ملامح الحالة البلورية. الحالة البلورية السمات المميزة للحالة البلورية

صفحة 1

تتميز الحالة البلورية للمادة بتواتر التنسيب ثلاثي الأبعاد مواد بناء. يعتمد الانعراج على هذه الميزة. الأشعة السينيةمرت عبر البلورة ، وبالتالي تحليل حيود الأشعة السينية الكامل للبلورات.

تحدث الحالة البلورية للمادة عندما يتحقق كل من النظام قصير المدى وطويل المدى الموقف النسبيحبيبات. يمكن أن تتفاعل الروابط ، وشرائح الجزيئات الكبيرة داخل - وفيما بين الجزيئات.

تتميز الحالة البلورية للمادة بحقيقة أن الجسيمات (الذرات أو الأيونات أو الجزيئات) يتم ترتيبها ، على مسافات ثابتة من بعضها البعض ، لتشكيل شبكة منتظمة. في مادة غير متبلورة ، لا النظام الصحيحفي ترتيب الجسيمات لا يلاحظ.

تتميز الحالة البلورية للمادة الموقع الصحيحفي فضاء الجسيمات التي تتكون منها البلورة ، تكون شبكة بلورية أو مكانية. تسمى مراكز الجسيمات في البلورة عقد الشبكة المكانية.

تتميز الحالة البلورية للمادة بترتيب منتظم صارم ومتكرر بشكل دوري لجميع الذرات. هذه الصورة مثالية ، وتسمى البلورة ذات الترتيب المثالي للذرات بالكمال. في البلورة الحقيقية ، هناك دائمًا انحرافات وانتهاكات للترتيب المثالي للذرات. تسمى هذه الانتهاكات بالعيوب أو العيوب.

تتميز الحالة البلورية للمادة بتواتر ثلاثي الأبعاد في وضع مواد البناء. هذه هي الميزة التي تكمن وراء حيود الأشعة السينية المنقولة عبر البلورة ، وبالتالي أساس تحليل حيود الأشعة السينية الكامل للبلورات.

تتميز الحالة البلورية للمادة بترتيب منتظم ومتكرر بشكل دوري 1 لجميع الذرات في الشبكة البلورية. تسمى البلورة ذات الترتيب المثالي للذرات بالكمال. في البلورة الحقيقية ، توجد دائمًا انحرافات وانتهاكات للترتيب المثالي للذرات. تسمى هذه الانتهاكات عيوب أو عيوب البنية البلورية.

تتميز الحالة البلورية للمادة بتوجيه محدد بدقة للجسيمات بالنسبة لبعضها البعض وتباين الخواص (ناقلية) للخصائص ، عندما تختلف خصائص البلورة (التوصيل الحراري ، قوة الشد ، إلخ) في اتجاهات مختلفة .

في الغازي تكون حالة جزيئات المادة على مسافة كبيرة بما يكفي من بعضها البعض وتحتل حجمًا صغيرًا من المادة. في الحالة الغازية ، لا تتفاعل الجزيئات أو الذرات التي يتكون منها الغاز عمليًا مع بعضها البعض. لم يتم ترتيب بنية المواد الغازية.

عندما تتكثف المواد الغازية ، فإنها تتشكل سائل مواد. في الحالة السائلة ، تكون المسافة بين الجزيئات أصغر بكثير ، وتشغل الجزيئات الجزء الأكبر من حجم المادة ، على اتصال مع بعضها البعض وتنجذب إلى بعضها البعض. أولئك. في الحالة السائلة ، لوحظ بعض ترتيب الجسيمات ، لوحظ ترتيب المدى القصير.

في صلب الجسيمات قريبة جدًا من بعضها البعض بحيث تنشأ روابط قوية بينها ، ولا توجد عمليًا حركة للجسيمات بالنسبة لبعضها البعض. هناك درجة عالية من الترتيب في الهيكل. قد تكون المواد الصلبة في غير متبلور وبلوريحالة.

المواد غير المتبلورة ليس لها هيكل منظم ؛ مثل السوائل ، ليس لها سوى ترتيب متقارب (الحالة الزجاجية). المواد غير المتبلورة سائلة. البوليمرات والراتنجات والسيليكون غير المتبلور والسيلينيوم غير المتبلور والفضة الدقيقة وأكسيد السيليكون غير المتبلور والجرمانيوم وبعض الكبريتات والكربونات في حالة غير متبلورة. المواد غير المتبلورة الخواص ، أي تنتشر الخصائص الفيزيائية للمادة بالتساوي في اتجاهات مختلفة ، وليس لها نقطة انصهار محددة بدقة ، فهي تذوب في نطاق درجة حرارة معينة. لكن الغالبية العظمى من المواد الصلبة هي مواد بلورية.

تتميز المواد البلورية بالترتيب بعيد المدى ، أي دورية ثلاثية الأبعاد للهيكل في جميع أنحاء الحجم. يُصوَّر الترتيب المنتظم للجسيمات على أنه شبكات بلورية ، تكون في عقدها جزيئات تشكل مادة صلبة. ترتبط بخطوط خيالية.

تحتوي البلورات المفردة المثالية على:

تباين الخواص - أي في اتجاهات مختلفة في حجم البلورة ، تختلف الخصائص الفيزيائية.

نقطة انصهار معينة.

تتميز المواد البلورية بطاقة الشبكة البلورية ، وهي الطاقة التي يجب إنفاقها لتدمير الشبكة البلورية وإزالة الجزيئات من التفاعل.

يميز ثابت الشبكة المسافة بين الجسيمات في الشبكة البلورية ، وكذلك العقد بين وجوه الشبكة البلورية.

رقم التنسيق للشبكة البلورية هو عدد الجسيمات المجاورة مباشرة لجسيم معين.

الأقل الوحدة الهيكليةهي الخلية الأولية. هناك سبعة أنواع من المشابك البلورية: مكعب ، رباعي السطوح ، سداسي ، معيني السطوح ، متعامد الشكل ، أحادي الميل وثلاثي الميل.

يتم تعريف الحالات الفيزيائية للبوليمرات على أنها الطاقة الحركيةالجسيمات (الحالات الكلية) ، وترتيبها المتبادل في الفضاء (حالات الطور) [الشكل. 1].

يؤدي التغيير في شدة الحركة الحرارية للجسيمات وطاقة التفاعل بين الجزيئات مع زيادة درجة الحرارة أو انخفاضها إلى حدوث تغيير في حالة تجميع المادة.

يؤدي التغيير في الترتيب المتبادل للجسيمات مع زيادة درجة الحرارة أو انخفاضها إلى تغيير في حالة طور المادة. حالات المرحلة: البلورية والسائلة (غير المتبلورة) والغازية ، حيث يمكن أن تكون المواد ، تختلف عن بعضها البعض فقط في الترتيب المتبادل للجسيمات - الذرات ، والجزيئات ("ترتيبها"). الترتيب في الترتيب المتبادل للجسيمات هو أقصى احتمال لإيجاد مركز الجاذبية لجسيم معين على مسافات تساوي أو مضاعفات قطر الجسيم ، من مركز الثقل الذي تم حسابه.

تتميز حالة المرحلة الغازية بالافتقار التام للترتيب في الترتيب المتبادل للجسيمات. يتم تحديد الحالة السائلة (غير المتبلورة) بالترتيب قصير المدى في الترتيب المتبادل للجسيمات وغياب النظام بعيد المدى. تتميز الحالة البلورية للمادة بترتيب قصير المدى وطويل المدى في الترتيب المتبادل للجسيمات. كما ذكرنا سابقًا ، تتمثل إحدى سمات جزيئات البوليمر في تباين شكلها. لذلك ، في المركبات الجزيئية العالية البلورية ، يتضمن مفهوم "الترتيب بعيد المدى" كلاً من أقصى احتمال لإيجاد مركز الثقل لجزيء معين من ذلك الذي يتم أخذ العد التنازلي منه ("ترتيب التنسيق") ، و الاتجاه السائد للجسيمات متباينة الخواص ، والتي هي جزيئات كبيرة ("ترتيب التوجيه").

بعبارة أخرى ، إذا كان احتمال العثور على مراكز الجاذبية للجزيئات الكبيرة المجاورة في البوليمر غير المتبلور هو الحد الأقصى فقط على مسافات تتناسب مع حجم هذه الجسيمات ، فعندئذ في البوليمرات البلورية ، تُلاحظ هذه الاحتمالية القصوى أيضًا على مسافات تمثل عددًا صحيحًا من مرات أكبر من حجم الجسيمات (الشكل 2) ؛ تتميز الحالة البلورية بـ "التناظر المكاني الانتقالي".

يسمى التغيير في الوضع النسبي للجسيمات في الفضاء تحت تأثير درجة الحرارة بمرحلة انتقالية. تؤدي إعادة ترتيب بنية البوليمر إلى حدوث تغيير مفاجئ في المعلمات الديناميكية الحرارية: الحجم ، الطاقة الداخلية، المحتوى الحراري - ويرافقه امتصاص الحرارة أو إطلاقها ("انتقالات الطور من الدرجة الأولى").

في الوقت نفسه ، انتقالات الطور التي تحدث دون امتصاص أو إطلاق حرارة ("السيولة - السيولة الفائقة" ، "الموصل - الموصل الفائق") ، ولكن يوجد فيها تغير مفاجئ في السعة الحرارية ، الانضغاطية المتساوية ، معامل متساوي الضغط التمدد الحراريتسمى انتقالات المرحلة الثانية. في هذه الحالة ، يتغير التناظر في الترتيب المتبادل للجسيمات مع التغيير المستمر في الحجم والطاقة الداخلية والمعلمات الديناميكية الحرارية الأخرى.

بعبارة أخرى ، تتسبب انتقالات الطور من النوع الأول في حدوث تغيير مفاجئ في المشتق الأول ، وتحولات الطور من النوع الثاني - المشتق الثاني فيما يتعلق بالإمكانات الكيميائية.

قد تكون جميع البوليمرات المكونة للألياف في حالة غير متبلورة. يتم وصف الحالة غير المتبلورة للبوليمرات بناءً على افتراض الدور السائد للمستويات الثانوية والثالثية التنظيم الهيكليمواد.

من الطرق الملائمة لوصف أجسام البوليمر في الحالة غير المتبلورة تقييم خواصها الميكانيكية عند درجات حرارة مختلفة.

المعادلات التي تحدد العلاقة بين شدة مجالات القوة الخارجية ، والتشوه لجسم البوليمر ، ومعدلات الإجهاد تسمى المعادلات الريولوجية لحالة الأنظمة. يمكن أن تصف هذه المعادلات ، مع بعض التقريب ، الخصائص الحقيقية للمواد البوليمرية بنفس الطريقة التي تصف بها قوانين الغاز المعروفة خصائص الغازات الحقيقية.

إذا ، نتيجة لتأثير القوى الخارجية على جسم بوليمر ، تتراكم الطاقة الداخلية فيه ، لكنها لا تتبدد ، يسمى الجسم مرنًا. في حالة تبديد عمل القوى الخارجية تمامًا ، يتميز الجسم بأنه لزج. أخيرًا ، إذا حدث تراكم جزئي للطاقة فقط في جسم بوليمر تحت تأثير القوى الخارجية ، وتبدد ما تبقى منه ، فإن هذا الجسم يسمى لزجًا مرنًا (أو مرنًا لزجًا).

بعد إنهاء عمل القوى الخارجية ، يخضع الوسط المرن (الجسم المرن) ، تحت تأثير الطاقة المرنة المخزنة ، لتغيير قابل للانعكاس في الشكل.

بعد إزالة الحمل ، يبقى الوسط اللزج في نفس الحالة: لا توجد مصادر طاقة قادرة على التسبب في مزيد من التشوه القابل للانعكاس (جزئيًا على الأقل). تحت تأثير مواد التسخين أو المذيبات (التلدين) ، يمكن أن يكتسب البوليمر نفسه خصائص مميزة لكل مجموعة ريولوجية. تسمى التغييرات في شكل وأبعاد مادة البوليمر التي تحدث تحت تأثير القوى الخارجية بالتشوه.

يتم تحديد قدرة المواد البوليمرية على التشوه تحت تأثير مجالات القوة الخارجية من خلال ميزات مستوياتها الأولية والثانوية والعالية من التنظيم الهيكلي ، بالإضافة إلى درجة الحرارة والبيئة التي يحدث فيها هذا التشوه.

الحالة الصلبة (الزجاجية) للبوليمرات

تعد قدرة تشوه المواد البوليمرية ، بسبب التغيير القابل للانعكاس تمامًا في زوايا الرابطة والمسافات بين الذرية في الركيزة البوليمرية تحت تأثير القوى الخارجية ، من سمات مظاهر الخصائص المرنة. تسمى درجة الحرارة التي يمكن أن يتشوه جسم البوليمر تحتها بفعل قوى خارجية كجسم مرن بدرجة حرارة التقصف. تيحافة يمكن تمثيل عمل مجالات القوة الخارجية (الشكل 3.3 ، أ) كضغط وقص وتوتر شامل. في الوقت نفسه ، يتجلى أي تشوه محدود لمادة بوليمرية ، من ناحية ، على أنه تشوه للضغط الحجمي (أو التمدد) ، والذي يميز تغيرًا في حجم الجسم مع الحفاظ على شكله (التمدد) ، و ، من ناحية أخرى ، كتشوه القص ، والذي يميز تغيير شكل الجسم عند تغيير حجمه (انظر الشكل 3.3 ، ب). في هذا الصدد ، يجب أن تصف المعادلة الانسيابية للحالة كلا من التأثيرات المرتبطة بالتغير في حجم الجسم المشوه وتأثير الضغوط على التغيير في شكله. في الحالة العامة ، يظهر التشوه في شكلين: قابلين للانعكاس ولا رجوع فيه. لا يتم تجديد الطاقة المنفقة على تشوه لا رجعة فيه.

تحت التوتر أحادي المحور لعينة مرنة (كتلة ، قضيب ، ليف) ، يحدث استطالة عكسية (انظر الشكل 3 ، الخامس-1) كما وصفها قانون هوك:

بوليمر موجه للشحم الزجاجي

أين ه X= د ل/ل; ه= tgц - معامل المرونة (معامل يونج) ؛ o هو الجهد المطبق.

ومع ذلك ، في ظل التوتر أحادي المحور ، يحدث انخفاض قابل للانعكاس في منطقة المقطع العرضي للعينة ، مما يتسبب في إجهاد الانضغاط e y (انظر الشكل 3 ، ب-3):

أين م هي نسبة بواسون.

في هذه الحالة ، التغير النسبي في حجم الجسم د الخامس/الخامس 0 عندما تكون ممتدة

لأجسام البوليمر أعلاه تيبقيمة م؟ 0.5

في عملية التمدد ، يحدث تشوه القص أيضًا ، حيث تتحقق حالة الإجهاد المستوي في هذه الحالة. يُعرَّف إجهاد القص f أثناء التشوه العكسي بأنه نسبة القوة إلى مساحة السطح التي يتم تطبيقه عليها.

إن إجهاد القص e c هو مقياس للضغط يُعرَّف بأنه

ه ج \ u003d د X/د فيو = جيه ج (4)

أين جي- معامل المرونة في القص (معامل القص).

إذا أخذنا في الاعتبار أن نسبة بواسون هي مقياس للضغط العرضي المصاحب للتوتر الطولي ، إذن

ه = 2جي(1 + م) (5)

بالنسبة إلى م = 0.5 نحصل على ه = 3جي. يمكن أن يظهر تشوه القص على أنه قص "بسيط" ونقي. بالنسبة لأنظمة البوليمر ، تختلف هذه الخصائص من حيث أن التحول البسيط يمكن أن يؤدي إلى إعادة ترتيب مطابقة في ركيزة البوليمر. تؤدي تشوهات القص إلى إعادة ترتيب التنظيم فوق الجزيئي بأكمله للبوليمر. تتميز قابلية تشوه أجسام البوليمر في القص بخاصية متكاملة ، وهي معامل القص جي. لأن ه = 3جي، الذي - التي

مع تحول بسيط (انظر الشكل 3.3 ، ب-2) يؤدي التشوه D x إلى إزاحة النقطة أفي الموقف أ"، والزاوية ب صغيرة. وهذا يؤدي إلى دوران قطري متزامن OVفي الموقف OV"، و u = b / 2. وبالمثل ، سيكون هناك تشوه القص على طول المحور في. تراكب تشوهات القص على طول المحاور Xو فييؤدي إلى دوران الحجم المشوه.

في القص النقي ، يكون الحجم المشوه ، كما هو ، ممتدًا وقطريًا تيار متردديتحرك بالتوازي مع نفسه DE. هذه الحركة مصحوبة بإطالة للقطر OVبالمبلغ VC. لذلك ، لا يحدث دوران عناصر الوسط أثناء القص النقي. في الوقت نفسه ، يؤدي تحليل الصورة ثلاثية الأبعاد لحالة الإجهاد لجسم بوليمر تحت القص أحادي البعد إلى الحاجة إلى مراعاة حدوث الضغوط الطبيعية y.

عند الزيادة الكبيرة في البريد ، يكون الاعتماد الخطي y = F(هـ) ، الموصوفة في قانون هوك ، منتهكة.

يوضح الشكل مخطط استطالة الحمل النموذجي (y-e) للمواد البوليمرية في الحالة الصلبة. 4. مؤامرة OAسمة من سمات الأجسام المرنة تمامًا. الموقع على شمسيتم تنفيذ "منصة اللدونة" ، وبعد ذلك مرة أخرى على الموقع قرص مضغوطالقيم الإلكترونية أناتنمو مع زيادة في أناحتى عينة التمزق (ص ص). مع ارتفاع درجة الحرارة ، يتناقص معامل المرونة ، وتقل المساحة شمسيطيل. تنخفض قيمة y أيضًا. تؤدي الزيادة في معدل الإجهاد إلى زيادة في y p ولكن انخفاض في e p.

اعتمادًا على حجم منطقة اللدونة - الامتثال P - يحكمون على قدرة مادة البوليمر على تشوه البلاستيك ، أي حول قدرته على تغيير شكله بشكل لا رجعة فيه تحت تأثير الجهد المطبق. يمكن تحديد P كميا بواسطة رسم بياني y-e، إذا قارنا قيم ظل زاوية ميل الظل عند النقطة فيو نقطة مع، أي.

منطقة محدودة ODK، يميز "قابلية التشغيل" لمادة البوليمر وهو

للألياف والأفلام القيمة أيمكن تقدير П بمعدل إجهاد ثابت ودرجة حرارة في التقريب الأول كـ

من الخصائص المهمة للأجسام البوليمرية الاعتماد الزمني لخصائصها الفيزيائية.

يسمى انتقال أي نظام من حالة غير مستقرة إلى حالة مستقرة بالاسترخاء. يتم تحديد مدة هذه العملية على أنها وقت الاسترخاء fr. لذلك ، يمكننا التحدث عن استرخاء الإجهاد (الانكماش) ​​أو الإجهاد. في أبسط الحالات ، يتم وصف حركية عملية الاسترخاء بواسطة المعادلة

يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للمواد البوليمرية من خلال نسبة مدة التعرض رلنظام خارجي ميدان القوةووقت الاسترخاء من:

حيث دي هو معيار ديبوراه.

تحدد قيمة De التغير في الخصائص الفيزيائية لأنظمة البوليمر. تعتبر القيم الكبيرة لـ De نموذجية للمواد الصلبة ، وقيم صغيرة للسوائل.

تعتمد قيمة fp بشكل أساسي على درجة الحرارة. تم وصف هذا الاعتماد بواسطة صيغة Alexandrov - Gurevich

أين د يو- تغير في الطاقة الداخلية لجسم البوليمر ؛ ب p - معامل يعتمد على بنية البوليمر ؛ y هو الجهد المطبق على جسم البوليمر.

تؤدي الزيادة في درجة الحرارة ، التي تؤدي إلى تكثيف الحركة الجزئية للجزيئات الكبيرة ، إلى انخفاض في r. تؤدي زيادة شدة مجال القوة المطبق على جسم البوليمر إلى نفس التأثير.

تؤدي الزيادة في طول الجزيئات الكبيرة (الوزن الجزيئي) للبوليمر إلى تغيير كبير في طبيعة المنحنيات الحرارية الميكانيكية. على التين. يوضح الشكل 5 منحنيات حرارية ميكانيكية للمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض والمواد ذات الوزن الجزيئي المرتفع. على سبيل المثال ، يلين البارافين (جزء C 10-C 14) عند تسخينه ويمر إلى حالة لزجة. يحدث الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائلة تدريجيًا في نطاق درجة حرارة معينة تي 1. يغير هذا لزوجة البارافين من 10 10-10 13 إلى 1.0-10 باسكال ، ولكن لا يوجد تغيير في الترتيب المتبادل للجسيمات ، أي لا تحدث تحولات المرحلة. درجة حرارة التحول إلى الحالة الصلبة للتجميع (درجة حرارة التزجج تيج) ودرجة حرارة التحول إلى حالة لزجة تيم تتطابق عمليا ، أي للمواد منخفضة الوزن الجزيئي تي 1 = تيج = تيت.

بالفعل لقيمة البارافين С 40 -С 50 تي 2 = تير أكثر قليلا من تيمع. مع زيادة أخرى في الوزن الجزيئي ، القيمة تي أنا = تييزيد ر ، و تيتبقى الصورة دون تغيير تقريبًا.

ترجع المنصة الأفقية على المنحنى الحراري الميكانيكي إلى قدرة سلاسل البوليمر على الخضوع للتحولات التوافقية ولا تظهر إلا عندما يصبح الجزيء مرنًا. بين تيمع و تيمادة البوليمر t قادرة على التشوهات عالية المرونة مثل المطاط. هذه هي منطقة درجة الحرارة ذات المرونة العالية.

تسمى البوليمرات القادرة في الغالب على تشوه عالي المرونة في درجة حرارة الغرفة (مطاط سلسلة الكربون المختلفة ، بولي يوريثان ، بولي سيلوكسانيس ، إلخ) اللدائن.

في مجال المرونة العالية ، ترتبط درجة البلمرة بمرونة الجزيئات الكبيرة بالعلاقة التالية:

أين صج هي درجة بلمرة القطعة ؛ أو في-الثوابت المميزة لسلسلة بوليمر متجانسة معينة.

عند تسخينها تير البوليمر يمر في حالة لزج.

وبالتالي ، يمكن تحقيق الحالة غير المتبلورة للبوليمرات المكونة للألياف على أنها زجاجية ، ومرنة للغاية ، ولزجة.

أثناء التسخين متساوي القياس للألياف ، يزداد الضغط المطلوب لتحقيق سلالة معينة e تدريجياً (الشكل 6). في منطقة درجة حرارة التزجج ، يصل هذا الإجهاد أقصى قيمةذ ر ثم يسقط. تزداد قيم y m مع زيادة درجة اتجاه البوليمر وتنخفض مع انخفاض درجة تبلور ركيزة البوليمر. يمكن أن تكون قيمة y m بمثابة مقياس لعدم توازن (توتر) مادة البوليمر.

في الحالة العامة ، فإن إجمالي التشوه النسبي (الإجمالي) e حول إجهاد معين يتكون من مرونة - e n ، عالية المرونة - e ve والبلاستيك (لا رجعة فيه) - مكونات e p:

يتم تحديد نسبة هذه المكونات من خلال حجم الضغط المطبق y ، معدل الإجهاد دهـ / د، ودرجة الحرارة ، وكذلك الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنظام البوليمر المتوسط ​​الذي يتشوه فيه جسم البوليمر.

يرتبط التشوه المرن (الخطافى) بتشوه زوايا الرابطة والتغيرات في المسافات بين الذرية. بعد إزالة الحمل ، يتم استعادة التشوه المرن بالكامل في أقل من 10 -3 ثانية.

ينتج التشوه المرن للغاية عن تغيير في مطابقة الجزيئات الكبيرة ويرتبط بتغير في الحركة الحرارية القطعية للجزيئات الكبيرة في مجال القوة المطبقة. تحت التمدد أحادي المحور للبوليمر ، تميل الجزيئات الكبيرة إلى تقويم نفسها وتوجيه نفسها على طول اتجاه عمل القوى. بعد إزالة الحمل تحت تأثير الحركة الحرارية ، يتم تدريجياً استعادة متوسط ​​التشكل الإحصائي الأولي للجزيئات الكبيرة. يمكن أن يتراوح الوقت اللازم لانتقال النظام إلى حالة التوازن المستقرة (وقت الاسترخاء) ، اعتمادًا على الظروف المختارة وصلابة الجزيئات الكبيرة ، من 10 -2 ثانية إلى 10 4 سنوات.

استعادة الشكل البطيء بسبب التشوه الشديد المرونة ، ما يسمى ب "ذاكرة الشكل" قيمة عمليةعند استخدام المنتجات المصنوعة من البوليمرات.

يحدث تشوه اللدائن بسبب تحول لا رجعة فيه للجزيئات الكبيرة وغيرها العناصر الهيكليةتحت الجهد المطبق.

عند الضغط المستمر ، يتم تحديد نسبة الأجزاء الفردية للتشوه بواسطة درجة الحرارة التي يحدث عندها التشوه. تقع منطقة الحالة الزجاجية في النطاق من تي xp يصل تيمع أين تي xp هي درجة حرارة الهشاشة ، والتي تحتها لا تتجلى مرونة الجزيئات الكبيرة.

تقع منطقة الحالة عالية المرونة بين تيمع و تيم ، ومنطقة الحالة اللزجة بينهما تير و تين ، أين تي n هي درجة الحرارة التي يتدفق فوقها البوليمر كسائل نيوتوني. في تييظهر хр فقط تشوهًا مرنًا ، وفي تين - البلاستيك فقط. في بقية درجات الحرارة تتراوح من تي xp يصل تين هناك تشوه شديد المرونة بسبب مرونة الجزيئات الكبيرة. في الحالة الزجاجية ، يسود التشوه المرن ، ولكن هناك أيضًا تشوهات عالية المرونة والبلاستيك.

يسمى التشوه عالي المرونة للبوليمر في الحالة الزجاجية بالمرونة المستحثة (وفقًا لألكساندروف).

في بوليمر صلب ، كما هو الحال في محلول مخفف بلا حدود في مذيب n ، سلاسل بوليمر تتميز بمعامل مرونة Flory F 0> 0.63 ، تشكل ملفات إحصائية. الحجم الذي يشغله هذا الملف هو 1.5-3.0٪ فقط مملوء بمادة بوليمرية. يتم ملء جزء من هذا الحجم غير المشغول للملف بشرائح من السلاسل المجاورة. نتيجة لذلك ، فإن سلاسل البوليمر في الجزء الأكبر من البوليمر متشابكة. ومع ذلك ، يؤدي تباين الأجزاء إلى ظهور ترتيب معين: يتسبب التفاعل الجزيئي في ظهور ترتيب قصير المدى في ترتيبها المتبادل. تصل الأبعاد المستعرضة لهذه المواد المساعدة إلى 0.5 نانومتر ، بينما تصل الأبعاد الطولية إلى 10-15 نانومتر.

هذه الشركات الزميلة والحزم والمجالات هي عناصر مهمةهياكل البوليمر في الحالة غير المتبلورة.

ومع ذلك ، فإن الحركة الحرارية لأجزاء من الجزيئات الكبيرة ، والتي تحدد مرونتها ، تؤدي إلى ظهور تقلبات في كثافة مادة ما ، والتي يبلغ عمرها في السوائل ذات الوزن الجزيئي المنخفض 10-6-10-9 ثوانٍ ، وفي الحالة الصلبة. البوليمرات ، نتيجة لتقييد حركة القطعة ، كما ذكرنا سابقًا ، من 10 -2 ثانية إلى 10 4 سنوات.

وتجدر الإشارة إلى أن سلسلة بوليمر واحدة يمكن أن تمر عبر العديد من حزم التذبذب. نتيجة لذلك ، يمكن تمثيل بنية البوليمر في الحالة غير المتبلورة بشبكة تذبذب متناحي الخواص ، وعقدها عبارة عن مجالات وحزم من الجزيئات الكبيرة. هذه الشبكة مرنة للغاية. تحت تأثير مجالات القوة الخارجية ، وكذلك مع تغير درجة الحرارة ، ستتغير خصائصها الفيزيائية - القوة والتشوه - وتزداد نسبة المرونة القسرية مع زيادة درجة الحرارة.

تسمى منطقة درجة الحرارة التي يكون فيها لسلاسل البوليمر إمكانية الحركة القطعية الشديدة منطقة درجة حرارة التزجج (عندما يتم تبريد البوليمر) أو إزالة التزجج (عند تسخين البوليمر) وتتميز بدرجة حرارة التحول الزجاجي تيمع. في نطاق درجة الحرارة هذا ، يصبح e ve هو الرئيسي جزء لا يتجزأالقابلية للتشوه العام لمادة البوليمر تحت تأثير إجهاد خارجي معين. في هذه الحالة ، يتغير أيضًا التغليف المتبادل لقطاعات سلسلة البوليمر.

لو الخامسس هو الحجم الإجمالي المحدد للبوليمر ، أ الخامس F- "الحجم الحر" ، فإن نسبة الحجم الحر تساوي F = الخامس F /الخامسيدق مع زيادة درجة الحرارة ، القيمة Fالزيادات (الشكل 8):

حيث أ ب تي- معامل التمدد الحراري عند درجة الحرارة تي; F c هو جزء الحجم الحر عند تي ? تي s ، يساوي 0.025 ± 0.003 (قاعدة Simha-Boyer).

إذا كان b c هو معامل التمدد الحراري عند درجة حرارة التزجج ، فعندئذ بالنسبة للبوليمرات ذات السلسلة المرنة

مع انخفاض في مرونة الجزيئات ، القيم تيمع زيادة (الجدول 1).

حالة عالية المرونة من البوليمرات

البوليمرات ، كونها في حالة عالية المرونة ، قادرة على حدوث تشوهات كبيرة (4-5 أضعاف) قابلة للانعكاس.

حالة المرونة العالية خاصة بالبوليمرات: المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض لا تمتلك هذه الخاصية. يقع الفاصل الزمني لدرجة الحرارة للحالة عالية المرونة على المنحنى الحراري الميكانيكي تيتي - تيمع. حيث ترتفع درجة الحرارة من تيمن الى تيم يزداد جزء الحجم الحر وفقًا للمعادلة (3.13).

بالنسبة للبوليمرات ذات الحالة المرنة للغاية ، يتم الاحتفاظ بالترتيب قصير المدى في الترتيب المتبادل لقطاعات الجزيئات الكبيرة ، ولكن حركتها أعلى بكثير مما كانت عليه في الحالة الزجاجية: يتم تقليل وقت الاسترخاء بمقدار 5-6 أوامر عشرية. يتم تقليل معامل مرونة أجسام البوليمر في حالة عالية المرونة إلى 0.1-0.3 ميجا باسكال. تتغير أيضًا انضغاطية البوليمر بشكل كبير. إذا كانت في الحالة الزجاجية ضمن (1 - 5) 10-12 باسكال -1 للعديد من البوليمرات المكونة للألياف ، فنتيجة لإزالة المزج عن ركيزة البوليمر ، تزداد قابلية الانضغاط إلى (3-6) 10-10 باسكال -1.

تتوافق الحالة الأكثر احتمالية لجسم البوليمر مع أقصى إنتروبيا:

يتم تفسير هذه الحالة من خلال التشكل الأكثر ملاءمة بقوة لسلسلة مفصلية بحرية.

يؤدي التشوه العكسي للشبكة المكانية لركيزة البوليمر ، المبنية من هذه الملفات الإحصائية ، إلى تغيير في الانتروبيا التكوينية D سي في الوقت نفسه ، تتميز قابلية تشوه هذه الشبكة بمعامل مرونة عالية ههاء:

حيث c p هي كثافة البوليمر عند درجة الحرارة تي أنا ; ك- ثابت بولتزمان ؛ مج هو الوزن الجزيئي للقطعة.

لذلك ، تحديد هالخامس ، من الممكن تقدير حجم قطعة سلسلة البوليمر في الحالة عالية المرونة. قيمة ههاء يزيد مع زيادة تي.

عند تحليل عمليات تشوه البوليمرات في حالة عالية المرونة ، يُفترض أن حركة العناصر الحركية للبنية (الأجزاء) مشابهة لحركة جزيئات الغازات المثالية. هذا الافتراض صالح لتشوهات لا تزيد عن 50٪. تتحقق التشوهات الكبيرة المميزة للبوليمرات في حالة المرونة العالية ، ليس فقط بسبب الخمس ، ولكن أيضًا بسبب أنت و أي شيء (انظر الشكل 7). تسبب هذه التشوهات تغييرا ليس فقط في د س k ، ولكن أيضًا المحتوى الحراري للبوليمر D ح.

عند حدوث تشوهات كبيرة ، لوحظ أيضًا انخفاض في حجم أجسام البوليمر ، وضغط هيكلها وإطلاق قدر معين من الحرارة ، مما يزيد من درجة حرارة العينة بمقدار 1.5-2 درجة.

الاعتماد على درجة الحرارة للخصائص الميكانيكية للبوليمرات غير المتبلورة أعلى تييمكن وصف c من خلال ما يسمى بوظيفة التخفيض أ تي. هذه القيمة هي نسبة وقت الاسترخاء عند درجة حرارة معينة تيبحلول وقت الاسترخاء في درجة الحرارة تي > تي 1 ? تيق ، أي

قيمة أ تيبسبب الاعتماد على درجة الحرارة لمرونة الجزيئات الكبيرة. بدلا من أوقات الاسترخاء φ تيو تيج يمكن اختيار الخصائص الزمنية الأخرى اعتمادًا على خصائص استرخاء البوليمرات: اللزوجة ، الإجهاد ، الإجهاد ، معامل الانتشار. على سبيل المثال،

حيث h و c هي لزوجة وكثافة نظام البوليمر عند درجة حرارة تي، و s 1 و s 1 - عند درجة حرارة التخفيض تي 1 = تيج + (50 ± 4).

بمقارنة (16) و (19) و (20) نحصل عليها

حيث bTc هو معامل التمدد الحراري عند Tc.

من الواضح في نظرة عامةيمكن أن تكون مكتوبة

أين أو مع- الثوابت حسب نسبة الحجم الحر Fج.

تُعرف العلاقة (23) بصيغة ويليامز - لاندل - فيري (WLF).

على التين. 9 يوضح التبعية lg أ تيمن تي - تي s للأنظمة المختلفة ، مما يدل على عالميتها. تحدد الثوابت المدرجة في هذه الصيغة خصائص درجة الحرارة لخصائص الاسترخاء ، بما في ذلك sef. إنها عالمية فيما يتعلق بالعديد من البوليمرات المكونة للألياف.

إذا تم ضبط درجة الحرارة المرجعية على تيج أو درجة حرارة أقل ( تيج + 50) ، إذن أ = -17,44; مع= 51.6. ومع ذلك ، إذا كانت درجة الحرارة المرجعية هي تي 1 = (تي c + 50) ، وهو مفيد للعديد من اللدائن ، إذن أ = -8,86; مع = 101,6.

في الحالة المرنة للغاية ، تكون الحصة الرئيسية هي ، على الرغم من أن مساهمة أنت وأنا أيضًا مهمة جدًا. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تقليل e y وتزيد من e ve و e n.

يتم تحديد استخدام اللدائن من خلال قدرتها على التشوهات العكوسة العالية في درجات حرارة الغرفة.

ومع ذلك ، في الحالة اللزجة ، يكون الجزء الرئيسي من التشوه هو e p وفي هذه الحالة ، إلى حد ما ، يتم الحفاظ أيضًا على e y ، ولكن إلى حد أكبر قليلاً - e ve.

في درجات حرارة أعلى تيوتصبح الكسور e y و e صغيرة جدًا.

منطقة انتقال البوليمر إلى حالة التدفق اللزج ، درجة الحرارة تيم يتحدد بمرونة الجزيئات ، وزنها الجزيئي. ومع ذلك ، يتم تحقيق نطاق درجة الحرارة هذا عند F ? 0,333.

اعتماد الاب على درجة الحرارة [انظر. تحدد المعادلة (10)] اعتمادًا مشابهًا لمعيار ديبورا (De). لذلك ، عند إنشاء منحنى حراري ميكانيكي كامل (انظر الشكل 7) ، بما في ذلك الحالات الزجاجية عالية المرونة واللزجة ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مدة القوة رلتحقيق قيمة e في مناطق درجات الحرارة المختلفة ، يمكن أن تختلف بعدة أوامر عشرية.

يتميز شكل الجزيئات الكبيرة في كل من المحلول والذوبان ، وكذلك في المادة الصلبة ، بتباين معين. في هذا الصدد ، يرجع الترتيب الذاتي لسلاسل البوليمر إلى إمكانية تحقيق التنسيق والترتيب التوجيهي بعيد المدى.

عندما يتم انتهاك ترتيب التنسيق بعيد المدى ، تتشكل حالة تكون وسيطة بين البلورية وغير المتبلورة ، - ترتيب ذاتي متوسط ​​الطور [من "meso" (يوناني) - وسيط]. بالنسبة لحالة التجميع السائلة ، فإنها تتجلى على أنها تكوين سوائل متباينة الخواص. يتم تعريف حالة الطور لهذه السوائل بمصطلح "بلورة سائلة".

المواد التي من المحتمل أن تكون في حالة بلورية سائلة تسمى mesogenic. إذا كان شكل الجزيئات الكبيرة متباين الخواص ، فإن الانتقال من البلورة إلى السائل الخواص يمكن أن يحدث من خلال سلسلة من الأطوار المتوسطة. إذا حدث الانتقال تحت تأثير الحرارة ، فإنه يتم تعريفه على أنه تشبع حراري ؛ إذا تم إجراؤها تحت تأثير المذيبات ، فإن العملية توصف بأنها مقلدة. تتحقق الحالة البلورية السائلة الموجهة بالحرارة عندما يتم تسخين المواد متوسطة التولد أعلاه تيرر أو عند التبريد الفائق للذوبان.

داخل الجسيمات الكيميائية ، ولكن أيضًا عن طريق وضع الجسيمات نفسها في الفراغ بالنسبة لبعضها البعض والمسافات بينها. اعتمادًا على ترتيب الجسيمات في الفضاء ، يتم تمييز النظام قصير المدى وطويل المدى.

يكمن ترتيب المدى القصير في حقيقة أن جسيمات المادة توضع بانتظام في الفضاء على مسافات واتجاهات معينة عن بعضها البعض. إذا تم الحفاظ على هذا الترتيب أو تكراره بشكل دوري عبر الحجم الكامل للمادة الصلبة ، فسيتم تكوين ترتيب بعيد المدى. وبعبارة أخرى ، فإن الأوامر طويلة المدى وقصيرة المدى هي وجود ارتباط بين البنية المجهرية للمادة إما داخل العينة العيانية بأكملها (طويلة المدى) أو في منطقة ذات نصف قطر محدود (قريب). اعتمادًا على التأثير التراكمي (أو الساحق) للترتيب قصير المدى أو بعيد المدى لوضع الجسيمات ، يمكن أن يكون للمادة الصلبة حالة بلورية أو غير متبلورة.

الأكثر ترتيبًا هو وضع الجسيمات في البلورات (من الكلمة اليونانية "kristalos" - الجليد) ، حيث توجد الذرات أو الجزيئات أو الأيونات فقط في نقاط معينة في الفضاء ، تسمى العقد.

الحالة البلورية عبارة عن هيكل دوري منظم ، يتميز بوجود كل من النظام قصير المدى وطويل المدى في ترتيب الجسيمات الصلبة.

السمة المميزة للمواد البلورية بالمقارنة مع المواد غير المتبلورة هي تباين الخواص.

تباين الخواص هو الاختلاف في الخواص الفيزيائية والكيميائية مادة بلورية(التوصيل الكهربائي والحراري ، القوة ، الخصائص البصرية ، إلخ) حسب الاتجاه المختار في البلورة.

يرجع تباين الخواص إلى التركيب الداخلي للبلورات. في اتجاهات مختلفة ، تختلف المسافة بين الجزيئات في البلورة ، وبالتالي ، فإن الخاصية الكمية لخاصية أو أخرى لهذه الاتجاهات ستكون مختلفة.

يتجلى تباين الخواص بشكل خاص في البلورات المفردة. يعتمد إنتاج الليزر ومعالجة البلورات المفردة لأشباه الموصلات وتصنيع رنانات الكوارتز والمولدات فوق الصوتية على هذه الخاصية. مثال نموذجي لمادة بلورية متباينة الخواص هو الجرافيت ، وبنيته عبارة عن طبقات متوازية ذات طاقات ربط مختلفة في منتصف الطبقات وبين الطبقات الفردية. نتيجة لذلك ، تكون الموصلية الحرارية على طول الطبقات أعلى بخمس مرات من الاتجاه العمودي ، والموصلية الكهربائية في اتجاه طبقة فردية قريبة من الطبقة المعدنية ومئات المرات أكبر من الموصلية الكهربائية في الاتجاه العمودي .

هيكل الجرافيت (الطول المشار إليه اتصالات C-Cداخل الطبقة والمسافة بين الطبقات الفردية في البلورة)

في بعض الأحيان يمكن أن تشكل المادة نفسها بلورات أشكال متعددة. تسمى هذه الظاهرة تعدد الأشكال ، وتسمى الأشكال البلورية المختلفة لمادة واحدة التعديلات متعددة الأشكال ، على سبيل المثال ، الألماس والجرافيت. أ- ، ب- ، ز- ود- حديد ؛ a- و b-quartz (لاحظ الفرق بين مفاهيم "allotropy" ، والتي تشير حصريًا إلى مواد بسيطةفي أي ، و "تعدد الأشكال" ، الذي يميز بنية المركبات البلورية فقط).

في الوقت نفسه ، يمكن أن تشكل المواد ذات التركيب المختلف بلورات من نفس الشكل - وتسمى هذه الظاهرة تماثل الشكل. لذلك ، فإن المواد المتشابهة التي لها نفس المشابك البلورية هي Al و Cr وأكاسيدها ؛ آغ وأو ؛ BaCl 2 و SrCl 2 ؛ KMnO 4 و BaSO 4.

توجد الغالبية العظمى من المواد الصلبة في الظروف العادية في الحالة البلورية.

المواد الصلبة التي ليس لها بنية دورية غير متبلورة (من اليونانية " أمورفوس"- بدون شكل). ومع ذلك ، فإن بعض ترتيب الهيكل موجود فيها. يتجلى في الوضع المنتظم لأقرب "جيرانه" حول كل جسيم ، أي أن المواد غير المتبلورة لها ترتيب قصير المدى فقط وبهذه الطريقة تشبه السوائل ، لذلك ، مع بعض التقريب ، يمكن اعتبارها سوائل فائقة التبريد ذات اللزوجة العالية. يتم تحديد الفرق بين الحالة السائلة والصلبة غير المتبلورة من خلال طبيعة الحركة الحرارية للجسيمات: في الحالة غير المتبلورة ، تكون قادرة فقط على الاهتزاز و حركة دورانية، ولكن لا يمكن أن تتحرك في سمك المادة.

الحالة غير المتبلورة هي حالة صلبة للمادة تتميز بوجود ترتيب قصير المدى في ترتيب الجسيمات ، وكذلك الخواص - نفس الخصائص في أي اتجاه.

تكون الحالة غير المتبلورة للمواد أقل استقرارًا من الحالة البلورية ، لذلك يمكن أن تدخل المواد غير المتبلورة في الحالة البلورية تحت تأثير الأحمال الميكانيكية أو مع تغير درجة الحرارة. ومع ذلك ، يمكن أن تكون بعض المواد في حالة غير متبلورة لفترة طويلة بما فيه الكفاية. على سبيل المثال ، الزجاج البركاني (الذي يصل عمره إلى عدة ملايين من السنين) ، زجاج عاديوالراتنجات والشموع ومعظم هيدروكسيدات المعادن الانتقالية وما شابه ذلك. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تكون جميع المواد تقريبًا في حالة غير متبلورة ، باستثناء المعادن وبعض المركبات الأيونية. من ناحية أخرى ، من المعروف أن المواد يمكن أن توجد فقط في حالة غير متبلورة (بوليمرات عضوية ذات تسلسل غير متساوٍ من الوحدات الأولية).

المادية و الخواص الكيميائيةيمكن أن تختلف المواد في الحالة غير المتبلورة اختلافًا كبيرًا عن خصائصها في الحالة البلورية. تفاعل المواد في الحالة غير المتبلورة أعلى بكثير مما كانت عليه في الحالة البلورية. على سبيل المثال ، يعتبر GeO 2 غير المتبلور أكثر نشاطًا كيميائيًا من البلور.

انتقال المواد الصلبة إلى الحالة السائلة ، اعتمادًا على الهيكل ، له خصائصه الخاصة. بالنسبة للمادة البلورية ، يحدث الذوبان عند نقطة معينة ، وهي ثابتة من أجل مادة معينة، ويرافقه تغير مفاجئ في خصائصه (الكثافة ، اللزوجة ، إلخ). على العكس من ذلك ، تنتقل المواد غير المتبلورة إلى الحالة السائلة تدريجياً ، خلال فترة درجة حرارة معينة (ما يسمى بفاصل التليين) ، يحدث خلالها تغيير سلس وبطيء في الخصائص.

الخصائص المقارنة للمواد غير المتبلورة والبلورية:

ولاية صلب	صفة مميزة	أمثلة
عديم الشكل	1. ترتيب قصير المدى لوضع الجسيمات. 2. الخواص الخواص الفيزيائية. 3. لا يوجد نقطة انصهار ثابتة. 4. عدم الاستقرار الديناميكي الحراري ( مخزون كبيرالطاقة الداخلية) 5. السيولة	العنبر والزجاج والبوليمرات العضوية
بلوري	1. ترتيب بعيد المدى لوضع الجسيمات. 2. تباين الخواص الفيزيائية. 3. نقطة انصهار ثابتة. 4. الاستقرار الديناميكي الحراري (طاقة داخلية صغيرة) 5. وجود التناظر	المعادن والسبائك والأملاح الصلبة والكربون (الماس والجرافيت).

المادة الصلبة حقًا ، بغض النظر عن درجة الصلابة ، تعتبر حالة بلورية. لكل مادة ، تتميز الحالة البلورية بالشكل الخارجي للبلورات التي تتكون منها والترتيب المنتظم للذرات داخل البلورة. وبالتالي ، فإن الشكل الخارجي هو انعكاس للبنية الداخلية.

يسمى فرع العلم الذي يدرس شكل البلورات علم البلورات.يرتبط علم البلورات ارتباطًا وثيقًا بالكيمياء وعلم المعادن والفيزياء والرياضيات. الهيكل الداخليتتم دراسة البلورات في الجانب الكيميائي بواسطة الكيمياء البلورية ، ولكن هذا أيضًا قسم حدودي من العلوم ، حيث تلعب الرياضيات دورًا مهمًا بشكل خاص. تمت الإشارة أعلاه إلى أن بداية دراسة بنية الحالة الصلبة للمادة عن طريق حيود الأشعة السينية تم وضعها بواسطة M. ، نتيجة معقدة المعالجة الرياضيةالتي احتلت المرحلة الأوليةتطبيق الطريقة لعدة أشهر ، بدأ في تحديد إحداثيات الذرات في البلورات. في البداية ، نما عدد المواد التي تمت دراستها بطريقة حيود الأشعة السينية ببطء نسبي. ولكن بعد الإدخال الواسع لأجهزة الكمبيوتر وإنشاء البرامج الضرورية ، تسارعت عملية تحديد الهياكل البلورية بشكل غير عادي. تخضع الآن جميع المواد الجديدة تقريبًا للدراسة الهيكلية.

تشكل كل مادة بلورات ذات شكل محدد للغاية. لذلك ، يتبلور كلوريد الصوديوم في شكل مكعبات ، الشب KA1 (S0 4) 2 12H 2 0 - في شكل ثماني السطوح ، والملح الصخري KN0 3 - في شكل مناشير (الشكل 8.1). شكل البلورات هو أحد الخصائص المميزة للمادة.

أرز. 8.1

أ- ملح، ب- الشب ، الخامس- ملح صخري

أكثر أنواع البلورات المدهشة في الطبيعة. المعادن ، أي مواد طبيعية غير عضوية ، غالبًا ما توجد في شكل بلورات كبيرة جيدة التكوين بألوان مختلفة. هذه هي "الأحجار الكريمة" التي جذبت انتباه الإنسان منذ العصور القديمة ، متفاجئًا ، مجبرًا على إجراء عمليات بحث ، للتنقيب في مناجم تحت الأرض. يمكن العثور على بلورات مثيرة للاهتمام في كل مكان تقريبًا في فراغات الأحجار المكسورة.

تنمو بلورات كبيرة جيدة التكوين إلى الظروف المناسبةمن الذوبان والمحاليل. أهم شرطهو معدل النمو البطيء. نظرا لطول المدة العمليات الجيولوجيةتتشكل بلورات في الطبيعة. متطور العمليات التكنولوجيةيستلم بلورات مفردة ،أولئك. بلورات كبيرة مع أقل عدد من العيوب الداخلية. يمكن الحصول على بلورات مفردة ، على سبيل المثال ، من خلال ذوبان المنطقة لمادة. الكمال مهم لمعظم الأغراض التقنية الهيكل الداخلي. لذلك ، لا يهم أنه في المنطقة ، يتم الحصول على بلورة واحدة ذات شكل أسطواني. كما هو معروف ، إذا لزم الأمر ، يتم قطع البلورات بالوسائل الميكانيكية.

في أبسط الظروف المعملية ، يمكن زراعة بلورات كبيرة من بعض الأملاح فقط. على سبيل المثال ، في محلول مشبع مفلتر من الشب ، يتم تعليق بلورة صغيرة من المادة ، يبلغ قطرها حوالي 1-2 مم ، على خيط. المحلول محمي من الغبار بورق الترشيح. مع تبخر الماء ، تنمو البلورة على مدار عدة أيام أو حتى أسابيع.

يحدث نمو البلورات نتيجة ملامسة جزيئات مادة من مادة منصهرة أو محلول بسطح صلب. إذا احتل الجسيم موقعًا معينًا على السطح بأقل طاقة كامنة ، فإنه يبدو أنه ثابت ويصبح جزءًا لا يتجزأ من البلورة. في أي حالة أخرى ، فإن الرابطة بين الجسيم والسطح ليست قوية ، وتعود إلى المرحلة السائلة. يمكن مقارنة الأنا بتجميع هرم من المكعبات. لفات مكعب تم وضعها بشكل سيئ ولا يتم تضمينها في المبنى. مع الزيادة السريعة في السطح ، على سبيل المثال ، في حالة الانخفاض السريع في درجة الحرارة في محلول مركز ، تجد الجسيمات نفسها في مواضع عشوائية ، وتستقر طبقات جديدة عليها ، وتتعثر جزيئات الشوائب ، وتتكون بلورات كثيرة داخلية و يتم الحصول على العيوب الخارجية.

يمكن أن يكون شكل البلورات متنوعًا للغاية ، حيث يتم تشكيلها في شكل متعددات وجوه بسيطة وفي شكل مجموعات مختلفة من الأهرامات والمنشورات مع عدد مختلف من الوجوه. تكمن خصوصية البلورات في تناظر.

التناظر هو خاصية كائن هندسي يتطابق مع نفسه أثناء التدوير والانعكاسات.

إن عناصر التناظر في البلورات هي محاور الدوران لمختلف الرتب - الثانية والثالثة والرابعة والسادسة ، مستوى الانعكاس ، ومركز الانعكاس ومجموعاتها. يعني وجود مركز انعكاس أن الكائن يتطابق مع نفسه عندما يتم نقل كل نقطة من نقاطه عبر المركز في خط مستقيم على مسافة متساوية. يحتوي المكعب والثماني الوجوه على أعلى تناظر. النظر في مكعب (الشكل 8.2). ثلاثة محاور من الرتبة الرابعة تمر عبر نقاط المنتصف للأوجه المعاكسة ؛ أربعة محاور من الرتبة الثالثة تمر عبر الرؤوس المقابلة وستة محاور من الرتبة الثانية تمر عبر نقاط المنتصف للحواف المقابلة. بالإضافة إلى ذلك ، تمر 12 مستوى من التماثل على طول أقطار الوجوه المتقابلة وعبر نقاط المنتصف للحواف المتوازية. يحتوي المكعب أيضًا على مركز انعكاس.

تتبلور المواد أحيانًا في شكل رباعي الأسطح ، أي الأهرامات ثلاثية السطوح العادية. يحتوي رباعي الوجوه على أربعة محاور من الدرجة الثالثة تمر عبر الرؤوس ونقاط المنتصف للوجوه المعاكسة ، وثلاثة محاور من الدرجة الثانية تمر عبر نقاط المنتصف للحواف المعاكسة ، وستة مستويات تناظر تمر عبر حافة ووسيط الوجه المقابل. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي رباعي الوجوه على ثلاثة محاور انقلاب من الدرجة الرابعة تمر عبر نقاط المنتصف للحواف المعاكسة. يمكن تقسيم عمل هذه المحاور إلى دوران 90 درجة وانعكاس لاحق.

أرز. 8.2

يظهر ولكن محور واحد من الطلبات الثانية والثالثة والرابعة وعلى طول مستوى واحد ؛ يمر المستوى abcg عبر نقاط المنتصف للأضلاع ، الطائرة سرير- من خلال الضلوع المعاكسة

يعتمد تصنيف الأشكال البلورية على مجموعات من عناصر التناظر. عادة ما يعتبر سبعة أنظمة الكريستال ،أو سينغوني.من أجل تناقص التناظر ، لديهم الأسماء التالية: مكعب ، سداسي ، ثلاثي الزوايا ، رباعي الزوايا ، معيني ، أحادي الميل ، ثلاثي الميل. لقد درسنا بالفعل مجموعة من عناصر تناظر المكعب ، والتي تنتمي إلى أعلى تناغم تناسق - تكعيبي. في triclinic ، أي من التناغم السفلي ، يمكن أن يكون هناك عنصر واحد فقط من التناظر - مركز الانعكاس. أمثلة على أبسط متعددات الوجوه للتآزر المختلفة موضحة في الشكل. 8.3

نادرًا ما تتوافق البلورات الطبيعية ، وكذلك البلورات التي تم الحصول عليها بشكل مصطنع ، تمامًا مع الأشكال الهندسية الصحيحة. عادة ، عندما تصلب المادة المنصهرة ، تنمو البلورات الصغيرة معًا ، مما يمنع شكلها الصحيح من أن يتحقق. دائمًا ما يكون للمعادن مثل هذا الهيكل. مثال نموذجي هو القصدير. عند ثني العصي المصبوبة من القصدير ، يُسمع صوت أزمة ، وهو ما يفسر بالحركة المتبادلة للبلورات الصغيرة. عندما يتم عزل البلورات من المحلول ، عادة ما يتم ملاحظة تكوين جزئي فقط لأوجه بلورية منتظمة ، حيث تتكون القشور من بلورات متقاربة التباعد. يوجد هذا النوع من البلورات في فراغات الحجارة. ومع ذلك ، بغض النظر عن مدى عدم تساوي تطور البلورة ، بغض النظر عن مدى تشوه شكلها ، تظل الزوايا التي تتقارب عندها وجوه بلورة مادة معينة كما هي.

أرز. S3.الأنظمة البلورية (Syngonies)

ونفس الشيء. هذا هو أحد القوانين الأساسية لعلم البلورات - قانون ثبات زوايا الوجه.من خلال حجم زوايا الوجه ، من الممكن تحديد المادة التي تتكون منها بلورة معينة. بشكل عام ، شكل البلورات هو أحد العلامات التي يتم من خلالها التعرف على المادة. على سبيل المثال ، عند خلط محاليل كلوريد الكالسيوم وكبريتات الصوديوم ، تتشكل بلورات الجبس ببطء:

عند النظر إليها تحت المجهر ، تكون البلورات عبارة عن إبر صغيرة عديمة اللون. تشكل الرواسب البلورية عديمة اللون العديد من المواد ، لكن ظهور مثل هذه الإبر يعني أن المحاليل الأولية تحتوي على ملح الكالسيوم وبعض كبريتات المعدن.

في الخصائص الفيزيائية للبلورات المفردة ، تظهر ميزة مهمة ، والتي تتمثل في حقيقة أن بعض الخصائص تعتمد على الاتجاه المختار في البلورة. تسمى ظاهرة اعتماد الخصائص على الاتجاه تباين الخواص.

إذا تم قطع قضيبين من نفس الحجم من بلورة مكعبة من كلوريد الصوديوم ، أحدهما في الاتجاه العمودي على وجه المكعب ، والآخر على طول قطر المكعب (الشكل 8.4) ، فستظهر هذه القضبان بشكل مختلف قوى الشد. إذا انهار الشريط الأول تحت تأثير قوة مقدارها 1000 نيوتن ، فعندئذٍ بالنسبة للشريط الثاني ، سيتم الحصول على نفس النتيجة بواسطة اليود تحت تأثير قوة أكبر بمقدار 2.5 مرة. من الواضح ، في بلورات هذا الملح ، أن الالتصاق بين الجسيمات في الاتجاه العمودي على وجوه المكعب أقل منه في اتجاه قطري المكعب.

أرز. 8.4.

(الملح الصخري):

أ- في الاتجاه العمودي على وجوه المكعب ؛

6 - في اتجاه قطري أحد الوجوه

في العديد من البلورات ، يكون الفرق بين مقدار الالتصاق في اتجاهات مختلفة كبيرًا لدرجة أن البلورة تنقسم بسهولة أو حتى تنفصل على طول مستويات معينة. هذه الخاصية من البلورات تسمى انقسام.مثال على الانقسام هو تفريغ الميكا KAl2 (OH) 2 Si3AlO 10 في أنحف الصفائح.

في البلورات ذات التناظر المنخفض ، ينتقل الضوء في اتجاهات مختلفة بسرعات مختلفة ، مما يؤدي إلى اثنين أو ثلاثة من مؤشرات الانكسار المختلفة. لوحظ تباين الخواص أيضًا فيما يتعلق بالتوصيل الحراري. إذا قمت بتغطية صفيحة الميكا بطبقة من الشمع ولمستها بنهاية المخرز الساخن ، فإن الشمع يذوب حول هذا المكان ، مكونًا قطع ناقص (الشكل 8.5). ويترتب على التجربة أن بلورة الميكا توصل الحرارة في اتجاهين متعامدين بشكل متبادل بسرعات مختلفة ، مما يؤدي إلى شكل بيضاوي لمنطقة الشمع المنصهر.