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.

مستضاف على http://www.allbest.ru/

شائعةخصائص الكريستال

مقدمة

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

تعتمد فيزياء الحالة الصلبة على فكرة تبلور المادة. تعتمد جميع نظريات الخواص الفيزيائية للمواد الصلبة البلورية على مفهوم الدورية المثالية للشبكات البلورية. وباستخدام هذه الفكرة والبيانات المتعلقة بتماثل وتباين البلورات التي تتبعها، طور الفيزيائيون نظرية للتركيب الإلكتروني للمواد الصلبة. هذه النظرية تجعل من الممكن إعطاء تصنيف صارم للمواد الصلبة، وتحديد نوعها وخصائصها العيانية. ومع ذلك، فهو يسمح للمرء بتصنيف المواد المعروفة والمدروسة فقط ولا يسمح للمرء بتحديد تكوين وبنية المواد الجديدة مسبقًا. المواد المعقدة، والتي سيكون لها مجموعة معينة من الخصائص. هذه المهمة الأخيرة مهمة بشكل خاص للممارسة، حيث أن 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. تنقسم عادة دراسة اعتماد خصائص المادة على تركيبها الكيميائي وبنيتها البلورية إلى المراحل المنفصلة التالية: 1) الدراسة العامة للبلورات والحالة البلورية للمادة 2) بناء نظرية الروابط الكيميائية وخصائصها تطبيق لدراسة فئات مختلفة من المواد البلورية 3) دراسة الأنماط العامة للتغيرات في بنية المواد البلورية عندما يتغير تركيبها الكيميائي 4) وضع القواعد التي تجعل من الممكن التحديد المسبق للتركيب الكيميائي وبنية المواد التي لديها مجموعة معينة من الخصائص الفيزيائية.

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

1. تباين

تباين الكريستال الاحتراق الذاتي

تباين الخواص - يتم التعبير عنه في حقيقة ذلك الخصائص الفيزيائيةالبلورات ليست هي نفسها في اتجاهات مختلفة. تشمل الكميات الفيزيائية معلمات مثل القوة والصلابة والتوصيل الحراري وسرعة انتشار الضوء والتوصيل الكهربائي. ومن الأمثلة المميزة للمادة ذات التباين الواضح هو الميكا. صفائح الميكا البلورية - تنقسم بسهولة فقط على طول المستويات. في الاتجاهات العرضية، يكون تقسيم صفائح هذا المعدن أكثر صعوبة.

مثال على تباين الخواص هو بلورة معدن الديستين. في الاتجاه الطولي تكون صلابة الديستين 4.5، في الاتجاه العرضي - 6. معدن الديستين (Al 2 O) الذي يتميز بصلابة مختلفة بشكل حاد في اتجاهات غير متساوية. على طول الاستطالة، يتم خدش بلورات الديسثين بسهولة بشفرة السكين، في الاتجاه العمودي على الاستطالة، ولا يترك السكين أي علامات.

أرز. 1 ديستين كريستال

معدن الكورديريت (Mg2Al3). المعدنية، ألومينوسيليكات المغنيسيوم والحديد. تظهر بلورة الكورديريت بألوان مختلفة في ثلاثة اتجاهات مختلفة. إذا تم قطع مكعب ذو وجوه من مثل هذه البلورة، فيمكن ملاحظة ما يلي. بشكل عمودي على هذه الاتجاهات، ثم على طول قطري المكعب (من الأعلى إلى الأعلى، لوحظ لون أزرق رمادي، في الاتجاه الرأسي - لون أزرق نيلي، وفي الاتجاه عبر المكعب - أصفر.

أرز. 2 مكعب منحوت من الكورديريت.

بلورة من ملح الطعام، على شكل مكعب. من مثل هذه البلورة، يمكن قطع القضبان في اتجاهات مختلفة. ثلاثة منها متعامدة على وجوه المكعب، وموازية 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 تأخذ في حد ذاتها شكلًا متعدد السطوح، تحت أي ظرف من الظروف.

أرز. 3 الكشف عن تباين التوصيل الحراري على الكوارتز (أ) وغيابه على الزجاج (ب)

كمثال (الشكل 1) للخصائص متباينة الخواص للمواد البلورية، يجب علينا أولاً أن نذكر التباين الميكانيكي، والذي يتكون مما يلي. الجميع المواد البلوريةفهي لا تنقسم بالتساوي في اتجاهات مختلفة (الميكا والجبس والجرافيت وما إلى ذلك). من ناحية أخرى، تنقسم المواد غير المتبلورة بنفس الطريقة في جميع الاتجاهات، لأن عدم الشكل يتميز بالتماثل (التكافؤ) - تتجلى الخصائص الفيزيائية في جميع الاتجاهات بالتساوي.

من السهل ملاحظة تباين التوصيل الحراري في ما يلي تجربة بسيطة. ضعي طبقة من الشمع الملون على وجه بلورة الكوارتز وأحضري إبرة مسخنة على مصباح روحي إلى وسط الوجه. ستأخذ دائرة الشمع المذابة الناتجة حول الإبرة شكل قطع ناقص على وجه المنشور أو شكل مثلث غير منتظم على أحد جوانب الرأس البلوري. في مادة متناحية الخواص، على سبيل المثال، الزجاج، سيكون شكل الشمع المنصهر دائمًا دائرة منتظمة.

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

في النهاية، فإن سبب تباين البلورات هو أنه مع الترتيب المنظم للأيونات أو الجزيئات أو الذرات، فإن قوى التفاعل بينها والمسافات بين الذرات (وكذلك بعض الكميات التي لا ترتبط بها مباشرة، على سبيل المثال، التوصيل الكهربائي أو قابلية الاستقطاب ) تبين أنها غير متكافئة في اتجاهات مختلفة. قد يكون سبب تباين البلورة الجزيئية أيضًا هو عدم تناسق جزيئاتها، وأود أن أشير إلى أن جميع الأحماض الأمينية، باستثناء أبسطها - الجلايسين، غير متماثلة.

أي جسيم من البلورة له تركيبة كيميائية محددة بدقة. تُستخدم خاصية المواد البلورية هذه للحصول على مواد نقية كيميائيًا. على سبيل المثال، عند التجميد مياه البحرفيصبح 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، تكون متطابقة تمامًا في جميع خصائصها: فهي لها نفس اللون والكتلة والصلابة وما إلى ذلك. وبالتالي، فإن كل بلورة هي جسم متجانس، ولكن في نفس الوقت جسم متباين الخواص. يعتبر الجسم متجانسًا، حيث يوجد على مسافات محدودة من أي نقطة منه نقاط أخرى تعادله ليس فقط فيزيائيًا، ولكن أيضًا هندسيًا. بمعنى آخر، فهي في نفس بيئة 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 مادية، والحافة عبارة عن صف عقدي متحقق. كقاعدة عامة، يتم تحديد الوجوه البلورية المتطورة بواسطة شبكات عقدية ذات أعلى كثافة 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 يمكنها بمفردها أن تتخذ شكلاً متعدد السطوح.

هناك تطورات جارية يمكنها زيادة عامل تجانس البلورات.

حصل علمائنا الروس على براءة اختراع لهذا الاختراع. يتعلق الاختراع بصناعة السكر، ولا سيما إنتاج المسكيت. يوفر الاختراع زيادة في معامل تجانس البلورات في الكتلة، 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 ماسكويت ماسكويت من التبلور الأول، المدة الهامة للحصول على ماسكويت.

تتمثل النتيجة التقنية للاختراع في زيادة معامل تجانس البلورات في الكتلة الكتلية للتبلور الأول وتكثيف عملية الحصول على الكتلة.

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. ترتبط هذه الميزة بالبنية البلورية. الكرة الزجاجية، على سبيل المثال، لا تملك مثل هذه الميزة.

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

القدرة على القطع الذاتي، أي. في ظل ظروف معينة، تأخذ شكلا طبيعيا متعدد الأوجه. وهذا يوضح أيضًا بنيته الداخلية الصحيحة. هذه الخاصية هي التي تميز المادة البلورية عن المادة غير المتبلورة. مثال يوضح ذلك. تم إنزال كرتين منحوتتين من الكوارتز والزجاج في محلول السيليكا. ونتيجة لذلك، سيتم تغطية كرة الكوارتز بالحواف، وستبقى الكرة الزجاجية مستديرة.

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

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

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

أرز. 4 قانون ثبات الزوايا الوجيهية في البلورات (أ-د) ونمو الوجوه الرائدة 1،3 و5 للبلورة النامية على جدار التجويف (هـ)

الانقسام هو إحدى خصائص البلورات التي تنقسم فيها أو تنقسم على طول اتجاهات بلورية معينة، ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مستويات ناعمة 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 المادة في الشبكات البلورية هي الأصغر.

اعتمادًا على درجة الكمال يمكن تمييز عدة أنواع من الانقسام:

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

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

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

أرز. 6 الكالسيت

متوسط ​​- عند الانقسام، يتم تشكيل كل من طائرات الانقسام والكسور غير المستوية في اتجاهات عشوائية (البيروكسينات، الفلسبار).

أرز. 7 الفلسبار ((K, Na, Ca, وأحيانا Ba) (Al 2 Si 2 أو Al Si 3) O 8))

غير كامل - تنقسم المعادن في اتجاهات تعسفية مع تكوين أسطح كسر غير مستوية، ويتم العثور على مستويات الانقسام الفردية بصعوبة (الكبريت الأصلي، البيريت، الأباتيت، الزبرجد الزيتوني).

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

في بعض المعادن، عند الانقسام، يتم تشكيل الأسطح غير المستوية فقط، في هذه الحالة يتحدثون عن انقسام غير كامل للغاية أو غيابه (الكوارتز).

أرز. 9 كوارتز (SiO2)

يمكن أن يظهر الانقسام في اتجاه واحد، أو اثنين، أو ثلاثة، ونادرًا ما يكون أكثر. للحصول على وصف أكثر تفصيلاً له، 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 - في الفلوريت.

يجب تمييز مستويات الانقسام عن الوجوه البلورية: المستوى، كقاعدة عامة، لديه بريق أقوى، ويشكل سلسلة من المستويات الموازية لبعضها البعض، وعلى عكس الوجوه البلورية، التي لا يمكننا ملاحظة التظليل عليها.

وهكذا، يمكن تتبع الانقسام على طول اتجاهات واحدة (الميكا)، واثنين (الفلسبار)، وثلاثة (الكالسيت، الهاليت)، وأربعة (الفلوريت)، وستة (السفاليريت). تعتمد درجة كمال الانقسام على بنية الشبكة البلورية لكل معدن، حيث أن 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 البلورة، لا يوجد انقسام (الكوارتز).

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

الانفصال - خاصية بعض المعادن للانقسام مع تكوين خطوط متوازية، على الرغم من أنها في أغلب الأحيان ليست مستوية تمامًا، وليس بسبب بنية الشبكة البلورية، والتي يتم الخلط بينها أحيانًا على أنها انقسام. وعلى النقيض من الانقسام، فإن الانفصال هو خاصية لبعض العينات الفردية فقط من معدن معين، وليس كذلك النوع المعدنيعمومًا. والفرق الرئيسي بين الانفصال والانقسام هو أن اللكمات الناتجة لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر باستخدام شرائح متوازية.

تناظر- النمط الأكثر عمومية المرتبط ببنية وخصائص المادة البلورية. وهو أحد المفاهيم الأساسية المعممة للفيزياء والعلوم الطبيعية بشكل عام. "التناظر هو خاصية الأشكال الهندسية في تكرار أجزائها، أو، بتعبير أدق، ملكيتها في مواضع مختلفة لتتماشى مع الموضع الأصلي." ولتسهيل الدراسة يستخدمون نماذج من البلورات التي تنقل أشكال البلورات المثالية. لوصف تماثل البلورات، من الضروري تحديد عناصر التماثل. وبالتالي، فإن مثل هذا الكائن متماثل، ويمكن دمجه مع نفسه عن طريق تحولات معينة: الدوران و (و) الانعكاسات (الشكل 10).

1. مستوى التماثل هو مستوى وهمي يقسم البلورة إلى جزأين متساويين، ويكون أحد الأجزاء بمثابة صورة مرآة للآخر. يمكن أن تحتوي البلورة على عدة مستويات من التماثل. يشار إلى مستوى التماثل حرف لاتينير.

2. محور التماثل هو خط، أثناء الدوران حوله تكرر البلورة موضعها الأولي بمقدار 360 درجة في الفضاء عدد مرات. يُشار إليه بالحرف L. n - يحدد ترتيب محور التماثل، والذي في الطبيعة يمكن أن يكون فقط 2 و 3 و 4 و 6 ترتيب، أي. L2، L3، L4 وL6. لا توجد محاور من الدرجة الخامسة فما فوق في البلورات، ولا تؤخذ في الاعتبار محاور الدرجة الأولى.

3. مركز التماثل - نقطة وهمية تقع داخل البلورة، حيث تتقاطع الخطوط وتنقسم إلى نصفين، وتربط النقاط المقابلة على سطح البلورة1. يشار إلى مركز التماثل بالحرف C.

يتم دمج مجموعة كاملة من الأشكال البلورية الموجودة في الطبيعة في سبعة Syngonies (أنظمة): 1) مكعب؛ 2) سداسية. 3) رباعي الزوايا (مربع)؛ 4) مثلثي. 5) المعينية. 6) أحادي و 7) ثلاثي.

4. نقطة انصهار ثابتة

الانصهار هو انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يتم التعبير عنها في حقيقة أنه عند تسخين الجسم البلوري، ترتفع درجة الحرارة إلى حد معين؛ مع مزيد من التسخين، تبدأ المادة في الذوبان، وتبقى درجة الحرارة ثابتة لبعض الوقت، لأن كل الحرارة تذهب إلى تدمير الشبكة البلورية. ويعتقد أن سبب هذه الظاهرة هو أن الجزء الرئيسي من طاقة المدفأة الموردة للمادة الصلبة يستخدم لتقليل الروابط بين جزيئات المادة، أي. لتدمير الشبكة البلورية. وفي هذه الحالة تزداد طاقة التفاعل بين الجزيئات. المادة المنصهرة لديها كمية كبيرة الطاقة الداخليةمما كانت عليه في الحالة الصلبة. وينفق الجزء المتبقي من حرارة الانصهار في بذل شغل لتغيير حجم الجسم أثناء ذوبانه. وتسمى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الانصهار بنقطة الانصهار.

أثناء الذوبان، يزداد حجم معظم الأجسام البلورية (بنسبة 3-6%)، وينخفض ​​أثناء التصلب. لكن هناك مواد عند ذوبانها يقل حجمها وعندما تصلب يزيد حجمها.

وتشمل هذه، على سبيل المثال، الماء والحديد الزهر والسيليكون وبعض الآخرين. هذا هو السبب في أن الجليد يطفو على سطح الماء، والحديد 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 اللازمة لإذابة مادة تساوي المنتج حرارة نوعيةذوبان إلى الكتلة مادة معينة.

توضح الحرارة النوعية للانصهار مقدار الحرارة المطلوبة التحول الكامل 1 كجم من المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، تؤخذ بمعدل الانصهار.

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

أثناء عملية الذوبان، تظل درجة حرارة البلورة ثابتة. وتسمى درجة الحرارة هذه نقطة الانصهار. كل مادة لها نقطة انصهار خاصة بها.

تعتمد نقطة انصهار مادة معينة على الضغط الجوي.

في الأجسام البلورية عند نقطة الانصهار، يمكن ملاحظة المادة في الحالتين الصلبة والسائلة في وقت واحد. على منحنيات التبريد (أو التسخين) للمواد البلورية وغير المتبلورة، يمكن للمرء أن يرى أنه في الحالة الأولى هناك انعطافات حادة تتوافق مع بداية ونهاية التبلور؛ في حالة تبريد مادة غير متبلورة، لدينا منحنى سلس. وعلى هذا الأساس يكون من السهل التمييز بين المواد البلورية والمواد غير المتبلورة.

فهرس

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

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

3. تم تسمية UrFU على اسم الرئيس الأول لروسيا ب.ن. يلتسين"، قسم علم البلورات الهندسي (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

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

5. التقديم: 13/2008147470، 2008/12/01؛ IPC C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). حامل (أصحاب) براءات الاختراع: المؤسسة التعليمية الحكومية العليا التعليم المهنيأكاديمية فورونيج الحكومية التكنولوجية (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. ولاية تولا الجامعة التربويةسميت على اسم L. N. قسم تولستوي للبيئة جولينسكايا ف. "مفهوم المعادن كمواد بلورية" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. دورة تدريبية على الحاسب الآلي "الجيولوجيا العامة" دورة محاضرات. المحاضرة 3 D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. صف 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 الكولسترولية.

الملخص، تمت إضافته في 26/04/2010


البلورات السائلة كحالة طورية تمر فيها بعض المواد تحت ظروف معينة، وخصائصها الفيزيائية الرئيسية والعوامل المؤثرة عليها. تاريخ البحث وأنواعه واستخدام البلورات السائلة في إنتاج الشاشات.

تمت إضافة الاختبار في 12/06/2013


ميزات وخصائص الحالة البلورية السائلة للمادة. هيكل البلورات السائلة السميكية وخصائص تعديلاتها. الخصائص الكهروضوئية. دراسة التركيب الحلزوني للمركب C* بواسطة الديناميكية الجزيئية.

الملخص، تمت إضافته في 18/12/2013


تاريخ تطور مفهوم البلورات السائلة. البلورات السائلة وأنواعها وخصائصها الرئيسية. النشاط البصري للبلورات السائلة وخصائصها الهيكلية. تأثير فريدريكس. المبدأ المادي لتشغيل الأجهزة على شاشات الكريستال السائل. ميكروفون بصري.

تمت إضافة البرنامج التعليمي في 14/12/2010


النظر في تاريخ اكتشاف ومجالات تطبيق البلورات السائلة؛ تصنيفها إلى smetic، nematic وchosteric. دراسة الخصائص البصرية والمغناطيسية والعازلة والصوتية الضوئية للمواد البلورية السائلة.

ورقة مصطلح، أضيفت في 18/06/2012


تعريف البلورات السائلة وجوهرها وتاريخ اكتشافها وخصائصها وميزاتها وتصنيفها واتجاهات استخدامها. توصيف فئات البلورات السائلة الحرارية. درجات الحرية الانتقالية للأطوار العمودية أو "الخيوط السائلة".

الملخص، تمت إضافته في 28/12/2009


البلورات حقيقية الأجسام الصلبة. الديناميكا الحرارية للعيوب النقطية في البلورات وهجرتها ومصادرها وأحواضها. دراسة الخلع، وهو خلل خطي في التركيب البلوري للمواد الصلبة. العيوب ثنائية وثلاثية الأبعاد. المواد الصلبة غير المتبلورة.

تمت إضافة التقرير في 01/07/2015


تمت إضافة العرض بتاريخ 29/09/2013


المفهوم والسمات الرئيسية للحالة المكثفة للمادة والعمليات المميزة. الأجسام البلورية وغير المتبلورة. جوهر وميزات تباين البلورات. السمات المميزةالبلورات والبوليمرات. الخصائص الحرارية وهيكل البلورات.

دورة المحاضرات، أضيفت في 21/02/2009


تقييم خصائص درجة حرارة اللزوجة (الزيوت). اعتماد نقطة الوميض على الضغط. التشتت والنشاط البصري. الطرق المخبريةتقطير النفط والمنتجات النفطية. حرارة الانصهار والتسامي. الانكسار النوعي والجزيئي.

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

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

وتسمى هذه الخاصية أيضًا بالتباين. يتم التعبير عنها في حقيقة أن الخصائص الفيزيائية للبلورات (الصلابة والقوة والتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي وسرعة انتشار الضوء) ليست هي نفسها في اتجاهات مختلفة. يتم فصل الجزيئات 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. ومن الأمثلة المميزة للمادة ذات التباين الواضح هو الميكا. يتم تقسيم الصفائح البلورية لهذا المعدن بسهولة فقط على طول مستويات موازية لصفائحها. في الاتجاهات العرضية، يكون تقسيم ألواح الميكا أكثر صعوبة.

ويتجلى تباين الخواص أيضًا في حقيقة أنه عند تعرض البلورة لأي مذيب، فإن معدل التفاعلات الكيميائية يختلف في اتجاهات مختلفة. ونتيجة لذلك، فإن كل بلورة، عند ذوبانها، تكتسب أشكالها المميزة، والتي تسمى أشكال النقش.

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

التوحيد

يتم التعبير عنها في حقيقة أن أي أحجام أولية من مادة بلورية، موجهة بشكل متساوٍ في الفضاء، تكون متطابقة تمامًا في جميع خصائصها: فهي لها نفس اللون والكتلة والصلابة وما إلى ذلك. وبالتالي، فإن كل بلورة هي جسم متجانس، 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 يمكنها بمفردها أن تتخذ شكلاً متعدد السطوح.

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. ترتبط هذه الميزة بالبنية البلورية. الكرة الزجاجية، على سبيل المثال، لا تملك مثل هذه الميزة.

يمكن أن تختلف بلورات المادة نفسها عن بعضها البعض في حجمها وعدد وجوهها وحوافها وشكل وجوهها. ذلك يعتمد على ظروف تكوين البلورات. مع النمو غير المتساوي، يتم تسطيح البلورات، ممدود، الخ. تظل الزوايا بين الوجوه المقابلة للبلورة المتنامية دون تغيير. تُعرف هذه الميزة للبلورات باسم قانون ثبات الزوايا. وفي هذه الحالة قد يختلف حجم وشكل الوجوه في البلورات المختلفة لنفس المادة والمسافة بينها وحتى عددها، لكن الزوايا بين الوجوه المتناظرة في جميع البلورات من نفس المادة تظل ثابتة تحت نفس الظروف من الضغط ودرجة الحرارة.

تم إنشاء قانون ثبات الزوايا السطحية في نهاية القرن السابع عشر من قبل العالم الدنماركي ستينو (1699) على بلورات بريق الحديد والبلور الصخري، وفي وقت لاحق تم تأكيد هذا القانون من قبل M.V. لومونوسوف (1749) والعالم الفرنسي روما دي ليل (1783). يسمى قانون ثبات الزوايا الوجيهية بالقانون الأول في علم البلورات.

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

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

لقياس زوايا ثنائي السطوح في البلورات، تم اختراع أجهزة خاصة - مقاييس الزوايا.

نقطة انصهار ثابتة

يتم التعبير عنها في حقيقة أنه عند تسخين الجسم البلوري، ترتفع درجة الحرارة إلى حد معين؛ مع مزيد من التسخين، تبدأ المادة في الذوبان، وتبقى درجة الحرارة ثابتة لبعض الوقت، لأن كل الحرارة تذهب إلى تدمير الشبكة البلورية. وتسمى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الانصهار بنقطة 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 هناك انعطافات حادة تتوافق مع بداية ونهاية التبلور؛ في حالة تبريد مادة غير متبلورة، لدينا منحنى سلس. وعلى هذا الأساس يكون من السهل التمييز بين المواد البلورية والمواد غير المتبلورة.

كيفية التمييز بين البلورات والمواد الصلبة غير البلورية؟ ربما بطريقة متعددة الأوجه؟ لكن الحبيبات البلورية في المعدن أو الصخور لها شكل غير منتظم؛ ومن ناحية أخرى، الزجاج، على سبيل المثال، يمكن أن يكون متعدد الأوجه - من لم ير الخرز الزجاجي الأوجه؟ ومع ذلك، فإننا نقول أن الزجاج مادة غير بلورية. لماذا؟

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

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

الفرق الرئيسي بين النظارات يكمن في الهيكل الداخليفي كيفية وجود أصغر جزيئات المادة فيها - الجزيئات والذرات والأيونات. في الأجسام الغازية والسوائل والمواد الصلبة غير البلورية، مثل الزجاج، تتوضع أصغر جزيئات المادة بشكل عشوائي تمامًا. وفي الأجسام البلورية الصلبة، توجد الجزيئات في نظام منتظم. إنهم يشبهون مجموعة من الرياضيين في الرتب، مع الفارق، مع الفارق، في أن الصفوف المنتظمة من الجزيئات تمتد ليس فقط إلى اليمين واليسار، وإلى الأمام والخلف، ولكن أيضًا إلى الأعلى والأسفل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجسيمات لا تقف ساكنة، بل تتأرجح باستمرار، وتثبت في مكانها بواسطة القوى الكهربائية. المسافات بين الجزيئات داخل البلورات صغيرة، كما أن الذرات نفسها صغيرة: يمكن وضع حوالي 100 مليون ذرة في قطعة طولها 1 سم. هذا جدا رقم ضخم: تخيل أن 100 مليون شخص يصطفون جنبًا إلى جنب. يمكن لمثل هذا الخط أن يحيط بالأرض على طول خط الاستواء.

يختلف التركيب الصحيح للجزيئات في كل مادة، وبالتالي فإن أشكال البلورات متنوعة جدًا. ولكن في جميع البلورات، توجد الذرات أو الجزيئات بالضرورة أمر صارمبينما الأجسام غير البلورية ليس لديها مثل هذا الترتيب. ولذلك نقول: البلورات أجسام صلبة تترتب فيها الجزيئات التي تكونها ترتيباً منتظماً.

تم استنتاج قوانين بناء جميع البلورات نظريًا من قبل عالم البلورات الروسي العظيم إفغراف ستيبانوفيتش فيدوروف (1853-1919) وعالم البلورات الألماني آرثر شوينفليس. ومن اللافت للنظر أن فيدوروف فعل ذلك قبل 20 عامًا، في عام 1912، تجريبيًا بمساعدة الأشعة السينيةلقد ثبت أن الذرات الموجودة في البلورات مرتبة بالفعل بترتيب منتظم وأن قوانين ترتيبها هي نفسها تمامًا التي تنبأ بها العالم الروسي ببراعة.

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

ولكل منها شكل متعدد السطوح مميز خاص بها، والذي يعتمد على بنية شبكتها البلورية. على سبيل المثال، تكون بلورات الملح، كقاعدة عامة، على شكل مكعب، وتتبلور المواد الأخرى في شكل أهرامات مختلفة، ومنشورات، وأوكتاهيدرون (أوكتاهيدرون) ومتعددات السطوح الأخرى.

لكن في الطبيعة، تكون هذه الأشكال البلورية العادية نادرة، وسوف تقرأ عنها لاحقًا.

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

الترتيب الصحيح للجزيئات يحدد أيضًا خصائص البلورة. أليس من المدهش، على سبيل المثال، أن يتم بناء معدنين مختلفين مثل الجرافيت الأسود غير المميز والشفاف المتلألئ من نفس ذرات الكربون! هي بلورات الكربون. إذا كانت الشبكات البلورية لذرات الكربون مبنية وفق نمط واحد، فإنها تشكل بلورات شفافة من الماس، وهو أصلب المواد على وجه الأرض وأغلى الأحجار الكريمة، أما إذا كانت ذرات الكربون نفسها مرتبة بشكل مختلف، فإنها صغيرة، ويتم الحصول على بلورات سوداء معتمة، ويعتبر الجرافيت من أنعم المعادن. الماس هو ما يقرب من ضعف وزن الجرافيت. يوصل الجرافيت الكهرباء بينما الألماس لا يفعل ذلك. 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 مثاليان مواد مختلفةولكنها مبنية من نفس الذرات، والفرق بينهما هو فقط في اختلاف بنيتها.

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

الجميع يعرف بلورات الميكا. من السهل تقسيم الميكا بشفرة سكين أو بأصابعك فقط: يتم فصل أوراق الميكا عن بعضها البعض دون صعوبة تقريبًا. لكن حاول تقسيم الميكا أو قطعها أو كسرها عبر مستوى اللوحة - فهذا أمر صعب للغاية: فقد تبين أن الميكا، التي تكون هشة على طول مستوى الورقة، أقوى بكثير في الاتجاه العرضي. تختلف قوة بلورات الميكا في اتجاهات مختلفة.

هذه الخاصية مميزة مرة أخرى للبلورات. ومن المعروف أن الزجاج، على سبيل المثال، ينكسر بسهولة بأي شكل من الأشكال، وفي جميع الاتجاهات، إلى شظايا غير منتظمة. وهنا البلورة الملح الصخري، بغض النظر عن مدى دقة كسره، فإنه سيظل دائمًا مكعبًا، أي أنه دائمًا ما ينقسم بسهولة فقط على طول وجوه متعامدة ومسطحة تمامًا.

تنقسم البلورة في الاتجاهات التي تكون فيها القوة أقل. لا يتم الكشف عن ذلك بوضوح بالنسبة لكل بلورة كما هو الحال بالنسبة للميكا أو الملح الصخري - على سبيل المثال، لا ينقسم الكوارتز على طول مستويات متساوية - بالنسبة لجميع البلورات، تختلف القوة في اتجاهات مختلفة. في الملح الصخري، على سبيل المثال، تكون القوة في اتجاه واحد أكبر بثماني مرات منها في الاتجاه الآخر، وفي بلورات الزنك - بعشر مرات. على هذا الأساس، يمكن التمييز بين البلورات وغير البلورات: في الأجسام غير البلورية، تكون القوة هي نفسها في جميع الاتجاهات، وبالتالي فهي لا تنقسم أبدًا على طول المستويات.

إذا قمت بتسخين أي جسم، فسوف يبدأ في التوسع. وهنا من السهل أن نرى الفرق بين المواد البلورية وغير البلورية: الزجاج سوف يتمدد في كل الاتجاهات بنفس الطريقة، والبلورة سوف تتمدد بشكل مختلف في اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، تتوسع بلورات الكوارتز في الاتجاه الطولي بمقدار ضعف ما تتوسع في الاتجاه العرضي. تختلف أيضًا الصلابة والتوصيل الحراري والخصائص الكهربائية وغيرها من خصائص البلورات في اتجاهات مختلفة.

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

أشكال متعددات السطوح البلورية تدهش العين بتماثلها الصارم.

يعد تماثل البلورات خاصية مهمة ومميزة لها. يحدد شكل البلورات وتماثلها المادة البلورية.

تم إنشاء نظرية البنية الشبكية للبلورات في منتصف القرن التاسع عشر على يد عالم البلورات الفرنسي O. Bravais، ثم أكمل عالم البلورات الروسي الأكاديمي E. S. Fedorov والعالم الألماني A. Schoenflis التطوير الرياضي لهذه النظرية. في إنشاء وتطوير نظرية البنية الشبكية للبلورات، اعتمد علماء البلورات، برافيس وفيدوروف وآخرون، على خصائص معينة مهمة للمادة البلورية فقط.

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

متجانسويشار إليه عادة بالجسم الذي له نفس الخصائص في جميع أجزائه. الجسم البلوري متجانس، لأن أقسامه المختلفة لها نفس البنية، أي نفس اتجاه الجزيئات المكونة التي تنتمي إلى نفس الشبكة المكانية. ينبغي التمييز بين تجانس البلورة وتجانس السائل أو الغاز، وهو أمر ذو طبيعة إحصائية.

متباين الخواصيسمى هذا الجسم المتجانس الذي له خصائص غير متساوية في اتجاهات غير متوازية. الجسم البلوري متباين الخواص، نظرًا لأن بنية الشبكة المكانية، وبالتالي البلورة نفسها، ليست هي نفسها بشكل عام في الاتجاهات غير المتوازية. في اتجاهات متوازية، توجد الجزيئات التي تشكل البلورة، وكذلك عقد شبكتها المكانية، بنفس الطريقة تمامًا، لذلك يجب أن تكون خصائص البلورة في مثل هذه الاتجاهات هي نفسها.

ومن الأمثلة المميزة على التباين الواضح هو الميكا، التي تنقسم بلوراتها بسهولة في اتجاه واحد محدد فقط. كمثال صارخ آخر على تباين الخواص، يمكن الاستشهاد بمعدن الديستين (AlOAl)، الذي تمتلك بلوراته وجوهًا جانبية لها قيم صلابة مختلفة جدًا في الاتجاهين الطولي والعرضي. إذا تم قطع قضبان من بلورة ملح صخري مكعبة الشكل في اتجاهات مختلفة، فستكون هناك حاجة إلى قوى مختلفة لكسر هذه القضبان. سوف ينكسر القضيب المتعامد مع وجوه المكعب بقوة تبلغ حوالي 570 جم / مم 2 ؛ بالنسبة للقضيب الموازي لأقطار الوجه، ستكون قوة الانكسار 1150 جم/مم2، والقضيب الموازي للقطر الصلب للمكعب سوف ينكسر بقوة 2150 جم/مم2.

والأمثلة المذكورة هي بالطبع استثنائية في خصوصيتها. ومع ذلك، فقد أثبتت الدراسات الدقيقة أن جميع البلورات متباينة الخواص بطريقة أو بأخرى.

يمكن أيضًا أن تمتلك الأجسام غير المتبلورة التجانس، وإلى حد ما، تباين الخواص. ولكن تحت أي ظرف من الظروف لا يمكن للمواد غير المتبلورة أن تأخذ شكل متعددات الوجوه. يمكن فقط للأجسام البلورية أن تتشكل على شكل متعددات الوجوه المستوية. القدرة على الحد من الذات، أي اتخاذ شكل متعدد الأوجه، تظهر العلامة الخارجية الأكثر تميزًا للمادة البلورية.

لقد جذب الشكل الهندسي الصحيح للبلورات انتباه الإنسان لفترة طويلة، وتسبب غموضه في ظهور خرافات مختلفة لدى الناس في الماضي. بلورات من مواد مثل الماس والزمرد والياقوت والياقوت والجمشت والتوباز والفيروز والعقيق وما إلى ذلك، في وقت مبكر من 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، فإن القدرة على القطع الذاتي، مثل الخاصيتين الأوليين، هي نتيجة للبنية الداخلية الصحيحة للمادة البلورية. تعكس الحدود الخارجية للبلورات، كما كانت، صحة بنيتها الداخلية، لأن كل بلورة يمكن اعتبارها جزءًا من شبكتها المكانية، المحدودة بالمستويات (الوجوه).

في الوقت نفسه، تجدر الإشارة إلى أن قدرة المادة البلورية على الحد الذاتي لا تظهر دائما، ولكن فقط في ظل ظروف مواتية بشكل خاص، عندما لا تتداخل البيئة الخارجية مع التكوين والنمو الحر للبلورات. وفي غياب مثل هذه الظروف، يتم الحصول على بلورات غير منتظمة تمامًا أو مشوهة جزئيًا. وعلى الرغم من ذلك، فإنها تحتفظ بجميع خصائصها الداخلية، بما في ذلك الأسباب التي تدفع البلورات إلى اتخاذ شكل متعدد السطوح. لذلك، إذا تم وضع حبة بلورية ذات شكل غير منتظم في ظروف معينة يمكن أن تنمو فيها البلورة بحرية، فبعد فترة ستأخذ شكل متعدد السطوح المستوي المتأصل في هذه المادة.

التماثل الكريستاليهو أيضًا انعكاس لبنيتها الداخلية الطبيعية. جميع البلورات متناظرة إلى حد ما، أي أنها تتكون من أجزاء متساوية متكررة بانتظام، حيث يتم التعبير عن بنيتها من خلال شبكة مكانية، والتي تكون بطبيعتها متناظرة دائمًا.

كان اكتشاف عالم الفيزياء في ميونيخ إم لاو في عام 1912 لظاهرة حيود الأشعة السينية أثناء مرورها عبر البلورة أول تأكيد تجريبي لصحة نظرية البنية الشبكية للمادة البلورية. ومنذ تلك اللحظة أصبح من الممكن دراسة الأشعة السينية بمساعدة البلورات من ناحية، ومن ناحية أخرى دراسة البنية الداخلية للبلورات بمساعدة الأشعة السينية. وبهذه الطريقة، ثبت أن جميع البلورات تتكون من جزيئات مرتبة بالنسبة لبعضها البعض بطريقة منتظمة، مثل عقد الشبكة المكانية.

بعد تجارب لاو، توقفت نظرية البنية الشبكية للبلورات عن أن تكون مجرد بناء تأملي واكتسبت شكل قانون.

البلورات هي واحدة من أجمل إبداعات الطبيعة وأكثرها غموضًا. من الصعب الآن تسمية تلك السنة البعيدة في فجر تطور البشرية، عندما ميزت النظرة اليقظة لأحد أسلافنا أحجارًا لامعة صغيرة بين صخور الأرض، تشبه الأشكال الهندسية المعقدة، والتي سرعان ما أصبحت بمثابة ثمينة الحلي.

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

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

البلورات الموجودة في الأرض متنوعة بلا حدود. تصل أحجام المجسمات المتعددة السطوح الطبيعية أحيانًا إلى النمو البشري وأكثر. توجد بتلات بلورات أرق من الورق وبلورات في طبقات يبلغ سمكها عدة أمتار. هناك 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 بسانت بطرسبرغ بلورة من البلور الصخري (الكوارتز) يزيد ارتفاعها عن المتر وتزن أكثر من طن. العديد من البلورات نقية وشفافة تمامًا 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 مثل الجبال الجليدية في المحيطات. إن الغطاء الجليدي لنهر أو كتلة من 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 وكبرت معًا. في بعض الأحيان يمكن رؤية هذه البلورات في ذوبان الجليد. كل بلورة ثلجية فردية، كل ندفة ثلج، هشة وصغيرة. كثيرا ما يقال أن الثلج يتساقط مثل الزغب. ولكن حتى هذه المقارنة يمكن القول إنها "ثقيلة" للغاية: ندفة الثلج أخف من الزغب. عشرة آلاف رقاقات الثلج تشكل وزن بنس واحد. ولكن، عند جمعها بكميات كبيرة معًا، يمكن لبلورات الثلج أن توقف القطار، وتشكل عوائق ثلجية.

يمكن لبلورات الثلج أن تدمر طائرة في غضون دقائق. الجليد - العدو الرهيب للطائرات - هو أيضًا نتيجة لنمو البلورات.

نحن هنا نتعامل مع نمو البلورات من الأبخرة فائقة التبريد. في الطبقات العلياالغلاف الجوي أو بخار الماء أو قطرات الماء، يمكن تخزينها لفترة طويلة في حالة شديدة البرودة. يصل التبريد الفائق في السحب إلى -30. ولكن بمجرد أن تقتحم الطائرة هذه السحب فائقة البرودة، تبدأ في نفس الساعة عملية تبلور عنيفة. على الفور، تمت تغطية الطائرة بكومة من البلورات سريعة النمو.

الأحجار الكريمة

منذ العصور الأولى للثقافة الإنسانية، قدر الناس جمال الأحجار الكريمة. يعتبر الماس والياقوت والياقوت والزمرد من أغلى الأحجار وأكثرها تفضيلاً. ويتبعهم الكسندريت، التوباز، الكريستال الصخري، الجمشت، الجرانيت، الزبرجد، الكريسوليت. يحظى الفيروز الأزرق السماوي واللؤلؤ الرقيق والأوبال القزحي بتقدير كبير.

لطالما نُسبت الشفاء والخصائص الخارقة المختلفة إلى الأحجار الكريمة، كما ارتبطت بها العديد من الأساطير.

كانت الأحجار الكريمة بمثابة مقياس لثروة الأمراء والأباطرة.

في متاحف موسكو الكرملين، يمكنك الاستمتاع بمجموعة غنية من الأحجار الكريمة التي كانت مملوكة ذات يوم العائلة الملكيةومجموعة صغيرة من الأثرياء. ومن المعروف أن قبعة الأمير بوتيمكين - توريدا كانت مرصعة بالألماس ولهذا كانت ثقيلة جدًا لدرجة أن المالك لم يتمكن من ارتدائها على رأسه، حمل المساعد القبعة بين يديه خلف الأمير.

ومن بين كنوز صندوق الماس الروسي واحدة من أعظم وأجمل الماسات في العالم "الشاه".

أرسل شاه بلاد فارس الماسة إلى القيصر الروسي نيكولاس الأول فدية لمقتل السفير الروسي ألكسندر سيرجيفيتش غريبويدوف، مؤلف الكوميديا ​​"ويل من فيت".

وطننا غني بالأحجار الكريمة أكثر من أي بلد آخر في العالم.

البلورات في الكون

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

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

2. هيكل وخصائص البلورات

2. 1 ما هي البلورات، وأشكال الكريستال

تتشكل البلورات عند درجة حرارة منخفضة إلى حد ما، عندما تكون الحركة الحرارية بطيئة للغاية بحيث لا تدمر بنية معينة. ميزة مميزةالحالة الصلبة للمادة هي ثبات شكلها. وهذا يعني أن الجزيئات المكونة لها (الذرات والأيونات والجزيئات) مترابطة بشكل صارم وتحدث حركتها الحرارية كتذبذب حول نقاط ثابتة تحدد مسافة التوازن بين الجزيئات. يجب أن يوفر الموقع النسبي لنقاط التوازن في المادة بأكملها الحد الأدنى من الطاقة للنظام بأكمله، والذي يتحقق من خلال ترتيبها المحدد في الفضاء، أي في البلورة.

البلورة، حسب تعريف جي دبليو وولف، هي جسم محدود بسبب خصائصه الداخلية بأسطح مستوية - وجوه.

اعتمادًا على الأحجام النسبية للجزيئات التي تشكل البلورة ونوع الرابطة الكيميائية بينها، تتكون البلورات هيئة مختلفةيتم تحديده من خلال طريقة اتصال الجزيئات.

وفقاً للشكل الهندسي للبلورات، توجد الأنظمة البلورية التالية:

1. مكعب (العديد من المعادن، الماس، NaCl، KCl).

2. سداسي (H2O، SiO2، NaNO3)،

3. رباعي الزوايا (S).

4. المعينية (S، KNO3، K2SO4).

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

6. تريكلينيك (K2C2O7، CuSO4*5 H2O).

2.2 الخصائص الفيزيائية للبلورات

للكريستال هذه الفئةيمكنك تحديد التماثل في خصائصه. لذا فإن البلورات المكعبة متناحية الخواص من حيث انتقال الضوء، والتوصيل الكهربائي والحراري، والتمدد الحراري، لكنها متباينة الخواص من حيث الخواص الكهربائية المرنة. البلورات الأكثر تباين الخواص من Syngonies منخفضة.

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 والضوئية، تعتمد بشكل كبير على توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة. تعتمد العديد من خصائص البلورات بشكل حاسم ليس فقط على التماثل، ولكن أيضًا على عدد العيوب (القوة واللدونة واللون وغيرها من الخصائص).

تناحي الخواص (من الكلمة اليونانية isos - متساوي، نفس الشيء وتروبوس - الدوران، الاتجاه) استقلال خصائص الوسط عن الاتجاه.

تباين الخواص (من الكلمة اليونانية anisos - غير المتكافئة و tropos - الاتجاه) هو اعتماد خصائص المادة على الاتجاه.

تمتلئ البلورات بالعديد من العيوب المختلفة. العيوب، كما كانت، تنشط البلورة. ونظرًا لوجود العيوب، تكشف البلورة عن "ذاكرة" للأحداث التي أصبحت مشاركًا فيها أو عندما كانت، تساعد العيوب البلورة على "التكيف" مع بيئة. العيوب تغير نوعيا خصائص البلورات. حتى بكميات صغيرة جدًا، تؤثر العيوب بقوة على تلك الخصائص الفيزيائية التي تكون غائبة تمامًا أو تقريبًا في البلورة المثالية، كونها كقاعدة عامة، "مواتية للطاقة"، تخلق العيوب مناطق من النشاط الفيزيائي والكيميائي المتزايد حولها.

3. نمو البلورات

تعد زراعة البلورات نشاطًا مثيرًا، وربما يكون أبسطها وأكثرها سهولة في الوصول إليها وغير مكلفة للكيميائيين المبتدئين، كما أنها آمنة قدر الإمكان فيما يتعلق بالسل. يؤدي الإعداد الدقيق للتنفيذ إلى صقل المهارات في القدرة على التعامل مع المواد بعناية وتنظيم خطة عملك بشكل صحيح.

يمكن تقسيم النمو البلوري إلى مجموعتين.

3.1 تكوين البلورات الطبيعية في الطبيعة

تكوين البلورات في الطبيعة (نمو البلورات الطبيعية).

أكثر من 95% من الكل الصخوروالتي تتكون منها القشرة الأرضية، 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 درجة حرارة التبلور الأعلى وتبدأ في النمو في الصهارة.

تتشكل البلورات أيضًا في البحيرات المالحة. في الصيف تتبخر مياه البحيرات بسرعة وتبدأ بلورات الملح بالتساقط منها. يمكن لبحيرة باسكونتشاك وحدها في سهوب أستراخان أن تزود العديد من الولايات بالملح لمدة 400 عام.

بعض الكائنات الحيوانية هي "مصانع" للبلورات. تشكل الشعاب المرجانية جزرًا كاملة، مبنية من بلورات مجهرية من الجير الكربوني.

يتكون حجر اللؤلؤ أيضًا من البلورات التي ينتجها بلح البحر اللؤلؤي.

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

3.2 نمو البلورات الاصطناعية

النمو الاصطناعي للبلورات (زراعة البلورات في المختبرات والمصانع).

إن نمو البلورات هو عملية فيزيائية وكيميائية.

ذوبان المواد في مذيبات مختلفةيمكن أن يعزى إلى الظواهر الفيزيائية، نظرًا لحدوث 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. أن لا تكون المادة سامة

2. يجب أن تكون المادة مستقرة ونقية كيميائيا بدرجة كافية

3. قدرة المادة على الذوبان في مذيب متوفر

4. يجب أن تكون البلورات الناتجة مستقرة

هناك عدة طرق لزراعة البلورات.

1. تحضير المحاليل المفرطة التشبع مع مزيد من التبلور في وعاء مفتوح (التقنية الأكثر شيوعًا) أو وعاء مغلق. مغلق - الطريقة الصناعيةويستخدم في تنفيذه وعاء زجاجي ضخم مزود بمنظم حرارة يحاكي حمام الماء. يحتوي الوعاء على محلول مع بذرة جاهزة، وتنخفض درجة الحرارة كل يومين بمقدار 0.1 درجة مئوية، وهذه الطريقة تجعل من الممكن الحصول على بلورات مفردة صحيحة ونقية من الناحية التكنولوجية. لكن هذا يتطلب تكاليف طاقة عالية ومعدات باهظة الثمن.

2. تبخر المحلول المشبع طريقة مفتوحةعندما يكون التبخر التدريجي لمذيب، على سبيل المثال، من وعاء مغلق بشكل غير محكم يحتوي على محلول ملحي، يمكن أن يؤدي في حد ذاته إلى ظهور بلورات. طريقة مغلقةيتضمن حفظ المحلول المشبع في مجفف فوق مجفف قوي (أكسيد الفوسفور (V) أو حمض الكبريتيك المركز).

ثانيا. الجزء العملي.

1. نمو البلورات من المحاليل المشبعة

أساس نمو البلورات هو محلول مشبع.

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

لتحضير المحلول الملحي نأخذ كوباً نظيفاً ومغسولاً جيداً سعة 500 مل. صب الماء المغلي الساخن (50-60 درجة مئوية) 300 مل فيه. صب المادة في كوب في أجزاء صغيرة ، واخلطها حتى تذوب تمامًا. عندما يكون المحلول "مشبعًا" أي أن المادة ستبقى في القاع ويضاف المزيد من المواد ويترك المحلول في درجة حرارة الغرفة لمدة يوم. لمنع دخول الغبار إلى المحلول، قم بتغطية الزجاج بورق الترشيح. يجب أن يتحول المحلول إلى شفافية، ويجب أن يسقط فائض من المادة على شكل بلورات في الجزء السفلي من الزجاج.

صفي المحلول المحضر من راسب البلورات وضعه في دورق مقاوم للحرارة. هناك أيضًا وضع القليل من المادة النقية كيميائيًا (البلورات المترسبة). تسخين القارورة في حمام مائي حتى يذوب تماما. يتم تسخين المحلول الناتج لمدة 5 دقائق عند درجة حرارة t = 60-70 درجة مئوية، ثم يُسكب في كوب نظيف، ويُلف بمنشفة، ويُترك ليبرد. وبعد يوم، تتشكل بلورات صغيرة في قاع الكوب.

2. إنشاء عرض "بلورات"

نقوم بالتقاط صور للبلورات الناتجة باستخدام إمكانيات الإنترنت ونقوم بإعداد عرض تقديمي ومجموعة من "البلورات".

صنع صورة باستخدام البلورات

لطالما اشتهرت البلورات بجمالها، ولهذا السبب يتم استخدامها كمجوهرات. يزينون الملابس والأطباق والأسلحة. يمكن استخدام البلورات لإنشاء اللوحات. لقد رسمت المناظر الطبيعية "غروب الشمس". تستخدم البلورات المزروعة كمواد لصنع المناظر الطبيعية.

خاتمة

في هذه الورقة، تم ذكر جزء صغير فقط مما هو معروف عن البلورات في الوقت الحاضر، إلا أن هذه المعلومات أظهرت أيضًا مدى روعة البلورات وغموضها في جوهرها.

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

ولكن ربما تبلور المادة يحدث فقط على كوكبنا؟ لا، نحن نعلم الآن أنه على الكواكب الأخرى والنجوم البعيدة، تنشأ البلورات وتنمو وتتحلل باستمرار. النيازك، الرسل الفضائية، تتكون أيضًا من بلورات، وفي بعض الأحيان تحتوي على مواد بلورية غير موجودة على الأرض.

البلورات في كل مكان. اعتاد الناس على استخدام البلورات وصنع المجوهرات منها والإعجاب بها. والآن بعد أن تم تعلم الأساليب زراعة اصطناعيةالبلورات، توسع نطاق تطبيقها، وربما ينتمي مستقبل أحدث التقنيات إلى البلورات والركام البلورية.