الخصائص الفيزيائية الخاصة للبلورات. بلورات

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

عمل جيدإلى الموقع ">

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

استضافت في http://www.allbest.ru/

عامخصائص الكريستال

مقدمة

البلورات عبارة عن مواد صلبة لها المظهر الطبيعي لمتعددات الوجوه المتماثلة المنتظمة بناءً على الهيكل الداخلي، أي على واحد من عدة ترتيبات منتظمة محددة للجسيمات التي تشكل المادة.

تعتمد فيزياء الحالة الصلبة على فكرة تبلور المادة. تستند جميع نظريات الخصائص الفيزيائية للمواد الصلبة البلورية على مفهوم الدورية المثالية للشبكات البلورية. باستخدام هذه الفكرة والبيانات حول التناظر وتباين البلورات التي تتبعها ، طور الفيزيائيون نظرية التركيب الإلكتروني للمواد الصلبة. هذه النظرية تجعل من الممكن إعطاء تصنيف دقيق للمواد الصلبة ، وتحديد نوعها وخصائصها العيانية. ومع ذلك ، فإنه يسمح للشخص بتصنيف المواد المعروفة التي تم فحصها فقط ولا يسمح له بالتحديد المسبق لتكوين وهيكل المواد الجديدة. مواد معقدة، والتي سيكون لها مجموعة معينة من الخصائص. هذه المهمة الأخيرة مهمة بشكل خاص للممارسة ، لأن حلها سيسمح بإنشاء مواد حسب الطلب لكل منها حالة محددة. مع المناسب الظروف الخارجيةيتم تحديد خصائص المواد البلورية من خلال تركيبها الكيميائي ونوع الشبكة البلورية. عادة ما تنقسم دراسة اعتماد خواص مادة ما على تركيبتها الكيميائية وبنيتها البلورية إلى المراحل المنفصلة التالية: 1) الدراسة العامة للبلورات والحالة البلورية للمادة 2) بناء نظرية الروابط الكيميائية وتكوينها. التطبيق في دراسة الفئات المختلفة من المواد البلورية 3) دراسة الأنماط العامة للتغيرات في بنية المواد البلورية عندما يتغير تركيبها الكيميائي 4) إنشاء القواعد التي تجعل من الممكن تحديد التركيب الكيميائي وهيكل المواد مسبقًا لديها مجموعة معينة من الخصائص الفيزيائية.

رئيسيخصائص الكريستال- تباين الخواص والتجانس والقدرة على الاحتراق الذاتي ووجود درجة حرارة انصهار ثابتة.

1. تباين الخواص

تباين الكريستال الذاتي الاحتراق

تباين الخواص - يتم التعبير عنه في حقيقة أن الخصائص الفيزيائيةالبلورات ليست هي نفسها في اتجاهات مختلفة. تشمل الكميات الفيزيائية معلمات مثل القوة والصلابة والتوصيل الحراري وسرعة انتشار الضوء والتوصيل الكهربائي. مثال مميز لمادة ذات تباين واضح هو الميكا. صفائح الميكا البلورية - تنقسم بسهولة فقط على طول المستويات. في الاتجاهات العرضية ، يكون تقسيم ألواح هذا المعدن أكثر صعوبة.

مثال على تباين الخواص هو بلورة الديسين المعدني. في الاتجاه الطولي ، صلابة الديسين هي 4.5 ، في الاتجاه العرضي - 6. الديسثين المعدني (Al 2 O) ، والذي يتميز بصلابة مختلفة بشكل حاد في اتجاهات غير متكافئة. على طول الاستطالة ، يتم خدش بلورات الديسثين بسهولة بواسطة نصل السكين ، في الاتجاه العمودي للاستطالة ، لا يترك السكين أي علامات.

أرز. 1 كريستال ديسثين

كورديريت المعدنية (ملغ 2 آل 3). المعدنية ، سيليكات الألومنيوم والمغنيسيوم والحديد. تظهر بلورات الكورديريت بألوان مختلفة في ثلاثة اتجاهات مختلفة. إذا تم قطع مكعب ذو وجوه من مثل هذه البلورة ، فيمكن ملاحظة ما يلي. عموديًا على هذه الاتجاهات ، ثم على طول قطر المكعب (من أعلى إلى أعلى ، لوحظ لون أزرق مائل للرمادي ، في الاتجاه العمودي - لون أزرق نيلي ، وفي الاتجاه عبر المكعب - أصفر.

أرز. 2 مكعب منحوت من كورديريت.

بلورة من ملح الطعام على شكل مكعب. من هذه البلورة ، يمكن قطع القضبان في اتجاهات مختلفة. ثلاثة منهم متعامدة على وجوه المكعب ، موازية للقطر

كل من الأمثلة استثنائية في خصوصيتها. ولكن من خلال البحث الدقيق ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن جميع البلورات متباينة الخواص بطريقة أو بأخرى. أيضًا ، يمكن أن تكون التكوينات الصلبة غير المتبلورة متجانسة وحتى متباينة الخواص (يمكن ملاحظة تباين الخواص ، على سبيل المثال ، عند شد الزجاج أو ضغطه) ، لكن الأجسام غير المتبلورة لا يمكن أن تتخذ شكلًا متعدد السطوح في حد ذاتها ، تحت أي ظروف.

أرز. 3 الكشف عن تباين الموصلية الحرارية على الكوارتز (أ) وغيابه على الزجاج (ب)

كمثال (الشكل 1) للخصائص متباينة الخواص للمواد البلورية ، يجب أولاً أن نذكر التباين الميكانيكي ، والذي يتكون مما يلي. الجميع المواد البلوريةلا تنقسم بالتساوي على طول اتجاهات مختلفة (الميكا ، الجبس ، الجرافيت ، إلخ). من ناحية أخرى ، تنقسم المواد غير المتبلورة بنفس الطريقة في جميع الاتجاهات ، لأن عدم الشكل يتميز بالتناحية (التكافؤ) - تتجلى الخصائص الفيزيائية في جميع الاتجاهات بالتساوي.

من السهل ملاحظة تباين الموصلية الحرارية في ما يلي تجربة بسيطة. ضع طبقة من الشمع الملون على وجه بلورة كوارتز وأحضر إبرة مسخنة على مصباح روح إلى وسط الوجه. ستأخذ دائرة الشمع الذائب الناتجة حول الإبرة شكل قطع ناقص على وجه المنشور أو شكل مثلث غير منتظم على أحد جوانب الرأس البلوري. على مادة الخواص ، على سبيل المثال ، الزجاج ، سيكون شكل الشمع الذائب دائمًا دائرة منتظمة.

يتجلى تباين الخواص أيضًا في حقيقة أنه عندما يتفاعل المذيب مع بلورة ، فإن معدل التفاعلات الكيميائية يختلف في اتجاهات مختلفة. نتيجة لذلك ، تكتسب كل بلورة ، عند إذابتها ، أشكالها المميزة في النهاية.

في النهاية ، سبب تباين البلورات هو أنه مع الترتيب المنظم للأيونات أو الجزيئات أو الذرات ، فإن قوى التفاعل بينها والمسافات بين الذرية (بالإضافة إلى بعض الكميات غير المرتبطة بها مباشرة ، على سبيل المثال ، الموصلية الكهربائية أو الاستقطاب ) تبين أنها غير متكافئة في اتجاهات مختلفة. يمكن أن يكون سبب تباين البلورة الجزيئية أيضًا عدم تناسق جزيئاتها ، وأود أن أشير إلى أن جميع الأحماض الأمينية ، باستثناء الأبسط - الجليسين ، غير متماثلة.

أي جسيم بلوري له تركيبة كيميائية محددة بدقة. تُستخدم خاصية المواد البلورية هذه للحصول على مواد نقية كيميائيًا. على سبيل المثال ، عند التجميد مياه البحريصبح طازجًا وصالحًا للشرب. الآن خمن ما إذا كان الجليد البحري طازجًا أم مالحًا؟

2. التوحيد

التجانس - يتم التعبير عنه في حقيقة أن أي أحجام أولية من مادة بلورية ، موجهة بشكل متساوٍ في الفضاء ، متطابقة تمامًا في جميع خصائصها: لها نفس اللون والكتلة والصلابة ، إلخ. وهكذا ، كل بلورة هي متجانسة ، ولكن في نفس الوقت جسم متباين الخواص. يعتبر الجسم متجانسًا ، حيث يوجد ، على مسافات محدودة من أي نقطة من نقاطه ، عناصر أخرى مكافئة له ليس فقط جسديًا ، ولكن أيضًا هندسيًا. بمعنى آخر ، هم في نفس البيئة مثل البيئة الأصلية ، نظرًا لأن وضع جزيئات المواد في الفضاء البلوري يتم "التحكم فيه" بواسطة الشبكة المكانية ، يمكننا أن نفترض أن وجه البلورة عبارة عن شبكة عقدية مسطحة متجانسة ، والحافة عبارة عن صف عقدي محقق. كقاعدة عامة ، يتم تحديد الوجوه البلورية المتطورة بشكل جيد من خلال الشبكات العقدية ذات الكثافة الأعلى للعقدة. النقطة التي تلتقي فيها ثلاثة وجوه أو أكثر تسمى قمة البلورة.

التجانس متأصل ليس فقط في الأجسام البلورية. يمكن أيضًا أن تكون التكوينات الصلبة غير المتبلورة متجانسة. لكن الأجسام غير المتبلورة لا يمكن أن تتخذ شكلًا متعدد السطوح في حد ذاتها.

هناك تطورات جارية يمكن أن تزيد من عامل تجانس البلورات.

هذا الاختراع مسجل ببراءة اختراع من قبل علمائنا الروس. يتعلق الاختراع بصناعة السكر ، ولا سيما إنتاج الكتلة الضخمة. يوفر الاختراع زيادة في معامل تجانس البلورات في الكتلة الضخمة ، ويساهم أيضًا في زيادة معدل نمو البلورات في المرحلة النهائية من النمو بسبب الزيادة التدريجية في معامل التشبع الفائق.

سلبيات طريقة معروفةهي انخفاض معامل تجانس البلورات في الكتلة المتوسطة الكتلة من التبلور الأول ، وهي المدة الهامة للحصول على الكتلة الضخمة.

تتمثل النتيجة التقنية للاختراع في زيادة معامل تجانس البلورات في الكتلة الضخمة للبلورة الأولى وتكثيف عملية الحصول على الكتلة الضخمة.

3. القدرة على ضبط النفس

يتم التعبير عن القدرة على القطع الذاتي في حقيقة أن أي جزء أو كرة منحوتة من بلورة في وسط مناسب لنموها يتم تغطيتها بمرور الوقت بأوجه مميزة لبلورة معينة. هذه الميزة مرتبطة بالبنية البلورية. لا تحتوي الكرة الزجاجية ، على سبيل المثال ، على مثل هذه الميزة.

تشمل الخواص الميكانيكية للبلورات الخواص المرتبطة بالتأثيرات الميكانيكية عليها مثل الصدمات ، والضغط ، والتوتر ، وما إلى ذلك - (الانقسام ، والتشوه البلاستيكي ، والكسر ، والصلابة ، والهشاشة).

القدرة على قطع النفس ، أي. في ظل ظروف معينة ، تتخذ شكلًا طبيعيًا متعدد الأوجه. يوضح هذا أيضًا هيكلها الداخلي الصحيح. هذه هي الخاصية التي تميز مادة بلورية عن مادة غير متبلورة. مثال يوضح هذا. يتم إنزال كرتين منحوتتين من الكوارتز والزجاج في محلول السيليكا. نتيجة لذلك ، ستتم تغطية كرة الكوارتز بأوجه ، وستظل الكرة الزجاجية مستديرة.

يمكن أن تحتوي بلورات من نفس المعدن هيئة مختلفةوحجم وعدد الوجوه ، لكن الزوايا بين الوجوه المقابلة ستكون دائمًا ثابتة (الشكل 4 أ-د) - هذا هو قانون ثبات زوايا الوجه في البلورات. في هذه الحالة ، قد يختلف حجم وشكل الوجوه في بلورات مختلفة من نفس المادة ، والمسافة بينها وحتى عددها ، لكن الزوايا بين الوجوه المتناظرة في جميع بلورات المادة نفسها تظل ثابتة في نفس الظروف الضغط ودرجة الحرارة. يتم قياس الزوايا بين وجوه البلورات باستخدام مقياس الزوايا (مقياس الزوايا). يفسر قانون ثبات زوايا الوجه بحقيقة أن جميع بلورات مادة واحدة متطابقة في بنيتها الداخلية ، أي لها نفس الهيكل.

وفقًا لهذا القانون ، تتميز بلورات مادة معينة بزواياها المحددة. لذلك ، من خلال قياس الزوايا ، يمكن إثبات أن البلورة قيد الدراسة تنتمي إلى مادة أو أخرى.

تظهر البلورات المكونة بشكل مثالي تناسقًا ، وهو نادر للغاية في البلورات الطبيعية بسبب النمو المتقدم للوجوه (الشكل 4 هـ).

أرز. 4 قانون ثبات زوايا الوجه في البلورات (أ-د) ونمو الوجوه الرائدة 1،3 و 5 من بلورة تنمو على جدار التجويف (هـ)

الانقسام هو خاصية البلورات التي تنقسم أو تنقسم على طول اتجاهات بلورية معينة ، ونتيجة لذلك ، تتشكل حتى مستويات ملساء تسمى مستويات الانقسام.

يتم توجيه طائرات الانقسام بالتوازي مع الوجوه البلورية الفعلية أو المحتملة. تعتمد هذه الخاصية كليًا على البنية الداخلية للمعادن وتتجلى في تلك الاتجاهات التي تكون فيها قوى الالتصاق بين جزيئات المواد في المشابك البلورية هي الأصغر.

اعتمادًا على درجة الكمال ، يمكن تمييز عدة أنواع من الانقسام:

مثالي جدًا - ينقسم المعدن بسهولة إلى ألواح أو أوراق رقيقة منفصلة ، ومن الصعب جدًا تقسيمه في الاتجاه الآخر (الميكا والجبس والتلك والكلوريت).

أرز. 5 كلوريت (ملغ ، Fe) 3 (Si ، Al) 4 O 10 (OH) 2 (Mg ، Fe) 3 (OH) 6)

مثالي - ينقسم المعدن بسهولة نسبيًا بشكل أساسي على طول مستويات الانقسام ، وغالبًا ما تشبه القطع المكسورة البلورات الفردية (الكالسيت ، الجالينا ، الهاليت ، الفلوريت).

أرز. 6 كالسيت

متوسطة - عند الانقسام ، يتم تشكيل كل من مستويات الانقسام والكسور غير المستوية في اتجاهات عشوائية (البيروكسين ، الفلسبار).

أرز. 7 الفلسبار ((K ، Na ، Ca ، أحيانًا Ba) (Al 2 Si 2 أو AlSi 3) O 8))

غير كامل - تنقسم المعادن في اتجاهات عشوائية مع تكوين أسطح كسر غير مستوية ، وتم العثور على مستويات انقسام فردية بصعوبة (الكبريت الأصلي ، والبيريت ، والأباتيت ، والزبرجد الزيتوني).

أرز. 8 بلورات أباتيت (Ca 5 3 (F ، Cl ، OH))

في بعض المعادن ، عند الانقسام ، تتشكل الأسطح غير المستوية فقط ، وفي هذه الحالة يتحدثون عن انقسام غير كامل أو عدم وجوده (الكوارتز).

أرز. 9 كوارتز (SiO 2)

يمكن أن يظهر الانقسام في اتجاه واحد أو اثنين أو ثلاثة ، ونادرًا ما يكون أكثر. للحصول على وصف أكثر تفصيلاً لذلك ، يشار إلى الاتجاه الذي يمر فيه الانقسام ، على سبيل المثال ، على طول المعين - في الكالسيت ، على طول المكعب - في الهاليت والجالينا ، على طول المجسم الثماني - بالفلوريت.

يجب تمييز مستويات الانقسام عن الوجوه الكريستالية: كقاعدة عامة ، يكون للطائرة لمعان أقوى ، وتشكل سلسلة من المستويات الموازية لبعضها البعض ، وعلى عكس الوجوه البلورية ، التي لا يمكننا ملاحظة التظليل عليها.

وبالتالي ، يمكن تتبع الانقسام على طول اتجاه واحد (الميكا) ، واثنان (الفلسبار) ، وثلاثة (كالسيت ، وحاليت) ، وأربعة (فلوريت) ، وستة (سفاليريت). تعتمد درجة كمال الانقسام على بنية الشبكة البلورية لكل معدن ، حيث إن التمزق على طول بعض المستويات (الشبكات المسطحة) لهذه الشبكة بسبب الروابط الأضعف يحدث بسهولة أكبر بكثير من الاتجاهات الأخرى. في حالة وجود قوى التصاق متطابقة بين جزيئات الكريستال ، لا يوجد انقسام (كوارتز).

الكسر - قدرة المعادن على الانقسام ليس على طول مستويات الانقسام ، ولكن على طول سطح معقد غير مستو

الفصل - خاصية بعض المعادن للانقسام بتكوين موازٍ ، على الرغم من أنها في أغلب الأحيان لا تكون حتى الطائرات تمامًا ، ليس بسبب بنية الشبكة البلورية ، والتي يُخطئ أحيانًا في التصدع. على عكس الانقسام ، فإن الانفصال هو خاصية لبعض العينات الفردية فقط من معدن معين ، وليس كذلك نوع معدنيعموما. الفرق الرئيسي بين الفصل والانقسام هو أن اللكمات الناتجة لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر حتى مع رقائق متوازية.

تناظر- النمط الأكثر شيوعًا المرتبط ببنية وخصائص مادة بلورية. إنه أحد المفاهيم الأساسية المعممة للفيزياء والعلوم الطبيعية بشكل عام. "التناظر هو خاصية الأشكال الهندسية لتكرار أجزائها ، أو لتوضيح ذلك بشكل أكثر دقة ، خصائصها في مواضع مختلفة لتتماشى مع الموضع الأصلي." لتسهيل الدراسة ، يستخدمون نماذج من البلورات التي تنقل أشكال البلورات المثالية. لوصف تناظر البلورات ، من الضروري تحديد عناصر التناظر. وبالتالي ، يكون هذا الكائن متماثلًا ، ويمكن دمجه مع نفسه من خلال تحولات معينة: الدوران و (و) الانعكاسات (الشكل 10).

1. مستوى التناظر هو مستوى وهمي يقسم البلورة إلى جزأين متساويين ، وأحد الجزأين ، كما كان ، هو صورة معكوسة للآخر. يمكن أن تحتوي البلورة على عدة مستويات من التناظر. يتم الإشارة إلى مستوى التماثل حرف لاتينيتم العثور على R.

2. محور التناظر عبارة عن خط ، أثناء الدوران ، تكرر البلورة حوله بمقدار 360 درجة موقعها الأولي في الفراغ n-th عدد المرات. يُشار إليه بالحرف L. n - يحدد ترتيب محور التناظر ، والذي في الطبيعة يمكن أن يكون فقط 2 و 3 و 4 و 6 رتبة ، أي L2 و L3 و L4 و L6. لا توجد محاور من الترتيب الخامس وما فوق السادس في البلورات ، ولا تؤخذ محاور الترتيب الأول في الاعتبار.

3. مركز التناظر - نقطة وهمية تقع داخل البلورة ، حيث تتقاطع الخطوط وتنقسم إلى نصفين ، وتربط النقاط المقابلة على سطح البلورة 1. يشار إلى مركز التناظر بالحرف C.

يتم دمج المجموعة الكاملة من الأشكال البلورية الموجودة في الطبيعة في سبعة أشكال (أنظمة): 1) مكعب ؛ 2) سداسية. 3) رباعي الزوايا (مربع) ؛ 4) ثلاثي الزوايا. 5) معينية. 6) أحادي و 7) ثلاثي الميل.

4. نقطة انصهار ثابتة

الذوبان هو انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يتم التعبير عنها في حقيقة أنه عندما يتم تسخين جسم بلوري ، ترتفع درجة الحرارة إلى حد معين ؛ مع مزيد من التسخين ، تبدأ المادة في الذوبان ، وتظل درجة الحرارة ثابتة لبعض الوقت ، لأن كل الحرارة تذهب إلى تدمير الشبكة البلورية. يُعتقد أن سبب هذه الظاهرة هو أن الجزء الرئيسي من طاقة السخان ، الذي يتم توفيره للمادة الصلبة ، يستخدم لتقليل الروابط بين جزيئات المادة ، أي. لتدمير الشبكة البلورية. في هذه الحالة ، تزداد طاقة التفاعل بين الجسيمات. تحتوي المادة المنصهرة على كمية كبيرة من الإمداد الطاقة الداخليةمما كانت عليه في الحالة الصلبة. يتم إنفاق الجزء المتبقي من حرارة الاندماج على القيام بعمل لتغيير حجم الجسم أثناء ذوبانه. تسمى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الذوبان نقطة الانصهار.

أثناء الذوبان ، يزداد حجم معظم الأجسام البلورية (بنسبة 3-6٪) ، وينخفض ​​أثناء التصلب. ولكن ، هناك مواد ينخفض ​​حجمها عند الذوبان ، ويزداد حجمها عند التصلب.

وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، الماء والحديد الزهر والسيليكون وبعض الآخرين. هذا هو السبب في أن الجليد يطفو على سطح الماء ، وحديد الزهر الصلب - في ذوبانه.

المواد غير المتبلورة ، على عكس المواد البلورية ، ليس لها نقطة انصهار محددة بوضوح (العنبر ، الراتنج ، الزجاج).

أرز. 12 العنبر

كمية الحرارة المطلوبة لإذابة مادة ما تساوي المنتج حرارة نوعيةالذوبان في الكتلة مادة معينة.

توضح الحرارة النوعية للانصهار مقدار الحرارة المطلوب التحول الكامل 1 كجم من مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ، تؤخذ بمعدل انصهار.

وحدة الحرارة النوعية للانصهار في النظام الدولي للوحدات هي 1J / كجم.

أثناء عملية الصهر ، تظل درجة حرارة البلورة ثابتة. هذه درجة الحرارة تسمى نقطة الانصهار. كل مادة لها نقطة انصهارها الخاصة.

تعتمد نقطة انصهار مادة معينة على الضغط الجوي.

في الأجسام البلورية عند نقطة الانصهار ، يمكن للمرء أن يلاحظ المادة في نفس الوقت في الحالة الصلبة والسائلة. على منحنيات التبريد (أو التسخين) للمواد البلورية وغير المتبلورة ، يمكن للمرء أن يرى أنه في الحالة الأولى يوجد انعطافان حادان يقابلان بداية ونهاية التبلور ؛ في حالة تبريد مادة غير متبلورة ، لدينا منحنى سلس. على هذا الأساس ، من السهل التمييز بين المواد البلورية وغير المتبلورة.

فهرس

1. كتيب الكيميائي 21 "الكيمياء والهندسة الكيميائية" ص 10 (http://chem21.info/info/1737099/)

2. كتاب مرجعي عن الجيولوجيا (http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. UrFU سميت على اسم أول رئيس لروسيا ب. يلتسين "، قسم علم البلورات الهندسي (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. الفصل 1. علم البلورات مع أساسيات كيمياء الكريستال وعلم المعادن (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. التطبيق: 2008147470/13 ، 01.12.2008 ؛ IPC C13F1 / 02 (2006.01) C13F1 / 00 (2006.01). حامل (أصحاب) براءة الاختراع: المؤسسة التعليمية الحكومية العليا التعليم المهنيأكاديمية فورونيج الحكومية للتكنولوجيا (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. ولاية تولا الجامعة التربويةسميت باسم L.N. قسم تولستوي للإيكولوجيا Golynskaya F.A. "مفهوم المعادن كمواد بلورية" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. دورة الحاسب الآلي دورة محاضرات "الجيولوجيا العامة". محاضرة 3 D0٪ B8٪ D0٪ B8 /٪ D0٪ BB٪ D0٪ B5٪ D0٪ BA٪ D1٪ 86٪ D0٪ B8٪ D1٪ 8F_3.htm)

8. فئة الفيزياء (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

وثائق مماثلة

الحالات البلورية وغير المتبلورة للمواد الصلبة ، أسباب عيوب النقطة والخط. أصل ونمو البلورات. استقبال اصطناعي أحجار الكريمةوالمحاليل الصلبة والبلورات السائلة. الخصائص البصرية للبلورات السائلة الكوليسترول.

الملخص ، تمت الإضافة بتاريخ 04/26/2010


البلورات السائلة كحالة طور تمر فيها بعض المواد في ظل ظروف معينة ، وخصائصها الفيزيائية الرئيسية والعوامل التي تؤثر عليها. تاريخ البحث ، أنواعه ، استخدام البلورات السائلة في إنتاج الشاشات.

الاختبار ، تمت الإضافة في 12/06/2013


ميزات وخصائص حالة المادة البلورية السائلة. هيكل بلورات السائل smectic ، خصائص تعديلاتها. الخصائص الفيروكهربائية. دراسة التركيب الحلزوني للسميكتيك C * بالديناميات الجزيئية.

الملخص ، تمت الإضافة في 12/18/2013


تاريخ تطور مفهوم البلورات السائلة. البلورات السائلة وأنواعها وخصائصها الرئيسية. النشاط البصري للبلورات السائلة وخصائصها الهيكلية. تأثير Freedericksz. المبدأ المادي لتشغيل الأجهزة على شاشة LCD. ميكروفون بصري.

البرنامج التعليمي ، تمت إضافة 12/14/2010


النظر في تاريخ اكتشاف ومجالات تطبيق البلورات السائلة ؛ تصنيفها إلى smectic و nematic و Colesteric. دراسة الخواص البصرية ، والمغناطيسية ، والعازلة ، والصوتية الضوئية للمواد البلورية السائلة.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 06/18/2012


تعريف البلورات السائلة وجوهرها وتاريخ الاكتشاف والخصائص والميزات والتصنيف واتجاهات الاستخدام. توصيف فئات البلورات السائلة الحرارية. درجات حرية التحويل للمراحل العمودية أو "الشعيرات السائلة".

الملخص ، تمت الإضافة في 12/28/2009


البلورات حقيقية أجسام صلبة. الديناميكا الحرارية للعيوب النقطية في البلورات وهجرتها ومصادرها وأحواضها. دراسة الخلع ، وهو عيب خطي في التركيب البلوري للمواد الصلبة. عيوب ثنائية وثلاثية الأبعاد. المواد الصلبة غير المتبلورة.

التقرير ، تمت الإضافة في 01/07/2015


عرض تقديمي ، تمت الإضافة 09/29/2013


المفهوم والسمات الرئيسية للحالة المكثفة للمادة ، العمليات المميزة. أجسام بلورية وغير متبلورة. جوهر وخصائص تباين البلورات. السمات المميزةالكريستالات والبوليمرات. الخصائص الحرارية وهيكل البلورات.

دورة محاضرات تمت الإضافة 02/21/2009


تقييم خصائص درجة حرارة اللزوجة (الزيوت). اعتماد نقطة الوميض على الضغط. التشتت ، النشاط البصري. طرق المختبرتقطير الزيوت والمنتجات النفطية. حرارة الذوبان والتسامي. الانكسار النوعي والجزيئي.

يتم تحديد الخصائص الرئيسية للبلورات - تباين الخواص ، والتجانس ، والقدرة على الاحتراق الذاتي ووجود درجة حرارة انصهار ثابتة - من خلال هيكلها الداخلي.

أرز. 1. مثال على تباين الخواص هو بلورة من معدن disthene. في الاتجاه الطولي ، صلابته 4.5 ، في الاتجاه العرضي 6. © Parent Géry

تسمى هذه الخاصية أيضًا التباين. يتم التعبير عنها في حقيقة أن الخصائص الفيزيائية للبلورات (الصلابة ، القوة ، التوصيل الحراري ، التوصيل الكهربائي ، سرعة انتشار الضوء) ليست هي نفسها في اتجاهات مختلفة. يتم فصل الجسيمات التي تشكل بنية بلورية على طول اتجاهات غير متوازية عن بعضها البعض على مسافات مختلفة ، ونتيجة لذلك يجب أن تكون خصائص المادة البلورية على طول هذه الاتجاهات مختلفة. مثال مميز لمادة ذات تباين واضح هو الميكا. تنقسم الصفائح البلورية لهذا المعدن بسهولة فقط على طول المستويات الموازية لصفائحها. في الاتجاهات العرضية ، يكون تقسيم ألواح الميكا أكثر صعوبة.

يتجلى تباين الخواص أيضًا في حقيقة أنه عندما تتعرض البلورة لأي مذيب ، فإن معدل التفاعلات الكيميائية يختلف في اتجاهات مختلفة. ونتيجة لذلك ، تكتسب كل بلورة ، عند إذابتها ، أشكالها المميزة الخاصة بها ، والتي تسمى أشكال النقش.

تتميز المواد غير المتبلورة بالخواص (التكافؤ) - تتجلى الخصائص الفيزيائية في جميع الاتجاهات بنفس الطريقة.

التوحيد

يتم التعبير عنها في حقيقة أن أي أحجام أولية من مادة بلورية ، موجهة بشكل متساوٍ في الفضاء ، متطابقة تمامًا في جميع خصائصها: لها نفس اللون والكتلة والصلابة ، إلخ. وهكذا ، كل بلورة هي متجانسة ، ولكن في نفس الوقت جسم متباين الخواص.

التجانس متأصل ليس فقط في الأجسام البلورية. يمكن أيضًا أن تكون التكوينات الصلبة غير المتبلورة متجانسة. لكن الأجسام غير المتبلورة لا يمكن أن تتخذ شكلًا متعدد السطوح في حد ذاتها.

القدرة على ضبط النفس

يتم التعبير عن القدرة على القطع الذاتي في حقيقة أن أي جزء أو كرة منحوتة من بلورة في وسط مناسب لنموها يتم تغطيتها بمرور الوقت بأوجه مميزة لبلورة معينة. هذه الميزة مرتبطة بالبنية البلورية. لا تحتوي الكرة الزجاجية ، على سبيل المثال ، على مثل هذه الميزة.

يمكن أن تختلف البلورات من نفس المادة عن بعضها البعض في الحجم وعدد الوجوه والحواف وشكل الوجوه. يعتمد ذلك على ظروف تكوين البلورات. مع النمو غير المتكافئ ، يتم تسطيح البلورات ، واستطالة ، وما إلى ذلك. تظل الزوايا بين الوجوه المقابلة للبلورة النامية دون تغيير. تُعرف ميزة البلورات هذه باسم قانون ثبات زوايا الوجه. في هذه الحالة ، قد يختلف حجم وشكل الوجوه في بلورات مختلفة من نفس المادة ، والمسافة بينها وحتى عددها ، لكن الزوايا بين الوجوه المتناظرة في جميع بلورات المادة نفسها تظل ثابتة في نفس الظروف الضغط ودرجة الحرارة.

تم وضع قانون ثبات زوايا الوجوه في نهاية القرن السابع عشر من قبل العالم الدنماركي ستينو (1699) على بلورات من بريق الحديد والبلور الصخري ؛ فيما بعد تم تأكيد هذا القانون من قبل إم. لومونوسوف (1749) والعالم الفرنسي روما دي ليل (1783). يسمى قانون ثبات زوايا الوجه القانون الأول لعلم البلورات.

يفسر قانون ثبات زوايا الوجه بحقيقة أن جميع بلورات مادة واحدة متطابقة في بنيتها الداخلية ، أي لها نفس الهيكل.

وفقًا لهذا القانون ، تتميز بلورات مادة معينة بزواياها المحددة. لذلك ، من خلال قياس الزوايا ، يمكن إثبات أن البلورة قيد الدراسة تنتمي إلى مادة أو أخرى. تعتمد إحدى طرق تشخيص البلورات على هذا.

لقياس الزوايا ثنائية الأضلاع في البلورات ، تم اختراع أجهزة خاصة - مقاييس الزوايا.

نقطة انصهار ثابتة

يتم التعبير عنها في حقيقة أنه عندما يتم تسخين جسم بلوري ، ترتفع درجة الحرارة إلى حد معين ؛ مع مزيد من التسخين ، تبدأ المادة في الذوبان ، وتظل درجة الحرارة ثابتة لبعض الوقت ، لأن كل الحرارة تذهب إلى تدمير الشبكة البلورية. تسمى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الذوبان نقطة الانصهار.

المواد غير المتبلورة ، على عكس المواد البلورية ، ليس لها نقطة انصهار محددة بوضوح. على منحنيات التبريد (أو التسخين) للمواد البلورية وغير المتبلورة ، يمكن للمرء أن يرى أنه في الحالة الأولى يوجد انعطافان حادان يقابلان بداية ونهاية التبلور ؛ في حالة تبريد مادة غير متبلورة ، لدينا منحنى سلس. على هذا الأساس ، من السهل التمييز بين المواد البلورية وغير المتبلورة.

كيف نميز البلورات عن المواد الصلبة غير البلورية؟ ربما بطريقة متعددة الأوجه؟ لكن حبيبات الكريستال في المعدن أو الصخور لها شكل غير منتظم ؛ ومن ناحية أخرى ، يمكن للزجاج ، على سبيل المثال ، أن يكون متعدد الأوجه - من لم ير حبات الزجاج ذات الأوجه؟ ومع ذلك ، نقول إن الزجاج مادة غير بلورية. لماذا ا؟

بادئ ذي بدء ، لأن البلورات نفسها ، بدون مساعدة شخص ، تأخذ شكلها متعدد الجوانب ، ويجب قطع الزجاج بيد بشرية.

جميع المواد في العالم مبنية من أصغر الجسيمات ، غير المرئية للعين ، تتحرك باستمرار - من الأيونات ، والذرات ، والجزيئات.

يكمن الاختلاف الرئيسي بين النظارات والنظارات في الهيكل الداخلي، في كيفية تواجد أصغر جزيئات المادة فيها - الجزيئات والذرات والأيونات. في الأجسام الغازية والسوائل والمواد الصلبة غير البلورية ، مثل الزجاج ، توجد أصغر جزيئات المادة بشكل عشوائي تمامًا. وفي الأجسام البلورية الصلبة ، توجد الجسيمات ، كما كانت ، في نظام منتظم. إنها تشبه مجموعة من الرياضيين في الرتب ، مع وجود اختلاف في أن الصفوف المنتظمة من الجسيمات تمتد ليس فقط إلى اليمين واليسار ، للأمام والخلف ، ولكن أيضًا لأعلى ولأسفل. بالإضافة إلى ذلك ، لا تقف الجسيمات ثابتة ، ولكنها تتأرجح باستمرار ، وتثبت في مكانها بواسطة قوى كهربائية. المسافات بين الجسيمات داخل البلورات صغيرة ، تمامًا كما أن الذرات نفسها صغيرة: يمكن أن توجد حوالي 100 مليون ذرة على قطعة طولها 1 سم. هذا جدا رقم ضخم: تخيل أن 100 مليون شخص يصطفون كتفا بكتف. يمكن أن يحيط مثل هذا الخط الأرض على طول خط الاستواء.

يختلف التركيب الصحيح للجسيمات في كل مادة ، وبالتالي فإن أشكال البلورات متنوعة للغاية. ولكن في جميع البلورات ، توجد الذرات أو الجزيئات بالضرورة فيها ترتيب صارم، في حين أن الأجسام غير البلورية ليس لديها مثل هذا الأمر. لذلك نقول: البلورات أجسام صلبة يتم ترتيب الجزيئات التي تصنعها فيها بترتيب منتظم.

تم استنباط قوانين بناء جميع البلورات نظريًا من قبل عالم البلورات الروسي العظيم إيفجراف ستيبانوفيتش فيدوروف (1853-1919) وعالم البلورات الألماني آرثر شونفليس. من اللافت للنظر أن فيدوروف فعل هذا قبل 20 عامًا ، في عام 1912 ، بشكل تجريبي بمساعدة الأشعة السينيةلقد ثبت أن ذرات البلورات مرتبة بالفعل بترتيب منتظم وأن قوانين ترتيبها هي نفسها تمامًا كما تنبأ العالم الروسي ببراعة.

يسمى الترتيب الدوري الصحيح للذرات (أو الجسيمات الأخرى) في البلورة شعرية الكريستال.

لكل منها شكلها متعدد السطوح المميز ، والذي يعتمد على هيكل شبكتها البلورية. على سبيل المثال ، تكون بلورات الملح ، كقاعدة عامة ، على شكل مكعب ، وتتبلور المواد الأخرى في شكل أهرامات مختلفة ، ومنشورات ، وثمانية الوجوه (مثمنة الوجوه) ومتعددة الوجوه الأخرى.

لكن في الطبيعة ، مثل هذه الأشكال البلورية العادية نادرة ، سوف تقرأ عنها لاحقًا.

المواد غير البلورية ليس لها شكلها الخاص ، لأن الجزيئات التي تتكون منها يتم ترتيبها عشوائيًا وعشوائيًا.

يحدد الترتيب الصحيح للجسيمات أيضًا خصائص البلورة. أليس من المدهش ، على سبيل المثال ، أن يتم بناء معدنين مختلفين مثل الجرافيت الأسود الذي لا يوصف والشفاف المتلألئ من ذرات الكربون نفسها! هي بلورات الكربون. إذا تم بناء المشابك البلورية لذرات الكربون وفقًا لنمط واحد ، فإنها تشكل بلورات شفافة من الماس ، وهي أصعب المواد على الأرض وأغلى الأحجار الكريمة. ولكن إذا تم ترتيب نفس ذرات الكربون بشكل مختلف ، فحينئذٍ تكون صغيرة ، يتم الحصول على بلورات سوداء غير شفافة ، والجرافيت هو أحد أنعم المعادن. الماس يكاد يكون ضعف وزن الجرافيت. يقوم الجرافيت بتوصيل الكهرباء ، بينما الماس لا يقوم بذلك. بلورات الماس هشة ، وبلورات الجرافيت مرنة. يحترق الماس بسهولة في تيار من الأكسجين ، وحتى الأطباق المقاومة للحرارة مصنوعة من الجرافيت - فهو يقاوم النار كثيرًا. اثنان مثالي مواد مختلفة، لكنها مبنية من نفس الذرات ، والفرق بينهما يكون فقط في بنيتها المختلفة.

هيكل الماس يختلف تمامًا عن هيكل الجرافيت ؛ لا توجد طبقات متغيرة بسهولة ، والماس أقوى بكثير من الجرافيت.

الكل يعرف بلورات الميكا. يسهل تقسيم الميكا بشفرة سكين أو بأصابعك فقط: تنفصل أوراق الميكا عن بعضها دون صعوبة تقريبًا. لكن حاول تقسيم الميكا أو قصها أو كسرها عبر مستوى اللوحة - إنه أمر صعب للغاية: تبين أن الميكا ، التي تكون هشة على طول مستوى الورقة ، أقوى بكثير في الاتجاه العرضي. تختلف قوة بلورات الميكا في اتجاهات مختلفة.

هذه الخاصية مرة أخرى هي سمة من سمات البلورات. من المعروف أن الزجاج ، على سبيل المثال ، يمكن كسره بسهولة بأي طريقة وفي جميع الاتجاهات إلى شظايا غير منتظمة. وهنا الكريستال الملح الصخريبغض النظر عن مدى دقة كسره ، فإنه سيبقى دائمًا مكعبًا ، أي أنه دائمًا ما ينقسم بسهولة فقط على طول الوجوه المتعامدة بشكل متبادل ، والمسطحة تمامًا.

تنقسم البلورة في تلك الاتجاهات التي تكون فيها القوة أقل. لا يتم الكشف عن هذا بوضوح لكل بلورة مثل الميكا أو الملح الصخري - على سبيل المثال ، لا ينقسم الكوارتز على طول المستويات - بالنسبة لجميع البلورات ، تختلف القوة في اتجاهات مختلفة. في الملح الصخري ، على سبيل المثال ، تكون القوة في اتجاه واحد أكبر بثماني مرات من الأخرى ، وفي بلورات الزنك - عشرة أضعاف. على هذا الأساس ، يمكن للمرء أن يميز البلورات عن غير البلورية: في الأجسام غير البلورية ، تكون القوة هي نفسها في جميع الاتجاهات ، وبالتالي فهي لا تنفصل أبدًا على طول المستويات.

إذا قمت بتسخين أي جسم ، فسيبدأ في التمدد. وهنا من السهل ملاحظة الفرق بين المواد البلورية وغير البلورية: سوف يتمدد الزجاج في جميع الاتجاهات بنفس الطريقة ، وسوف يتمدد البلورة بشكل مختلف في اتجاهات مختلفة. بلورات الكوارتز ، على سبيل المثال ، تتمدد في الاتجاه الطولي ضعف ما تتوسع في الاتجاه العرضي. تختلف الصلابة والتوصيل الحراري والخصائص الكهربائية وغيرها من البلورات في اتجاهات مختلفة.

أهمية خاصة هي الخصائص البصرية للبلورات. إذا نظرت إلى الأشياء من خلال بلورات الصاري الأيسلندية ، فستظهر مضاعفة. في بلورة الصاري الأيسلندي ، ينقسم شعاع الضوء إلى قسمين. تختلف هذه الخاصية أيضًا في اتجاهات مختلفة: إذا قمت بتدوير البلورة ، فسوف تتشعب الأحرف إما أكثر أو أقل.

تدهش أشكال متعددات السطوح البلورية العين بتماثلها الصارم.

تناسق البلورات هو خاصية مهمة ومميزة لهم. يحدد شكل البلورات وتماثلها المادة البلورية.

تم إنشاء نظرية التركيب الشبكي للبلورات في منتصف القرن التاسع عشر بواسطة عالم البلورات الفرنسي O. Bravais ، ثم أكمل عالم البلورات الروسي الأكاديمي E. S. Fedorov والعالم الألماني A. Schoenflis التطوير الرياضي لهذه النظرية. عند إنشاء وتطوير نظرية البنية الشبكية للبلورات ، بنى Bravais و Fedorov وغيرهم ، اعتمد علماء البلورات فقط على بعض الخصائص المهمة للمادة البلورية.

الخصائص الرئيسية للبلورات هي تجانسها ، وتباين الخواص ، والقدرة على القطع الذاتي والتماثل.

متجانسيشار إليه عادة بالجسم الذي يظهر نفس الخصائص في جميع أجزائه. الجسم البلوري متجانس ، لأن أقسامه المختلفة لها نفس البنية ، أي نفس اتجاه الجسيمات المكونة التي تنتمي إلى نفس الشبكة المكانية. يجب التمييز بين تجانس البلورة وتجانس السائل أو الغاز ، والذي له طبيعة إحصائية.

متباين الخواصيسمى مثل هذا الجسم المتجانس الذي له خصائص غير متكافئة في اتجاهات غير متوازية. الجسم البلوري متباين الخواص ، لأن بنية الشبكة المكانية ، وبالتالي البلورة نفسها ، ليست هي نفسها بشكل عام في الاتجاهات غير المتوازية. في اتجاهات متوازية ، تقع الجسيمات التي تتكون منها البلورة ، وكذلك العقد الخاصة بشبكتها المكانية ، بنفس الطريقة تمامًا ، لذلك يجب أن تكون خصائص البلورة في مثل هذه الاتجاهات هي نفسها.

من الأمثلة المميزة على تباين واضح هو الميكا ، التي تنقسم بلوراتها بسهولة في اتجاه واحد محدد فقط. كمثال صارخ آخر على تباين الخواص ، يمكن للمرء أن يستشهد بمعدن disthene (AlOAl) ، الذي تحتوي بلوراته على وجوه جانبية لها قيم صلابة مختلفة جدًا في الاتجاهين الطولي والعرضي. إذا تم قطع قضبان من بلورة ملح صخرية على شكل مكعب في اتجاهات مختلفة ، فستكون هناك حاجة إلى قوى مختلفة لكسر هذه القضبان. سوف ينكسر القضيب المتعامد على وجوه المكعب بقوة تبلغ حوالي 570 جم / مم 2 ؛ بالنسبة للقضيب الموازي لأقطار الوجه ، ستكون قوة الكسر 1150 جم / مم 2 ، وسوف ينكسر القضيب الموازي للقطر الصلب للمكعب بقوة 2150 جم / مم 2.

الأمثلة المذكورة هي ، بالطبع ، استثنائية في خصوصيتها. ومع ذلك ، فقد أثبتت الدراسات الدقيقة أن جميع البلورات متباينة الخواص بشكل أو بآخر.

يمكن أيضًا امتلاك التجانس ، وإلى حد ما ، تباين الخواص بواسطة أجسام غير متبلورة. ولكن لا يمكن بأي حال من الأحوال أن تتخذ المواد غير المتبلورة نفسها شكل متعددات الوجوه. يمكن أن تتشكل الأجسام البلورية فقط في شكل متعددات الوجوه المستوية. القدرة على الحد من الذات، على سبيل المثال ، تأخذ شكلًا متعدد الأوجه ، تظهر أكثر العلامات الخارجية المميزة لمادة بلورية.

جذب الشكل الهندسي الصحيح للبلورات انتباه الإنسان لفترة طويلة ، وتسبب غموضه في العديد من الخرافات لدى الناس في الماضي. بلورات من مواد مثل الماس والزمرد والياقوت والياقوت والجمشت والتوباز والفيروز والعقيق وما إلى ذلك ، منذ القرن الثامن عشر. كانوا يعتبرون حاملين لقوى خارقة للطبيعة ولم يستخدموا فقط كمجوهرات ثمينة ، ولكن أيضًا كتعويذات أو علاج للعديد من الأمراض ولدغات الثعابين السامة.

في الواقع ، القدرة على القطع الذاتي ، مثل الخاصيتين الأوليين ، هي نتيجة للتركيب الداخلي الصحيح للمادة البلورية. تعكس الحدود الخارجية للبلورات ، كما كانت ، صحة بنيتها الداخلية ، لأن كل بلورة يمكن اعتبارها جزءًا من شبكتها المكانية ، محدودة بالمستويات (الوجوه).

في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أن قدرة المادة البلورية على الحد من الذات لا تظهر دائمًا نفسها ، ولكن فقط في ظل ظروف مواتية بشكل خاص ، عندما لا تتداخل البيئة الخارجية مع تكوين البلورات ونموها الحر. في حالة عدم وجود مثل هذه الظروف ، يتم الحصول على بلورات غير منتظمة تمامًا أو مشوهة جزئيًا. على الرغم من ذلك ، فإنها تحتفظ بجميع خصائصها الداخلية ، بما في ذلك أسباب إجبار البلورات على اتخاذ شكل متعدد السطوح. لذلك ، إذا تم وضع حبة بلورية ذات شكل غير منتظم في ظروف معينة يمكن أن تنمو فيها البلورة بحرية ، فستأخذ شكل متعدد السطوح المستوي المتأصل في هذه المادة بعد فترة.

التناظر البلوريهو أيضًا انعكاس لبنيتها الداخلية الطبيعية. جميع البلورات متناظرة إلى حد ما ، أي أنها تتكون من تكرار أجزاء متساوية بانتظام ، حيث يتم التعبير عن هيكلها من خلال شبكة مكانية ، والتي بطبيعتها متماثلة دائمًا.

كان اكتشاف عالم الفيزياء في ميونخ M. Laue في عام 1912 لظاهرة حيود الأشعة السينية أثناء مرورها عبر بلورة أول تأكيد تجريبي لصحة نظرية البنية الشبكية لمادة بلورية. منذ تلك اللحظة أصبح من الممكن ، من ناحية ، دراسة الأشعة السينية بمساعدة البلورات ، ومن ناحية أخرى ، دراسة التركيب الداخلي للبلورات بمساعدة الأشعة السينية. بهذه الطريقة ، ثبت أن جميع البلورات تتكون من جسيمات مرتبة بالنسبة لبعضها البعض بطريقة منتظمة ، مثل عقد الشبكة المكانية.

بعد تجارب لاو ، توقفت نظرية التركيب الشبكي للبلورات عن كونها مجرد بناء تخميني واكتسبت شكل القانون.

البلورات هي واحدة من أجمل إبداعات الطبيعة وغموضها. من الصعب الآن تسمية تلك السنة البعيدة في فجر تطور البشرية ، عندما تميزت النظرة اليقظة لأحد أسلافنا بأحجار لامعة صغيرة بين صخور الأرض ، على غرار الأشكال الهندسية المعقدة ، والتي سرعان ما بدأت في أن تكون ثمينة. الحلي.

ستمر عدة آلاف من السنين ، وسيدرك الناس أنه إلى جانب جمال الأحجار الكريمة الطبيعية ، دخلت البلورات حياتهم.

تم العثور على البلورات في كل مكان. نسير على البلورات ، نبني من البلورات ، نعالج البلورات ، نزرع البلورات في المختبر ، نصنع الأجهزة ، نستخدم البلورات على نطاق واسع في العلم والتكنولوجيا ، نتعامل مع البلورات ، نجدها في الكائنات الحية ، نخترق أسرار بنية البلورات.

البلورات الموجودة في الأرض متنوعة بشكل لا نهائي. تصل أحجام متعددات السطوح الطبيعية أحيانًا إلى النمو البشري وأكثر. هناك بلورات بتلات أرق من الورق وبلورات في طبقات بسمك عدة أمتار. توجد بلورات صغيرة وضيقة وحادة مثل الإبر ، وهناك بلورات ضخمة مثل الأعمدة. في بعض مناطق إسبانيا ، يتم وضع هذه الأعمدة البلورية للبوابة. يخزن متحف معهد التعدين في سانت بطرسبرغ بلورة من الكريستال الصخري (الكوارتز) يبلغ ارتفاعها أكثر من متر ويزن أكثر من طن. العديد من البلورات نقية تمامًا وشفافة مثل الماء.

بلورات الجليد والثلج

بلورات الماء المتجمد ، أي الجليد والثلج ، معروفة للجميع. تغطي هذه البلورات مساحات شاسعة من الأرض لمدة نصف عام تقريبًا ، وتقع على قمم الجبال وتنزلق منها على شكل أنهار جليدية ، وتطفو كجبال جليدية في المحيطات. إن الغطاء الجليدي لنهر ما أو كتلة نهر جليدي أو جبل جليدي ليس بالطبع بلورة واحدة كبيرة. عادة ما تكون الكتلة الكثيفة من الجليد متعددة البلورات ، أي تتكون من العديد من البلورات الفردية ؛ لا يمكن تمييزها دائمًا ، لأنها صغيرة ونمت معًا. في بعض الأحيان يمكن رؤية هذه البلورات في ذوبان الجليد. كل بلورة جليدية فردية ، كل ندفة ثلجية ، تكون هشة وصغيرة. كثيرا ما يقال أن الثلج يتساقط مثل الزغب. ولكن حتى هذه المقارنة ، كما يمكن للمرء أن يقول ، هي "ثقيلة" للغاية: ندفة الثلج أخف من الزغب. عشرة آلاف ندفة ثلجية تشكل وزن فلس واحد. ولكن ، مجتمعة بكميات ضخمة معًا ، يمكن لبلورات الثلج أن توقف القطار ، وتشكل انسدادًا ثلجيًا.

يمكن أن تدمر بلورات الجليد طائرة في غضون دقائق. الجليد - وهو عدو رهيب للطائرات - هو أيضًا نتيجة للنمو البلوري.

نحن هنا نتعامل مع نمو بلورات من أبخرة فائقة التبريد. في الطبقات العليايمكن تخزين الغلاف الجوي أو بخار الماء أو قطرات الماء لفترة طويلة في حالة فائقة التبريد. يصل التبريد الفائق في السحب إلى -30. ولكن بمجرد اقتحام طائرة تحلق في هذه السحب فائقة التبريد ، تبدأ نفس الساعة في تبلور عنيف. على الفور ، يتم تغطية الطائرة بكومة من البلورات سريعة النمو.

الجواهر

منذ العصور الأولى للثقافة البشرية ، قدر الناس جمال الأحجار الكريمة. الماس والياقوت والياقوت والزمرد هي أغلى الأحجار وأكثرها تفضيلاً. يليها الكسندريت ، التوباز ، البلور الصخري ، الجمشت ، الجرانيت ، الزبرجد ، الكريسوليت. الفيروز الأزرق السماوي واللآلئ الرقيقة والأوبال المتقزح ذات قيمة عالية.

لطالما نُسب العلاج والعديد من الخصائص الخارقة إلى الأحجار الكريمة ، وقد ارتبطت بها العديد من الأساطير.

كانت الأحجار الكريمة بمثابة مقياس لثروة الأمراء والأباطرة.

في متاحف موسكو كرملين ، يمكنك الاستمتاع بمجموعة غنية من الأحجار الكريمة التي كانت تنتمي إليها في السابق العائلة الملكيةومجموعة صغيرة من الأثرياء. من المعروف أن قبعة الأمير بوتيمكين - توريدا كانت مرصعة بالماس وبسبب ذلك كانت ثقيلة لدرجة أن المالك لم يتمكن من ارتدائها على رأسه ، حمل المساعد القبعة في يديه خلف الأمير.

من بين كنوز صندوق الماس في روسيا واحد من أعظم وأجمل الماس في العالم "شاه".

أرسل شاه بلاد فارس الماس إلى القيصر الروسي نيكولاس الأول كفدية لقتل السفير الروسي ألكسندر سيرجيفيتش غريبويدوف ، مؤلف الكوميديا ​​"ويل من فيت".

وطننا غني بالجواهر أكثر من أي دولة أخرى في العالم.

بلورات في الكون

لا يوجد مكان واحد على الأرض لا توجد فيه بلورات. على الكواكب الأخرى ، على النجوم البعيدة ، تظهر البلورات باستمرار وتنمو وتنهار.

في الكائنات الفضائية الفضائية - النيازك توجد بلورات معروفة على الأرض ، وغير موجودة على الأرض. في نيزك ضخم سقط في فبراير 1947 في الشرق الأقصى ، تم العثور على بلورات من الحديد النيكل يبلغ طولها عدة سنتيمترات ، بينما في الظروف الأرضية ، تكون البلورات الطبيعية لهذا المعدن صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا باستخدام المجهر.

2. هيكل وخصائص البلورات

2. 1 ما هي البلورات وأشكال الكريستال

تتشكل البلورات عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا ، عندما تكون الحركة الحرارية بطيئة جدًا بحيث لا تدمر بنية معينة. السمة المميزةالحالة الصلبة للمادة هي ثبات شكلها. هذا يعني أن الجسيمات المكونة لها (الذرات والأيونات والجزيئات) مترابطة بشكل صارم وتحدث حركتها الحرارية كتذبذب حول نقاط ثابتة تحدد مسافة التوازن بين الجسيمات. يجب أن يوفر الموضع النسبي لنقاط التوازن في المادة بأكملها الحد الأدنى من الطاقة للنظام بأكمله ، والذي يتحقق بترتيبها المحدد في الفضاء ، أي في البلورة.

البلورة ، وفقًا لتعريف G.W.Wulff ، هي جسم محدود بسبب خصائصه الداخلية من خلال الأسطح المسطحة - الوجوه.

اعتمادًا على الأحجام النسبية للجسيمات التي تشكل البلورة ونوع الرابطة الكيميائية بينها ، فإن البلورات لها هيئة مختلفةتحدد بالطريقة التي ترتبط بها الجسيمات.

وفقًا للشكل الهندسي للبلورات ، توجد الأنظمة البلورية التالية:

1. مكعب (العديد من المعادن ، الماس ، كلوريد الصوديوم ، بوكل).

2. سداسية (H2O ، SiO2 ، NaNO3) ،

3. رباعي الزوايا (S).

4. معيني (S ، KNO3 ، K2SO4).

5. أحادي الميل (S ، KClO3 ، Na2SO4 * 10H2O).

6. Triclinic (K2C2O7، CuSO4 * 5 H2O).

2.2 الخصائص الفيزيائية للبلورات

للكريستال هذه الفئةيمكنك تحديد تناظر خصائصه. لذا فإن البلورات المكعبة متباينة الخواص من حيث انتقال الضوء ، والتوصيل الكهربائي والحراري ، والتمدد الحراري ، ولكنها متباينة الخواص من حيث الخصائص الكهربائية المرنة. أكثر بلورات متباينة الخواص من التآزر المنخفض.

جميع خصائص البلورات مترابطة ويتم تحديدها من خلال التركيب الذري البلوري ، وقوى الترابط بين الذرات وأطياف الطاقة للإلكترونات. بعض الخصائص ، على سبيل المثال: الكهربائية والمغناطيسية والبصرية ، تعتمد بشكل كبير على توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة. تعتمد العديد من خصائص البلورات بشكل حاسم ليس فقط على التناظر ، ولكن أيضًا على عدد العيوب (القوة ، اللدونة ، اللون ، وخصائص أخرى).

الخواص (من اليونانية isos - متساوية ، نفس و تروبوس - دوران ، اتجاه) استقلال خصائص الوسط عن الاتجاه.

تباين الخواص (من اليونانية anisos - غير المتكافئ والتروبوس - الاتجاه) هو اعتماد خصائص المادة على الاتجاه.

تمتلئ البلورات بالعديد من العيوب المختلفة. العيوب ، كما كانت ، تُحيي البلورة. نظرًا لوجود عيوب ، يكشف البلور عن "ذاكرة" للأحداث التي أصبح مشاركًا فيها أو عندما كان كذلك ، فإن العيوب تساعد البلورة على "التكيف" مع بيئة. عيوب تغير نوعيا خصائص البلورات. حتى في الكميات الصغيرة جدًا ، تؤثر العيوب بشدة على الخواص الفيزيائية التي تكون غائبة تمامًا أو شبه غائبة في بلورة مثالية ، كونها ، كقاعدة عامة ، "مواتية بقوة" ، تخلق مناطق من النشاط الفيزيائي والكيميائي المتزايد حولها.

3. تزايد البلورات

تعد البلورات المتنامية نشاطًا مثيرًا ، وربما يكون أبسطها وأكثرها سهولة وأقل تكلفة للكيميائيين المبتدئين ، حيث أنها آمنة قدر الإمكان من حيث مرض السل. الإعداد الدقيق للتنفيذ يشحذ المهارات في القدرة على التعامل مع المواد بعناية وتنظيم خطة عملك بشكل صحيح.

يمكن تقسيم النمو البلوري إلى مجموعتين.

3.1 تكوين الكريستال الطبيعي في الطبيعة

تكوين الكريستال في الطبيعة (نمو بلوري طبيعي).

أكثر من 95٪ من الجميع الصخور، التي تتكون منها قشرة الأرض ، تكونت أثناء تبلور الصهارة. الصهارة عبارة عن خليط من العديد من المواد. كل هذه المواد درجات حرارة مختلفةبلورة. لذلك ، أثناء التبريد ، تنقسم الصهارة إلى أجزاء: تظهر البلورات الأولى للمادة ذات أعلى درجة حرارة تبلور وتبدأ في النمو في الصهارة.

تتشكل البلورات أيضًا في بحيرات الملح. في الصيف ، تتبخر مياه البحيرات بسرعة وتبدأ بلورات الملح في التساقط منها. يمكن أن تزود بحيرة Baskunchak وحدها في سهوب أستراخان بالملح للعديد من الولايات لمدة 400 عام.

بعض الكائنات الحية "مصانع" البلورات. تشكل الشعاب المرجانية جزرًا كاملة ، مبنية من بلورات مجهرية من الجير الكربوني.

كما أن الأحجار الكريمة المصنوعة من اللؤلؤ مبنية أيضًا من البلورات التي ينتجها بلح البحر اللؤلؤي.

حصوات المرارة في الكبد وحصى الكلى و مثانةالتي تسبب أمراضًا خطيرة للإنسان هي البلورات.

3.2 النمو البلوري الاصطناعي

النمو الاصطناعي للبلورات (زراعة البلورات في المعامل والمصانع).

إن زراعة البلورات عملية فيزيائية وكيميائية.

الذوبان في المواد مذيبات مختلفةيمكن أن يعزى إلى الظواهر الفيزيائيةمنذ حدوث تدمير الشبكة البلورية ، يتم امتصاص الحرارة في هذه الحالة (عملية طاردة للحرارة).

هناك أيضًا عملية كيميائية - التحلل المائي (تفاعل الأملاح مع الماء).

عند اختيار مادة ما ، من المهم مراعاة الحقائق التالية:

1. يجب ألا تكون المادة سامة

2. يجب أن تكون المادة مستقرة ونقية كيميائياً بدرجة كافية

3. قدرة المادة على الذوبان في مذيب متوفر

4. يجب أن تكون البلورات الناتجة مستقرة

هناك عدة طرق لتنمية البلورات.

1. تحضير محاليل مفرطة التشبع مع مزيد من التبلور في وعاء مفتوح (الأسلوب الأكثر شيوعًا) أو وعاء مغلق. مغلق - الطريقة الصناعيةلتنفيذه ، يتم استخدام وعاء زجاجي ضخم به ترموستات يحاكي حمام مائي. يحتوي الوعاء على محلول ببذور جاهزة ، وتنخفض درجة الحرارة كل يومين بمقدار 0.1 درجة مئوية ؛ تتيح هذه الطريقة الحصول على بلورات مفردة نقية وصحيحة تقنيًا. لكن هذا يتطلب تكاليف طاقة عالية ومعدات باهظة الثمن.

2. تبخر محلول مشبع طريق مفتوحعندما يؤدي التبخر التدريجي لمذيب ، على سبيل المثال ، من وعاء مغلق بإحكام مع محلول ملحي ، إلى ظهور بلورات في حد ذاته. الطريق مغلقيتضمن الاحتفاظ بالمحلول المشبع في مجفف فوق مادة تجفيف قوية (أكسيد الفوسفور (V) أو حمض الكبريتيك المركز).

ثانيًا. الجزء العملي.

1. زراعة البلورات من المحاليل المشبعة

أساس نمو البلورات هو محلول مشبع.

الأدوات والمواد: 500 مل زجاج ، ورق ترشيح ، ماء مغلي ، ملعقة ، قمع ، أملاح CuSO4 * 5H2O ، K2CrO4 (كرومات البوتاسيوم) ، K2Cr2O4 (ثنائي كرومات البوتاسيوم) ، شب البوتاسيوم ، NiSO4 (كبريتات النيكل) ، NaCl (كلوريد الصوديوم) ، C12H22O11 (سكر).

لتحضير محلول الملح ، نأخذ كوبًا نظيفًا ومغسولًا جيدًا سعة 500 مل. صب الماء المغلي الساخن (ر = 50-60 درجة مئوية) 300 مل فيه. صب المادة في كوب في أجزاء صغيرة ، وخلطها ، وتحقيق الذوبان الكامل. عندما يكون المحلول "مشبعًا" ، أي أن المادة ستبقى في القاع ، وتضيف المزيد من المواد وتترك المحلول في درجة حرارة الغرفة لمدة يوم. لمنع الغبار من الوصول إلى المحلول ، قم بتغطية الزجاج بورق الترشيح. يجب أن يكون المحلول شفافًا ، ويجب أن تسقط فائض المادة على شكل بلورات في قاع الزجاج.

صفي المحلول المحضر من رواسب البلورات وضعه في دورق مقاوم للحرارة. هناك أيضا وضع القليل من مادة نقية كيميائيا (بلورات مترسبة). سخني القارورة في حمام مائي حتى تذوب تمامًا. لا يزال المحلول الناتج يسخن لمدة 5 دقائق عند t = 60-70 درجة مئوية ، ويصب في كوب نظيف ، ملفوف في منشفة ، ويترك ليبرد. بعد يوم ، تتشكل بلورات صغيرة في قاع الكوب.

2 - إنشاء عرض "بلورات"

نلتقط صوراً للبلورات الناتجة ، وباستخدام إمكانيات الإنترنت ، نقوم بإعداد عرض ومجموعة من "البلورات".

صنع صورة باستخدام البلورات

لطالما اشتهرت البلورات بجمالها ، وهذا هو سبب استخدامها كمجوهرات. يزينون الملابس والأطباق والأسلحة. يمكن استخدام البلورات لإنشاء لوحات. رسمت المناظر الطبيعية "غروب الشمس". تستخدم البلورات المزروعة كمواد لصنع المناظر الطبيعية.

استنتاج

في هذه الورقة ، تم إخبار جزء صغير فقط مما هو معروف عن البلورات في الوقت الحاضر ، ومع ذلك ، أظهرت هذه المعلومات أيضًا كيف أن البلورات غير عادية وغامضة في جوهرها.

في السحب ، على قمم الجبال ، في الصحاري الرملية ، البحار والمحيطات ، في المختبرات العلمية ، في الخلايا النباتية ، في الكائنات الحية والميتة - سنلتقي بالبلورات في كل مكان.

لكن ربما يحدث تبلور المادة على كوكبنا فقط؟ لا ، نحن نعلم الآن أنه على الكواكب الأخرى والنجوم البعيدة ، تظهر البلورات باستمرار وتنمو وتتحلل. النيازك ، رسل الفضاء ، تتكون أيضًا من بلورات ، وأحيانًا تحتوي على مواد بلورية غير موجودة على الأرض.

البلورات في كل مكان. اعتاد الناس على استخدام البلورات ، وصنع المجوهرات منها ، والإعجاب بها. الآن وقد تم تعلم الأساليب زراعة اصطناعيةبلورات ، اتسع نطاق تطبيقها ، وربما ينتمي مستقبل أحدث التقنيات إلى البلورات والركام البلوري.