih zraka. Ove studije daju ne samo slike prostornih rešetki, već i tačne dužine praznina između čestica koje se nalaze na njihovim čvorovima.

Rice. 19. Struktura dijamanta

Pokazalo se da postoji nekoliko tipova prostornih rešetki, koje se razlikuju i po prirodi rasporeda čestica i hemijske prirode njihov.

Napomenimo sljedeće vrste prostornih rešetki:

Atomske strukturne rešetke. Na čvorovima ovih rešetki nalaze se atomi bilo koje supstance ili elementa koji su direktno povezani jedan s drugim kako bi formirali kristalnu rešetku. Ova vrsta rešetke je tipična za dijamant, cink mešavinu i neke druge minerale (vidi slike 19 i 20).

Jonske strukturne rešetke. Na mjestima ovih rešetki nalaze se ioni, odnosno atomi s pozitivnim ili negativnim nabojem.

Jonske rešetke su uobičajene za neorganska jedinjenja, kao što su halogeni alkalnih metala, silikati itd.

Odličan primjer je rešetka kamene soli (NaCl) (slika 21). U njemu se joni natrijuma (Na) u tri međusobno okomita smjera izmjenjuju sa jonima klorida (Cl) u razmacima od 0,28 milimikrona.

Rice. 20. Struktura cink blende

U kristalnim supstancama slične strukture, razmaci između atoma u molekulu jednaki su razmacima između molekula, a sam pojam molekula za takve kristale gubi svoje značenje. Na sl. 20 svaki jon natrijuma ima

gore, dole, desno, lijevo, ispred i iza, na jednakoj udaljenosti od njega, po jedan jon hlora, koji pripada i ovoj "molekuli" i susjednim "molekulama", a nemoguće je reći s kojim Ion hlora od ovih šest čini molekul ili bi ga činio nakon prelaska u gasovito stanje.

Pored gore opisanih tipova, postoje molekularne strukturne rešetke, čiji čvorovi ne sadrže atome ili ione, već izolirane, električni neutralne molekule. Molekularne rešetke su posebno karakteristične za različite organske spojeve ili, na primjer, "suhi led" - kristalni CO 2.

Rice. 21. Kristalna rešetka kamene soli

Slabe („rezidualne”) veze između strukturnih jedinica takvih rešetki određuju nisku mehaničku čvrstoću takvih rešetki i njihovu nisku tačku topljenja i ključanja. Postoje i kristali koji se kombinuju Razne vrste rešetke. U nekim smjerovima veze čestica su ionske (valentne), au drugim su molekularne (rezidualne). Ova struktura dovodi do različite mehaničke čvrstoće u različitim smjerovima, uzrokujući oštru anizotropiju mehaničkih svojstava. Tako se kristali molibdenita (MoS 2) lako cijepaju duž pravca pinakoida (0001) i daju kristalima ovog minerala ljuskavi izgled, poput kristala grafita, gdje se nalazi slična struktura. Razlog niske mehaničke čvrstoće u okomitom smjeru (0001) je odsustvo ionskih veza u ovom smjeru. Integritet rešetke ovdje se održava samo vezama molekularne (rezidualne) prirode.

Uzimajući u obzir sve gore navedeno, lako je izvesti paralelno između unutrašnje strukture amorfne supstance, s jedne strane, i kristalne, s druge strane:

1. U amorfnoj supstanci čestice su raspoređene u neredu, kao da fiksiraju delimično haotično stanje tečnosti; Stoga neki istraživači nazivaju, na primjer, prehlađene tekućine.

2. U kristalnoj supstanci čestice su raspoređene u urednom redu i zauzimaju određenu poziciju u čvorovima prostorne rešetke.

Razlika između kristalne i staklaste (amorfne) supstance može se uporediti sa razlikom između disciplinovane vojne jedinice i rasute gomile. Prirodno, kristalno stanje je stabilnije od amorfnog, a amorfna supstanca će se lakše rastvoriti, hemijski reagovati ili rastopiti. Prirodni uvijek imaju tendenciju da steknu kristalnu strukturu, da se "kristaliziraju", na primjer (amorfni silicijum dioksid) se na kraju pretvara u kalcedon - kristalni silicijum dioksid.

Supstanca u kristalnom stanju obično zauzima nešto manji volumen nego u amorfnom obliku i ima veću specifičnu težinu; na primjer, albit - feldspat sastava NaAlSi 3 O 8 u amorfnom stanju zauzima 10 kubnih metara. jedinice, ali u kristalnom ih ima samo 9; 1 cm 3 kristalni silicijum (kvarc) teži 2,54 G, a ista zapremina staklastog silicijum dioksida (taljenog kvarca) je samo 2,22 G. Poseban slučaj je led, koji ima manju specifičnu težinu od leda uzetog u istoj količini.

RTG ISTRAŽIVANJE KRISTALA ZRAKE

Pitanje razloga za obrazac u distribuciji fizička svojstva u kristalnoj supstanci, M.V. je prvi put pokušao riješiti pitanje unutrašnje strukture kristala 1749. na primjeru nitrata. Ovo pitanje je potom šire razvijeno krajem 18. stoljeća. Francuski kristalograf Ahuy. Ayui je sugerirao da svaka supstanca ima specifičan kristalni oblik. Ovaj stav je kasnije opovrgnut otkrićem fenomena izomorfizma i polimorfizma. Ove pojave, koje igraju veliku ulogu u mineralogiji, bit će razmatrane malo kasnije.

Zahvaljujući radu ruskog kristalografa E. S. Fedorova i nekih drugih kristalografa, matematički je razvijena teorija prostornih rešetki, ukratko iznesena u prethodnom poglavlju, a na osnovu proučavanja oblika kristala izvedeni su mogući tipovi prostornih rešetki. ; ali tek u 20. veku, zahvaljujući proučavanju kristala rendgenskim zracima, ova teorija je eksperimentalno testirana i briljantno potvrđena. Brojni fizičari: Laue, Bragg, G.W. Wulf i drugi uspjeli su, koristeći teoriju prostornih rešetki, apsolutno precizno dokazati da se u čvorovima kristalnih rešetki u nekim slučajevima nalaze atomi, au drugim molekuli ili ioni.

Zrake koje nose njegovo ime, koje je otkrio Roentgen 1895. godine, predstavljaju jednu od vrsta energije zračenja i imaju mnoga svojstvanalikuju na zrake svjetlosti, razlikuju se od njih samo po talasnoj dužini, koja je nekoliko hiljada puta manja od dužine svjetlosnih valova.

Rice. 22. Šema za dobijanje uzorka rendgenske difrakcije kristala Laue metodom:
A - rendgenska cijev; B - dijafragma; C - kristal; D - fotografska ploča

Godine 1912. Laue je koristio kristal, gdje su atomi raspoređeni u prostornu rešetku, kao difrakcionu rešetku da bi dobio interferenciju rendgenskih zraka. U njegovom istraživanju, uski snop paralelnih rendgenskih zraka (slika 22) prošao je kroz tanak kristal cinkove mješavine C. Na određenoj udaljenosti od kristala i Fotografska ploča D postavljena je okomito na snop zraka, zaštićena od direktnog djelovanja bočnih rendgenskih zraka i od dnevne svjetlosti olovnim ekranima.

Nakon dužeg izlaganja nekoliko sati, eksperimentatori su dobili sliku sličnu slici. 23.

Za svjetlosne zrake, koje imaju dugu valnu dužinu u odnosu na veličinu atoma, atomske mreže prostorne rešetke igraju ulogu gotovo neprekidnih ravni, a svetlosnih zraka potpuno reflektuje od površine kristala. Mnogo kraće rendgenske zrake reflektirane od brojnih atomskih mreža koje se nalaze na određenim udaljenostima jedna od druge, idući u istom smjeru, interferiraće, ili slabeći ili ojačavajući jedna drugu. Na fotografskoj ploči koja im je postavljena na putu, pojačani zraci će dati, tokom duže ekspozicije, crne tačke koje se nalaze prirodno, u bliskoj vezi sa unutrašnja struktura kristala, odnosno sa svojom atomskom mrežom i karakteristikama pojedinačnih atoma koji se nalaze u njemu.

Ako uzmete ploču izrezanu od kristala u određenom kristalografskom smjeru i izvršite isti eksperiment s njom, tada će na uzorku difrakcije rendgenskih zraka biti vidljiv uzorak koji odgovara simetriji kristalne strukture.

Najtamnije mrlje odgovaraju gušćim atomskim mrežama. Rijetko ili gotovo nepostojeće lice sa atomskim čamcima stvara slabe tačke. Centralna tačka na takvoj rendgenskoj slici dobija se od rendgenskih zraka koji prolaze kroz ploču

Rice. 23. Difrakcija rendgenskih zraka kristala kamene soli duž ose 4. reda

ravnom stazom; preostale mrlje formiraju zrake reflektirane od atomskih mreža.

Na sl. 23 prikazuje rendgensku fotografiju kristala kamene soli iz kojeg je izrezana ploča oko 3 mm debela, paralelna sa licem kocke. U sredini je vidljiva velika mrlja - trag centralnog snopa zraka.

Raspored malih tačaka je simetričan i ukazuje na postojanje ose simetrije 4. reda i četiri ravni simetrije.

Druga ilustracija (Sl. 24) prikazuje rendgensku difrakciju kristala kalcita. Slika je snimljena u pravcu ose simetrije 3. reda. Pisma O naznačeni su krajevi ose simetrije 2. reda.

Trenutno se koriste različite metode za proučavanje strukture kristalnih čvrstih materija. Bitna karakteristika Laue metode, ukratko opisane gore, je korištenje samo velikih kristala precizno orijentiranih u odnosu na prolazni snop rendgenskih zraka.

Ako je nemoguće koristiti velike kristale, obično se koristi „metoda praha“ (Debye-Scherer metoda). Velika prednost ove metode je što ne zahtijeva velike kristale. Prije testiranja, ispitivana tvar u fino mljevenom stanju se obično komprimuje u malu kolonu. Ova metoda se može koristiti za proučavanje ne samo komprimiranih prahova, već i za rad na gotovim uzorcima metala u obliku žice, ako su njihovi kristali dovoljno mali.

Ako postoji veliki broj kristala, može doći do refleksije sa bilo koje strane svakog kristala. Stoga, uzorak difrakcije rendgenskih zraka dobiven korištenjem "metode praha" obično proizvodi niz linija koje karakteriziraju supstancu koja se proučava.

Zahvaljujući upotrebi rendgenskih zraka za proučavanje kristala, konačno je bilo moguće prodrijeti u područje stvarnog rasporeda molekula, jona i atoma unutar kristala i odrediti ne samo oblik atomske rešetke, već i udaljenosti između kristala. čestice koje ga čine.

Proučavanje strukture kristala pomoću rendgenskih zraka omogućilo je određivanje prividnih veličina iona koji čine dati kristal. Metoda za određivanje radijusa jona ili, kako se obično kaže, ionskog radijusa bit će jasna iz sljedećeg primjera. Proučavanje kristala kao što su MgO, MgS i MgSe, s jedne strane, i MnO, MnS i MnSe, s druge, dalo je sljedeće međuionske udaljenosti:

Za

MgO -2,10 Å MnO - 2,24 Å

MgS - 2,60 Å i MnS - 2,59 Å

MgSe - 2,73 Å MnSa - 2,73 Å,

gdje Å označava vrijednost angstroma, jednaku jednom desetmilionitom dijelu milimetra.

Poređenje datih vrijednosti pokazuje da za međuionsku udaljenost u spojevima MgO i MnO, veličinu iona Mg i Mn igraju određenu ulogu. U drugim jedinjenjima jasno je da udaljenosti između S i Se jona ne zavise od ulazaKada drugi ion uđe u jedinjenje, ioni S i Se dolaze u kontakt jedan s drugim, stvarajući gusto pakiranje jona.

Rice. 24. Difrakcioni uzorak rendgenskog zraka kristala kalcita na osi 3. reda

Proračun daje za S -2 jonski radijus od 1,84 Å,

A za Se -2 - 1,93 Å. Poznavajući ionske radijuse S-2 i Se-2, moguće je izračunati ionske radijuse drugih jona. Dakle, O 2 ima jonski

radijus jednak 1,32Å. F -1 - 1,33Å, Na +l -0,98Å, Ca+ 2 - 1,06,

K +1 - 1,33, Mg +2 -0,78Å, Al +3 -0,57Å, Si +4 - 0,39Å, itd. Vrijednost jonskog radijusa igra veliku ulogu u pitanjima izomorfizma i polimorfizma, o čemu će biti riječi u relevantnim odjeljcima.

Proučavanje rendgenske strukture minerala uvelike je unaprijedilo savremenu mineralogiju, kako u pogledu razumijevanja strukture minerala, tako i u vezi njihove strukture i sastava sa drugim važnim svojstvima, kao što su cijepanje, indeks prelamanja itd. Važnost proučavanja minerala sa rendgenskim zracima savršeno je izražena sljedećom frazom: „Kada bi kristalografi poznavali mineral do te mjere da je moguće proučavati zgradu posmatrajući je izvana, a hemičari su pokušali razumjeti ovu zgradu tako što su je uništili, a zatim proučavali pojedinačno materijala koji su bili njeni sastavni delovi, tada nam je rendgenska difrakcijska analiza po prvi put omogućila da uđemo u zgradu i sagledamo njen unutrašnji raspored i dekoraciju."

Članak na temu Kristalna struktura

Gore navedeno nam omogućava da damo sljedeću definiciju konceptu „kristalne strukture“. Kristalna struktura je struktura koju karakterizira uređen raspored čestica u strogo definiranim točkama u prostoru koje formiraju kristalnu rešetku. Ovaj poredak nam omogućava da eksperimentalno i teorijski u potpunosti proučimo strukturu čvrstog stanja i pojave povezane s prirodom interakcijskih sila u kristalnim tijelima.

Svaki kristal ima karakteristiku anizotropija i izraženu temperaturu prijelaza u tečno stanje. Kristale karakterizira vanjska simetrija u rasporedu čestica, koja se izražava prisustvom tri elementa simetrije: centra, ose i ravni simetrije. Centar simetrije - tačka koja na pola dijeli sve ravne linije koje spajaju vanjske površine kristala, povučene kroz nju u bilo kojem smjeru. Ravan simetrije dijeli kristal na dva dijela, povezana jedan s drugim, poput objekta sa njegovom slikom u ogledalu. Osa simetrije- ovo je linija, kada se okrene oko koje za određeni ugao, novi položaj se potpuno poklapa sa prethodnim. Što je više elemenata simetrije, veća je vanjska simetrija kristala. Savršeno simetrična figura je lopta.

Trenutno je cjelokupna raznolikost kristalnih oblika kombinacijom elemenata simetrije (sistemonija) svedena na sedam tipova: pravilne (kubične), trigonalne, heksagonalne, tetragonalne, rombične, monoklinske i triklinske. Tabela 3.2. Data je klasifikacija kristala po sistemu.

Tabela 3.2. Klasifikacija kristala po sistemu

Kristali donjeg sistema se odlikuju manjom simetrijom; kristali više kategorije sistema imaju savršeniji oblik kristalne rešetke i stoga su stabilniji pod određenim uslovima postojanja.

Mnoge tvari u kristalnom stanju karakteriziraju polimorfizam, tj. sposobnost supstance da postoji u obliku nekoliko kristalnih struktura sa različitim svojstvima. Polimorfizam jednostavnih supstanci naziva se alotropija. Poznate su polimorfne modifikacije ugljenika (dijamant, grafit), kvarca (α-kvarc, β-kvarc), gvožđa, volframa itd.

Ako dvije različite tvari imaju istu kristalnu strukturu, sličnu hemijska formula i ne razlikuju se mnogo po veličini svojih sastavnih čestica, tada mogu formirati mješovite kristale. Takve tvari se nazivaju izomorfne, a njihova sposobnost da formiraju miješane kristale naziva se izomorfizam. Primjer: kaolinit Al 2 O 3 kristali su slični po sastavu i strukturi, ali različiti po svojstvima. 2SiO2. 2H 2 O, pirofilit Al 2 O 3. 4SiO2. 2H 2 O i montmorilonit Al 2 O 3. 4SiO2. 3H2O.

Pravi kristali. U našim praktičnim aktivnostima bavimo se pravim kristalima, koji se od idealnih razlikuju po poremećajima (defektima) kristalne rešetke, nastalim kao rezultat promjene ravnotežnih uslova rasta kristala, hvatanja nečistoća tokom kristalizacije, a takođe i pod uticaje raznih vrsta spoljnih uticaja.

Amorfna struktura

Amorfna struktura je jedno od fizičkih stanja čvrste materije, Amorfne tvari karakteriziraju dvije karakteristike. Prvo, svojstva takvih tvari u normalnim uvjetima ne zavise od odabranog smjera, tj. oni - izotropna. Drugo, s povećanjem temperature, amorfna tvar omekšava i postupno prelazi u tekuće stanje. Tačna vrijednost nema tačke topljenja.

Zajedničko za kristalna i amorfna stanja supstanci je odsustvo translacionog kretanja čestica i očuvanje samo njihovog oscilatornog kretanja oko ravnotežnog položaja. Razlika između njih je prisustvo geometrijski pravilne rešetke u kristalima i odsustvo reda dugog dometa u rasporedu atoma u amorfnim supstancama.

Amorfno stanje supstance, u poređenju sa kristalnim, uvek je manje stabilno i ima višak unutrašnje energije. S tim u vezi, pod određenim uvjetima dolazi do spontanog prijelaza iz amorfnog u kristalno stanje.

Čvrste tvari u amorfnom stanju mogu se dobiti na dva načina. Prvi način je brzo hlađenje talina kristalnih supstanci, uglavnom jonske i kovalentne strukture. Tipičan predstavnik takva amorfna tijela - silikatna stakla, bitumen, smole itd.

Drugi način je disperzija kristalnih struktura. Kao rezultat disperzije kristalnih tijela nastaju amorfne disperzije u obliku koloida i otopina. Urušavanjem ili kondenzacijom, disperzije mijenjaju svoje stanje agregacije. Prezasićene otopine, na primjer, mogu gelirati i formirati polimer ili kristalizirati.

Amorfne supstance se dijele na vitroide (staklene), dispergirane sisteme i polimere.

Vitroidi- To su čvrste materije u amorfnom stanju sa staklastom strukturom. Kao što je već napomenuto, stakla nastaju kao rezultat brzog hlađenja, uglavnom silikatnih talina. Brzo hlađenje sprečava stvaranje uređene strukture. Pogotovo ako su molekuli glomazni i brzina hlađenja visoka.

Metode za opisivanje i prikaz atomskog

Kristalne strukture

Kristali

Periodičnost strukture je najkarakterističnije svojstvo kristala. U periodičnoj rešetki se uvijek može razlikovati jedinična ćelija, emitirajući koje je u svemiru lako dobiti predstavu o strukturi cijelog kristala. Formiranje određene prostorne rešetke bilo kojim elementom ili spojem uglavnom ovisi o veličini atoma i elektronskoj konfiguraciji njihovih vanjskih omotača.

Ruski naučnik E. S. Fedorov, skoro 40 godina pre nego što su otkrivene metode rendgenske strukturne analize, izračunao je moguće rasporede čestica u kristalnim rešetkama različitih supstanci i predložio 230 prostornih grupa. Geometrijski, moguće je samo 14 različitih prostornih rešetki, koje se nazivaju Bravaisove rešetke i koje su osnova šest kristalnih sistema datih u tabeli. 2.1 i na sl. 2.1. Ponekad se razmatra romboedarski ili trigonalni sistem (a = b = With; α = β = γ ≠ 90°) kao nezavisni sedmi sistem.

Ako se atomi nalaze samo na vrhovima jedinične ćelije, tada se rešetka naziva primitivno ili jednostavno. Ako postoje atomi na licu ili u volumenu ćelije, tada će rešetka biti složena (na primjer, bazirana, zapreminska i centrirana na lice).

Kristalna tijela mogu biti u obliku pojedinačnih velikih kristala – pojedinačnih kristala ili se sastoje od skupa velikog broja malih kristala (zrna).

Tabela 2.1

Prostorne rešetke kristalnih sistema

Rice. 2.1. Bravais rešetke

U slučaju polikristala, unutar svakog zrna atomi su poređani periodično, ali pri kretanju od jednog zrna do drugog na međusklopovima, pravilan raspored čestica je poremećen.

Monokristale karakteriše anizotropija svojstava. U polikristalnim tijelima anizotropija se u većini slučajeva ne opaža, međutim, uz pomoć posebne obrade mogu se dobiti teksturirani materijali s orijentiranim rasporedom kristala.

Budući da su monokristali anizotropni, pri određivanju električnih, mehaničkih i drugih svojstava potrebno je naznačiti položaj kristalografskih ravnina i smjerove u kristalima. Za to se koriste Millerovi indeksi.

Millerovi indeksi

Neka ravan odsiječe segmente OA, OB i OS na koordinatnim osa (u jedinicama perioda rešetke). Izračunajmo njihove inverzne veličine H = 1/OA, K = 1/OB, L = 1/OS i odredimo najmanje cijele brojeve sa istim omjerom kao H: K: L = h: k: l. Cjelobrojni (hkl) indeksi se nazivaju Millerovi indeksi ravni.

U kubičnim kristalima, indeksi (100) se odnose na ravan paralelnu sa Y i Z osa; indeksi (010) - na ravan paralelnu osama X i Z, i (001) - na ravan paralelnu osama X i Y. U kristalima sa ortogonalnim osama, ove ravni su istovremeno i okomite na ose, respektivno X, Y i Z.

Za označavanje pravaca u kristalu koriste se indeksi u obliku najmanjih cijelih brojeva, međusobno povezanih kao komponente vektora paralelnog datom smjeru. Za razliku od oznaka aviona, one se pišu u uglastim zagradama. U kubičnim kristalima ovi pravci su okomiti na ravan sa istim indeksima. Pozitivan smjer ose X označava se sa , pozitivni smjer ose Y je , negativan smjer ose Z je , dijagonala kocke je, itd. Oznake kristalografskih ravnina i pravaca prikazane su na sl. 2.2.

Ravni koje seku jednake segmente, ali se nalaze u različitim oktantima, ekvivalentne su u kristalografskom i fizičko-hemijskom pogledu. Oni čine skup ekvivalentnih ravni - (hkl) ili sistem ravni u kojima se h, k, l mogu pisati bilo kojim redom i sa bilo kojim brojem minusa ispred indeksa. Znak minus je upisan iznad indeksa.

Položaj pravca u prostornoj rešetki može se lako odrediti koordinatama atoma koji je najbliži ishodištu i koji leži u datom smjeru.

Označava se skup ekvivalentnih pravaca ili sistem pravaca , pri čemu se h, k, l može napisati bilo kojim redoslijedom i sa bilo kojim brojem minusa:<100>- skup pravaca paralelnih svim ivicama kocke; (100) - skup ravnina paralelnih svim stranama kocke.

Rice. 2.2. Primjeri kristalografskih oznaka

ravni i pravci u kubičnim kristalima

koristeći Millerove indekse

Primjeri rješavanja problema

Primjer 1. Odrediti indekse ravnine koja odsijeca segmente A = 1, B = 2, C = - 4 na osi rešetke.

Odnosi recipročnih segmenata su 1/A: 1/B: 1/C = 1/1: 1/2: 1/(-4). Ovaj omjer dovodimo do omjera tri cijela broja, množeći zajedničkim nazivnikom 4, dodatni faktori će biti 4 i 2. 1/A: 1/B: 1/C = 4: 2:(- 1). To će biti traženi h, k, l. Indeksi ravni (42).

Primjer 2. Odrediti segmente koji su na osi rešetke odsječeni ravninom (023).

Zapisujemo inverzne vrijednosti indeksa ravnine: 1/0, 1/2, 1/3. Množimo sa zajedničkim nazivnikom jednakim 6 (odsječke dovedemo do cijelih brojeva). Segmenti odsečeni ravninom na osama biće jednaki A = , B = 3, C = 2. Ova ravan će biti paralelna sa x osom, pošto je A = .

Polimorfizam

Neke čvrste tvari imaju sposobnost formiranja ne jedne, već dvije ili više kristalnih struktura koje su stabilne na različitim temperaturama i pritiscima. Ovo svojstvo materijala naziva se polimorfizam, a odgovarajuće kristalne strukture nazivaju se polimorfnim oblicima ili alotropna modifikacije supstance.

Modifikacija koja je stabilna na normalnim i nižim temperaturama obično se označava slovom α ; modifikacije koje su stabilne na više visoke temperature, označene slovima respektivno β , γ, itd.

Polimorfizam je široko rasprostranjen među tehničkim materijalima i ima bitan za njihovu obradu i rad.

Klasičan primjer polimorfizma je niskotemperaturna transformacija bijelog kalaja ( β -Sn) u sivu ( α -Sn), poznat u tehnologiji kao „kalajna kuga“.

Od praktičnog interesa je polimorfizam ugljika - njegovo postojanje u obliku dijamanta ili grafita. U normalnim uslovima, grafit je stabilnija modifikacija od dijamanta. Međutim, sa povećanjem pritiska, stabilnost dijamanta raste, a grafita opada, a pri dovoljnoj visoki pritisci dijamant postaje stabilniji. Ako se temperatura poveća kako bi se povećala pokretljivost atoma, tada se grafit može pretvoriti u dijamant. Proizvodnja umjetnih dijamanata temelji se na ovom principu. U Sovjetskom Savezu njihova industrijska proizvodnja je počela 1961. Sinteza se vrši pod pritiskom od oko 10 10 Pa na temperaturi od 2000°C. Ovako dobiveni umjetni dijamanti imaju veću čvrstoću i tvrdoću od prirodnih kristala.

2.1.5. Izomorfizam

Izomorfizam- ovo je svojstvo hemijski i geometrijski bliskih atoma i jona i njihovih kombinacija da se međusobno zamenjuju u kristalnoj rešetki, formirajući kristale promenljivog sastava.

Izomorfni kristali silicijuma i germanijuma formiraju kontinuirani niz supstitucijskih čvrstih rastvora. Obe ove supstance kristališu u strukturi dijamanta, period rešetke germanijuma je a = 0,565 nm, silicijum je a = 0,542 nm, razlika u periodima je manja od 4%, pa je formiranje supstitucijskih čvrstih rastvora neograničene rastvorljivosti moguće, u kojoj se atomi germanija i silicijuma nalaze na mestima dijamantske mreže.

Gustina, parametar rešetke i tvrdoća u izomorfnom nizu miješanih Si–Ge kristala mijenjaju se linearno. Odabirom različitih izomorfnih sastava moguće je varirati opsege radnih temperatura i električne parametre za ove i druge čvrste otopine poluvodičkih spojeva.

Povezane informacije.

Molekuli u kristalu. Kristalna struktura je određena kristalnom rešetkom, simetrijom kristala, oblikom i veličinom njegove jedinične ćelije, vrstom i koordinatama atoma u ćeliji. U idealnom kristalu sadržaj i položaj atoma u svim ćelijama su isti. Osim hemijskog sastava, sve ostale karakteristike kristalne strukture određuju se difrakcijskim metodama - rendgenskom strukturnom analizom, difrakcijom elektrona, strukturnom neutronskom difrakcijom. U kristalima čvrstog rastvora i drugim odstupanjima hemijskog sastava od stehiometrije, visokoprecizna strukturna analiza omogućava određivanje i razjašnjavanje odgovarajućih parametara.

Kada zračenje s talasnom dužinom reda međuatomskih udaljenosti upadne na jedan kristal, pojavljuje se difrakcijski uzorak koji se sastoji od diskretnog skupa pikova. Položaji pikova su određeni kristalnom rešetkom, a njihov intenzitet ovisi o vrsti atoma i njihovoj lokaciji u jediničnoj ćeliji kristala. Prisustvo elemenata simetrije u kristalu se manifestuje u jednakosti intenziteta odgovarajućih pikova. Izuzetak je da je difrakcijski uzorak uvijek centrosimetričan (bez obzira na prisustvo ili odsustvo centra simetrije u kristalu). Kao rezultat toga, korištenjem analize difrakcije rendgenskih zraka, mogu se razlikovati samo 122 grupe od 230 grupa prostorne (Fedorov) simetrije kristala. Prisustvo (ili odsustvo) centra simetrije u kristalu može se odrediti iz statistike distribucije intenziteta difrakcijskih pikova. Eksperimentalno određivanje odsustva centra simetrije moguće je ako kristal sadrži atome s anomalnim raspršenjem korištenog zračenja. Najsloženija metoda je određivanje koordinata atoma u jediničnoj ćeliji kristala.

Razmotrimo kristalnu strukturu nekih elemenata periodni sistem. Dakle, dvije modifikacije polonija različite simetrije sadrže 1 atom po jediničnoj ćeliji. Elementarne ćelije kristala kalija, cinka, molibdena i niza drugih elemenata sadrže po 2 atoma, ćelija telura 3, a dvije modifikacije mangana sadrže 20 odnosno 58 atoma po ćeliji. Kristali neorganskih i organskih jedinjenja mogu sadržavati od jedinica do stotina atoma po ćeliji. Proteinski kristali sadrže od hiljade do stotine hiljada atoma, a kristalizovani virusi sadrže još 2-3 reda veličine više.

Razmotrimo kristalnu strukturu kristala različite prirode. Kristali litijum niobata LiNbO 3 se široko koriste u laserskoj tehnologiji i optici. Slika 1 prikazuje dvije slike njegove kristalne strukture. U prvom slučaju, atomi su kuglice. Veliki anjoni kiseonika ne dozvoljavaju nam da vidimo opštu organizaciju kristalne strukture. L. Pauling je predložio da se anorganske strukture prikažu u obliku poliedara, čiji su vrhovi centri anjona, a unutar poliedra se nalazi odgovarajući kation. U litijum niobatu prikazanom na slici 1, b, to su oktaedri i .

Kristali iz porodice stroncijum-barijum niobata Sr 1-x Ba x Nb 2 O 6 odlikuju se nelinearnim optičkim, piroelektričnim i piezoelektričnim svojstvima (vidi Piroelektrika, Piezoelektričnost), koja se mogu posebno kontrolisati promenom odnosa stroncijuma i barijuma. Na slici 2 prikazana je kristalna struktura ovih kristala iz koje se vidi da neki od atoma stroncijuma zauzimaju svoju poziciju, a atomi barija i stroncijuma su statistički locirani u drugom položaju, čije se koordinate neznatno razlikuju.

Kristalne strukture organskih jedinjenja obično su zbijeno pakiranje molekula povezanih slabim van der Waalsovim i eventualno vodoničnim vezama. Kristali organskih jedinjenja se koriste u tehnici, ali se često dobijaju samo radi utvrđivanja rendgenskim metodama atomska struktura molekule, jer organska jedinjenja u rastvorima (i biološki aktivna jedinjenja u telu) deluju kao pojedinačni molekuli. Strukture molekula antibiotika - analoga enijatina B i sporidesmolida prikazane su na slici 3. Prvo jedinjenje je lijek za selektivni transport kationa kroz biološke membrane, a drugom ovo svojstvo nedostaje zbog intramolekularnih vodikovih veza, iako oba molekula su ciklične i sastoje se od 6 aminokiselinskih ostataka. Razlika u strukturi molekula utvrđena je kristalnom strukturom odgovarajućih kristala.

Moderna visokoprecizna strukturna analiza omogućava određivanje ne samo koordinata atoma, već i parametara termičkih vibracija atoma, uzimajući u obzir anizotropiju i anharmoničnost ovih vibracija. Za ne baš složena jedinjenja, analiza difrakcije rendgenskih zraka može odrediti distribuciju elektronske gustine u njihovim kristalima. Strukturne metode su osjetljive na narušavanje stehiometrije kemijskog sastava kristala i na njegove različite defekte. Opsežan materijal o strukturama kristalnih supstanci predstavljen je u elektronskim bazama podataka (vidi Hemija kristala).

Lit.: Belov N.V. Struktura ionskih kristala i metalnih faza. M., 1947; aka. Strukturna kristalografija. M., 1951; Kitaygorodsky A.I. Organska kristalna hemija. M., 1947; Fedorov E. S. Simetrija i struktura kristala. M.; L., 1949; Blundell T., Johnson L. Protein crystallography. M., 1979.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Kristali (od grčkog xeufbllpt, izvorno - led, kasnije - gorski kristal, kristal) su čvrsta tijela u kojima su atomi pravilno raspoređeni, formirajući trodimenzionalni periodični prostorni raspored - kristalnu rešetku.

Kristali su čvrste tvari koje imaju prirodni vanjski oblik pravilnih simetričnih poliedara na osnovu svoje unutrašnje strukture, odnosno na jednom od nekoliko specifičnih pravilnih rasporeda čestica (atoma, molekula, jona) koji čine supstancu.

Svojstva:

Uniformitet. Ovo svojstvo se manifestuje u činjenici da su dva identična elementarna volumena kristalne materije, identično orijentisana u prostoru, ali izrezana u različite tačke ove supstance su apsolutno identične po svim svojim svojstvima: imaju istu boju, specifičnu težinu, tvrdoću, toplotnu provodljivost, električnu provodljivost itd.

Mora se imati na umu da prave kristalne supstance vrlo često sadrže trajne nečistoće i inkluzije koje iskrivljuju njihove kristalne rešetke. Stoga apsolutna homogenost u stvarnim kristalima često ne postoji.

Anizotropija kristala

Mnogi kristali imaju svojstvo anizotropije, odnosno ovisnosti svojih svojstava o smjeru, dok kod izotropnih tvari (većina plinova, tekućina, amorfnih čvrstih tvari) ili pseudoizotropnih (polikristali) svojstva ne zavise od smjera. Proces neelastične deformacije kristala uvijek se odvija duž dobro definiranih sistema klizanja, odnosno samo duž određenih kristalografskih ravnina i samo u određenom kristalografskom pravcu. Zbog nehomogenog i nejednakog razvoja deformacija u različitim područjima kristalnog medija, dolazi do intenzivne interakcije između ovih područja kroz evoluciju polja mikronaprezanja.

Istovremeno, postoje kristali u kojima anizotropija nema.

U fizici martenzitne neelastičnosti akumuliran je bogat eksperimentalni materijal, posebno po pitanju efekata memorije oblika i transformacijske plastičnosti. Eksperimentalno je dokazan najvažniji stav kristalne fizike o pretežnom razvoju neelastičnih deformacija gotovo isključivo putem martenzitnih reakcija. Ali principi konstruisanja fizičke teorije martenzitne neelastičnosti su nejasni. Slična situacija se događa i u slučaju deformacije kristala mehaničkim dvojakom.

Značajan napredak postignut je u proučavanju dislokacijske plastičnosti metala. Ovdje se ne razumiju samo osnovni strukturni i fizički mehanizmi implementacije neelastičnih deformacijskih procesa, već su stvorene efikasne metode za proračun pojava.

Sposobnost samodestilacije je svojstvo kristala da formiraju lica tokom slobodnog rasta. Ako se lopta isklesana od neke supstance, na primer kuhinjske soli, stavi u njenu prezasićenu otopinu, tada će nakon nekog vremena ova lopta poprimiti oblik kocke. Nasuprot tome, staklena perla neće promijeniti svoj oblik jer se amorfna tvar ne može samodestilirati.

Konstantna tačka topljenja. Ako zagrijete kristalno tijelo, njegova temperatura će se povećati do određene granice; daljnjim zagrijavanjem tvar će se početi topiti, a temperatura će ostati konstantna neko vrijeme, jer će sva toplina otići na uništavanje kristalne rešetke. Temperatura na kojoj počinje topljenje naziva se tačka topljenja.

Taksonomija kristala

Kristalna struktura

Kristalna struktura, koja je individualna za svaku supstancu, odnosi se na osnovna fizička i hemijska svojstva ove supstance. Kristalna struktura je skup atoma u kojem je određena grupa atoma, nazvana motivska jedinica, povezana sa svakom tačkom kristalne rešetke, a sve takve grupe su identične po sastavu, strukturi i orijentaciji u odnosu na rešetku. Može se smatrati da struktura nastaje kao rezultat sinteze rešetke i jedinice motiva, kao rezultat propagacije motivne jedinice translacionom grupom.

U najjednostavnijem slučaju, jedinica motiva se sastoji od jednog atoma, na primjer u kristalima bakra ili željeza. Struktura koja nastaje na osnovu takve motivne jedinice geometrijski je vrlo slična rešetki, ali se ipak razlikuje po tome što je sastavljena od atoma, a ne od tačaka. Ova okolnost se često ne uzima u obzir, a pojmovi „kristalna rešetka” i „kristalna struktura” za takve kristale se koriste kao sinonimi, što nije strogo. U slučajevima kada je motivska jedinica složenije kompozicije – sastoji se od dva ili više atoma, ne postoji geometrijska sličnost rešetke i strukture, a pomicanje ovih pojmova dovodi do grešaka. Na primjer, struktura magnezijuma ili dijamanta se ne poklapa geometrijski sa rešetkom: u ovim strukturama, jedinice motiva sastoje se od dva atoma.

Glavni parametri koji karakteriziraju kristalnu strukturu, od kojih su neki međusobno povezani, su sljedeći:

§ vrsta kristalne rešetke (sistemonija, Bravaisova rešetka);

§ broj jedinica formule po jediničnoj ćeliji;

§ grupa prostora;

§ parametri jedinične ćelije (linearne dimenzije i uglovi);

§ koordinate atoma u ćeliji;

§ koordinacijski brojevi svih atoma.

Strukturni tip

Kristalne strukture koje imaju istu prostornu grupu i isti raspored atoma u kristalno-hemijskim pozicijama (orbitama) se kombinuju u strukturne tipove.

Najpoznatiji strukturni tipovi su bakar, magnezijum, b-gvožđe, dijamant (jednostavne supstance), natrijum hlorid, sfalerit, vurcit, cezijum hlorid, fluorit (binarna jedinjenja), perovskit, spinel (ternarna jedinjenja).

Kristalna ćelija

Sastavne čestice ove čvrste supstance formiraju kristalnu rešetku. Ako su kristalne rešetke stereometrijski (prostorno) identične ili slične (imaju istu simetriju), onda geometrijska razlika između njih leži, posebno, u različitim udaljenostima između čestica koje zauzimaju mjesta rešetke. Udaljenosti između samih čestica nazivaju se parametri rešetke. Parametri rešetke, kao i uglovi geometrijskih poliedara, određuju se fizičkim metodama strukturne analize, na primjer, metodama rendgenske strukturne analize.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Rice. Kristalna ćelija

Često čvrste materije formiraju (u zavisnosti od uslova) više od jednog oblika kristalne rešetke; takvi oblici se nazivaju polimorfne modifikacije. Na primjer, među jednostavnim tvarima poznati su rombični i monoklinski sumpor, grafit i dijamant, koji su heksagonalne i kubične modifikacije ugljika; među složenim tvarima, kvarc, tridimit i kristobalit su različite modifikacije silicijum dioksida.

Vrste kristala

Potrebno je razdvojiti idealni i pravi kristal.

Perfect Crystal

To je, zapravo, matematički objekt koji ima potpunu, inherentnu simetriju, idealizirane glatke ivice.

Pravi kristal

Uvek sadrži razne defekte unutrašnje strukture rešetke, izobličenja i nepravilnosti na licu i ima smanjenu simetriju poliedra zbog specifičnih uslova rasta, heterogenosti hranidbenog medija, oštećenja i deformacija. Pravi kristal ne mora nužno imati kristalografska lica i pravilan oblik, ali zadržava svoje glavno svojstvo - pravilan položaj atoma u kristalnoj rešetki.

Defekti u kristalnoj rešetki (prava struktura kristala)

U stvarnim kristalima uvijek postoje odstupanja od idealnog poretka u rasporedu atoma, koja se nazivaju nesavršenosti ili defekti rešetke. Na osnovu geometrije poremećaja rešetke koje uzrokuju, defekti se dijele na točkaste, linearne i površinske.

Tačkasti defekti

Na sl. 1.2.5 prikazano različite vrste tačkasti defekti. To su prazna mjesta - prazna mjesta rešetke, "vlastiti" atomi u međuprostorima i atomi nečistoća u mjestima i međuprostorima rešetke. Glavni razlog za nastanak prve dvije vrste defekata je kretanje atoma čiji se intenzitet povećava s povećanjem temperature.

Rice. 1.2.5. Vrste točkastih defekata u kristalnoj rešetki: 1 - prazno mjesto, 2 - atom u intersticijskom mjestu, 3 i 4 - atomi nečistoće na mjestu i međuprostornom mjestu, respektivno

Oko bilo kojeg točkastog defekta dolazi do lokalnog izobličenja rešetke poluprečnika R od 1...2 perioda rešetke (vidi sliku 1.2.6), stoga, ako ima mnogo takvih defekata, oni utiču na prirodu distribucije sile međuatomske veze i, shodno tome, svojstva kristala.

Rice. 1.2.6. Lokalno izobličenje kristalne rešetke oko slobodnog mjesta (a) i atoma nečistoće na mjestu rešetke (b)

Linearni defekti

Linearni defekti se nazivaju dislokacije. Njihova pojava je uzrokovana prisustvom u pojedinim dijelovima kristala “ekstra” atomskih poluravnina (ekstraplanes). Nastaju tijekom kristalizacije metala (zbog kršenja redoslijeda punjenja atomskih slojeva) ili kao rezultat njihove plastične deformacije, kao što je prikazano na sl. 1.2.7.

Rice. 1.2.7. Formiranje rubne dislokacije () kao rezultat djelomičnog pomaka gornjeg dijela kristala pod utjecajem sile: ABCD - ravan klizanja; EFGN - ekstraplan; EN - linija dislokacije ruba

Vidi se da je pod uticajem sile smicanja došlo do delimičnog pomeranja gornjeg dela kristala duž određene ravni klizanja (“lakog smicanja”) ABCD. Kao rezultat, formiran je ekstraplanski EFGH. Budući da se ne nastavlja prema dolje, oko njenog ruba EH pojavljuje se elastično izobličenje rešetke s radijusom od nekoliko međuatomskih razmaka (tj. 10 -7 cm - vidi temu 1.2.1), stepen ovog izobličenja je višestruko veći (može dosežu do 0,1...1 cm).

Ova nesavršenost kristala oko ruba ekstraravnine je linearni defekt rešetke i naziva se rubna dislokacija.

Najvažnija mehanička svojstva metala – čvrstoća i duktilnost (vidi temu 1.1) – određuju se prisustvom dislokacija i njihovim ponašanjem kada je tijelo opterećeno.

Zaustavimo se na dvije karakteristike mehanizma kretanja dislokacije.

1. Dislokacije se mogu vrlo lako (pri malom opterećenju) kretati duž ravni klizanja kroz „štafetnu trku“ kretanja ekstraravnine. Na sl. Slika 1.2.8 prikazuje početnu fazu takvog kretanja (dvodimenzionalni uzorak u ravni okomitoj na liniju dislokacije ruba).

Rice. 1.2.8. Prva faza relejno kretanje rubne dislokacije (). A-A - klizna ravan, 1-1 ekstraplan (početna pozicija)

Pod uticajem sile, atomi ekstraravnine (1-1) odvajaju od ravni (2-3) atome (2-2) koji se nalaze iznad ravni klizanja. Kao rezultat, ovi atomi formiraju novu ekstraravninu (2-2); atomi „stare” ekstraplane (1-1) zauzimaju prazna mesta, dovršavajući konstrukciju ravni (1-1-3). Ovaj čin znači nestanak “stare” dislokacije povezane sa ekstra-ravninom (1-1), i nastanak “nove” povezane sa ekstra-ravninom (2-2), ili, drugim riječima, prijenos "štafetne palice" - dislokacija na jednu međuplanarnu udaljenost. Ovo relejno kretanje dislokacije će se nastaviti sve dok ne dođe do ruba kristala, što će značiti pomak njegovog gornjeg dijela za jednu međuplanarnu udaljenost (tj. plastičnu deformaciju).

Ovaj mehanizam ne zahtijeva mnogo truda, jer sastoji se od uzastopnih mikropomeranja koji utiču na samo ograničen broj atoma koji okružuju ekstraravninu.

2. Očigledno je, međutim, da će se takva lakoća klizanja dislokacija primijetiti samo u slučaju kada na njihovom putu nema prepreka. Takve prepreke su svi defekti rešetke (posebno linearni i površinski!), kao i čestice drugih faza, ako su prisutne u materijalu. Ove prepreke stvaraju distorzije rešetke, za prevazilaženje kojih su potrebne dodatne vanjske sile, te stoga mogu blokirati kretanje dislokacija, tj. učiniti ih nepomičnima.

Površinski defekti

Svi industrijski metali (legure) su polikristalni materijali, tj. sastoje se od ogromnog broja malih (obično 10 -2 ... 10 -3 cm), haotično orijentiranih kristala, zvanih zrna. Očigledno je da je periodičnost rešetke svojstvena svakom zrnu (monokristalu) prekinuta u takvom materijalu, budući da su kristalografske ravni zrna rotirane jedna u odnosu na drugu za ugao b (vidi sliku 1.2.9), vrijednost od kojih varira od razlomaka do nekoliko desetina stepeni.

Rice. 1.2.9. Shema strukture granica zrna u polikristalnom materijalu

Granica između zrna je prijelazni sloj širok do 10 međuatomskih udaljenosti, obično s neuređenim rasporedom atoma. Ovo je mjesto gdje se nakupljaju dislokacije, prazna mjesta i atomi nečistoća. Stoga, u najvećem dijelu polikristalnog materijala, granice zrna su dvodimenzionalni, površinski defekti.

Utjecaj defekta rešetke na mehanička svojstva kristala. Načini povećanja čvrstoće metala.

Čvrstoća je sposobnost materijala da se odupre deformaciji i razaranju pod utjecajem vanjskog opterećenja.

Čvrstoća kristalnih tijela podrazumijeva se kao njihova otpornost primijenjenom opterećenju, koja teži da se pomjeri ili, u krajnjoj liniji, otkine jedan dio kristala u odnosu na drugi.

Prisustvo mobilnih dislokacija u metalima (već u procesu kristalizacije se pojavljuje do 10 6 ... 10 8 dislokacija u poprečnom presjeku od 1 cm 2) dovodi do njihove smanjene otpornosti na opterećenje, tj. visoka duktilnost i niska čvrstoća.

Očigledno, najefikasniji način povećanja čvrstoće je uklanjanje dislokacija iz metala. Međutim, ovaj put nije tehnološki napredan, jer Metali bez dislokacija mogu se dobiti samo u obliku tankih niti (tzv. „brkovi“) prečnika od nekoliko mikrona i dužine do 10 mikrona.

Zbog toga praktične načine ojačanje se zasniva na kočenju, blokiranju pokretnih dislokacija naglim povećanjem broja defekta rešetke (prvenstveno linearnih i površinskih!), kao i stvaranju višefaznih materijala

Takve tradicionalne metode povećanje čvrstoće metala su:

– plastična deformacija (fenomen stvrdnjavanja ili stvrdnjavanja),

– termički (i hemijsko-termički) tretman,

– legiranje (unošenje posebnih nečistoća) i, najčešći pristup, je stvaranje legura.

U zaključku, treba napomenuti da povećanje čvrstoće na temelju blokiranja pokretnih dislokacija dovodi do smanjenja duktilnosti i udarne čvrstoće i, shodno tome, operativne pouzdanosti materijala.

Stoga se pitanje stepena stvrdnjavanja mora odlučiti pojedinačno, na osnovu namjene i uslova rada proizvoda.

Polimorfizam u doslovnom smislu riječi znači multiformnost, tj. pojava kada se supstance istog hemijskog sastava kristališu u različitim strukturama i formiraju kristale različite singogije. Na primjer, dijamant i grafit imaju isti hemijski sastav, ali različite strukture; oba minerala se oštro razlikuju po fizičkim svojstvima. svojstva. Drugi primjer su kalcit i aragonit - imaju isti sastav CaCO 3, ali predstavljaju različite polimorfe.

Fenomen polimorfizma povezan je sa uslovima nastanka kristalnih supstanci i posledica je činjenice da su samo određene strukture stabilne u različitim termodinamičkim uslovima. Tako metalni kalaj (tzv. bijeli lim) kada temperatura padne ispod -18 C 0 postaje nestabilan i raspada se, formirajući „sivi lim“ drugačije strukture.

Izomorfizam. Metalne legure su kristalne strukture promjenjivog sastava, u kojima se atomi jednog elementa nalaze u međuprostoru kristalne rešetke drugog. To su takozvana čvrsta rješenja druge vrste.

Za razliku od čvrstih otopina druge vrste, u čvrstim otopinama prve vrste atomi ili ioni jedne kristalne tvari mogu biti zamijenjeni atomima ili ionima druge. Potonji se nalaze na čvorovima kristalne rešetke. Ovakva rješenja nazivaju se izomorfne smjese.

Uslovi neophodni za ispoljavanje izomorfizma:

1) Mogu se zamijeniti samo joni istog predznaka, tj. katjon katjonom, a anion anionom

2) Samo atomi ili ioni slične veličine mogu se zamijeniti, tj. razlika u ionskim radijusima ne smije biti veća od 15% za savršeni izomorfizam i 25% za nesavršeni izomorfizam (na primjer, Ca 2+ na Mg 2+)

3) Mogu se zameniti samo joni koji su bliski po stepenu polarizacije (tj. po stepenu jonske-kovalentnosti veze).

4) Samo elementi koji imaju isti koordinacijski broj u datoj kristalnoj strukturi mogu se zamijeniti

5) izomorfne supstitucije treba da se dese na ovaj način. Tako da se ne poremeti elektrostatička ravnoteža kristalne rešetke.

6) izomorfne supstitucije se javljaju u pravcu povećanja energije rešetke.

Vrste izomorfizma. Postoje 4 vrste izomorfizma:

1) izovalentni izomorfizam karakterizira činjenica da u ovom slučaju postoje joni iste valencije i da razlika u veličinama ionskih radijusa ne smije biti veća od 15%

2) heterovalentni izomorfizam. U tom slučaju dolazi do zamjene jona različite valencije. S takvom supstitucijom, jedan ion se ne može zamijeniti drugim, a da se ne naruši elektrostatička ravnoteža kristalne rešetke, stoga se kod heterovalentnog izomorfizma ne zamjenjuje ion, kao kod heterovalentnog izomorfizma, već se zamjenjuje grupa iona određene valencije. drugom grupom jona uz zadržavanje iste ukupne valencije.

U ovom slučaju, potrebno je uvijek imati na umu da je zamjena jona jedne valencije jonom druge uvijek povezana s kompenzacijom valencije. Ova kompenzacija se može dogoditi i u kationskim i u anjonskim dijelovima jedinjenja. U tom slučaju moraju biti ispunjeni sljedeći uslovi:

A) zbir valencija zamijenjenih jona mora biti jednak zbiru valencija zamjenskih jona.

B) zbir ionskih radijusa zamijenjenih iona trebao bi biti blizak zbiru ionskih radijusa zamjenskih iona i može se razlikovati od njega za najviše 15% (za savršeni izomorfizam)

3) izostrukturni. Ono što se dešava nije da se jedan ion zameni drugim ili grupa jona drugom grupom, već se čitav „blok“ jedne kristalne rešetke zamenjuje drugim sličnim „blokom“. To se može dogoditi samo ako su strukture minerala istog tipa i imaju slične veličine jediničnih ćelija.

4) izomorfizam posebne vrste.

dislokacija defekta kristalne rešetke

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Karakteristike piezoelektričnog efekta. Proučavanje kristalne strukture efekta: razmatranje modela, deformacije kristala. Fizički mehanizam obrnuti piezoelektrični efekat. Svojstva piezoelektričnih kristala. Primjena efekta.

kurs, dodan 09.12.2010


Informacije o vibracijama kristalnih rešetki, funkcijama koje opisuju njihove fizičke veličine. Kristalografski koordinatni sistemi. Proračun energije interakcije atoma u kovalentnim kristalima, spektra vibracija kristalne rešetke barijevog volframata.

teze, dodato 09.01.2014


Prolazak struje kroz elektrolite. Fizička priroda električne provodljivosti. Utjecaj nečistoća i defekata kristalne strukture na otpornost metala. Otpornost tankih metalnih filmova. Kontaktne pojave i termoelektromotorna sila.

sažetak, dodan 29.08.2010


Pojam i klasifikacija defekata u kristalima: energetski, elektronski i atomski. Glavne nesavršenosti kristala, formiranje točkastih defekata, njihova koncentracija i brzina kretanja duž kristala. Difuzija čestica zbog kretanja praznine.

sažetak, dodan 19.01.2011


Suština polimorfizma, istorija njegovog otkrića. Fizički i Hemijska svojstva polimorfne modifikacije ugljika: dijamant i grafit, njihova komparativna analiza. Polimorfne transformacije tečnih kristala, tankih filmova kalaj-dijodida, metala i legura.

kurs, dodan 04.12.2012


Kristalna i amorfna stanja čvrstih tijela, uzroci točkastih i linearnih defekata. Nukleacija i rast kristala. Umjetna akvizicija drago kamenje, čvrste otopine i tečne kristale. Optička svojstva holesteričnih tečnih kristala.

sažetak, dodan 26.04.2010


Istorija razvoja koncepta tečnih kristala. Tečni kristali, njihove vrste i osnovna svojstva. Optička aktivnost tekućih kristala i njihova strukturna svojstva. Fredericks efekt. Fizički princip rada LCD uređaja. Optički mikrofon.

tutorial, dodano 14.12.2010


Kristalizacija je proces prijelaza metala iz tekućeg u čvrsto stanje uz stvaranje kristalne strukture. Šema formiranja šava tokom elektrolučnog zavarivanja. Ključni faktori i uslovi neophodni za početak rasta kristala tečnih metala.

prezentacija, dodano 26.04.2015


Proučavanje strukture (formiranje od kristalita raspoređenih na haotičan način) i načina proizvodnje (hlađenje taline, taloženje parom, bombardiranje kristala neuronima) stakla. Upoznavanje sa procesima kristalizacije i staklene tranzicije.

sažetak, dodan 18.05.2010


Defekti u stvarnim kristalima, princip rada bipolarnih tranzistora. Distorzija kristalne rešetke u međuprostornim i supstitucionim čvrstim rastvorima. Površinski fenomeni u poluprovodnicima. Parametri tranzistora i koeficijent prijenosa struje emitera.