क्रिस्टलीय अवस्था की विशेषताएं। क्रिस्टलीय अवस्था क्रिस्टलीय अवस्था की विशिष्ट विशेषताएं

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पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को प्लेसमेंट की त्रि-आयामी आवधिकता की विशेषता है निर्माण सामग्री. यह इस विशेषता पर है कि विवर्तन आधारित है। एक्स-रेक्रिस्टल से होकर गुजरा, और इसलिए क्रिस्टल का संपूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण।

पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था तब होती है जब शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर दोनों को महसूस किया जाता है तुलनात्मक स्थितिकण। लिंक, मैक्रोमोलेक्यूल्स के खंड - और इंटरमॉलिक्युलर दोनों के भीतर परस्पर क्रिया कर सकते हैं।

किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को इस तथ्य की विशेषता है कि इसमें कण (परमाणु, आयन या अणु) एक दूसरे से निरंतर दूरी पर, एक नियमित जाली का निर्माण करते हैं। एक अनाकार पदार्थ में, नहीं सही आदेशकणों की व्यवस्था में नहीं देखा जाता है।

पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था की विशेषता है सही स्थानक्रिस्टल बनाने वाले कणों के स्थान में, क्रिस्टलीय, या स्थानिक, जाली का निर्माण। क्रिस्टल में कणों के केंद्रों को स्थानिक जाली के नोड कहा जाता है।

पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को सभी परमाणुओं की एक कड़ाई से नियमित, समय-समय पर दोहराई जाने वाली व्यवस्था की विशेषता है। ऐसा चित्र आदर्श होता है और परमाणुओं की ऐसी आदर्श व्यवस्था वाला क्रिस्टल पूर्ण कहलाता है। एक वास्तविक क्रिस्टल में, परमाणुओं की आदर्श व्यवस्था के विचलन और उल्लंघन हमेशा होते हैं। इन उल्लंघनों को अपूर्णता, या दोष कहा जाता है।

किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को निर्माण सामग्री के स्थान पर त्रि-आयामी आवधिकता की विशेषता होती है। यह वह विशेषता है जो क्रिस्टल के माध्यम से प्रेषित एक्स-रे के विवर्तन को रेखांकित करती है, और इसलिए क्रिस्टल के संपूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का आधार है।

पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को क्रिस्टल जालक में सभी परमाणुओं की एक कड़ाई से नियमित, समय-समय पर दोहराई जाने वाली व्यवस्था1 की विशेषता है। परमाणुओं की ऐसी आदर्श व्यवस्था वाले क्रिस्टल को पूर्ण कहा जाता है। एक वास्तविक क्रिस्टल में, परमाणुओं की आदर्श व्यवस्था के विचलन और उल्लंघन हमेशा पाए जाते हैं। इन उल्लंघनों को क्रिस्टल संरचना की खामियां या दोष कहा जाता है।

किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को एक दूसरे के सापेक्ष कणों के कड़ाई से परिभाषित अभिविन्यास और गुणों की अनिसोट्रॉपी (वेक्टोरियलिटी) की विशेषता होती है, जब एक क्रिस्टल (थर्मल चालकता, तन्य शक्ति, आदि) के गुण अलग-अलग दिशाओं में समान नहीं होते हैं। .

पर गैसीय किसी पदार्थ के अणुओं की अवस्था एक दूसरे से पर्याप्त दूरी पर होती है और पदार्थ के एक छोटे आयतन पर कब्जा कर लेती है। गैसीय अवस्था में, गैस बनाने वाले अणु या परमाणु व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। गैसीय पदार्थों की संरचना का आदेश नहीं दिया जाता है।

जब गैसीय पदार्थ संघनित होते हैं, तो वे बनते हैं तरल पदार्थ। तरल अवस्था में, अणुओं के बीच की दूरी बहुत कम होती है, और पदार्थ के आयतन का बड़ा हिस्सा अणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, एक दूसरे के संपर्क में और एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। वे। तरल अवस्था में, कणों का कुछ क्रम देखा जाता है, लघु-श्रेणी का क्रम देखा जाता है।

पर ठोस कण एक दूसरे के इतने करीब होते हैं कि उनके बीच मजबूत बंधन पैदा होते हैं, व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के सापेक्ष कणों की गति नहीं होती है। संरचना में उच्च स्तर की व्यवस्था है। ठोस में हो सकता है अनाकार और क्रिस्टलीयस्थि‍ति।

अनाकार पदार्थों में एक क्रमबद्ध संरचना नहीं होती है, तरल पदार्थों की तरह, उनके पास केवल एक करीबी क्रम (ग्लासी अवस्था) होता है। अनाकार पदार्थ तरल होते हैं। पॉलिमर, रेजिन, अनाकार सिलिकॉन, अनाकार सेलेनियम, महीन चांदी, अनाकार सिलिकॉन ऑक्साइड, जर्मेनियम, कुछ सल्फेट, कार्बोनेट अनाकार अवस्था में हैं। अनाकार पदार्थ आइसोट्रोपिक हैं, अर्थात। किसी पदार्थ के भौतिक गुण अलग-अलग दिशाओं में समान रूप से फैलते हैं, और उनके पास कड़ाई से परिभाषित गलनांक नहीं होता है, वे एक निश्चित तापमान सीमा में पिघलते हैं। लेकिन अधिकांश ठोस पदार्थ क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं।

क्रिस्टलीय पदार्थों की विशेषता लंबी दूरी के क्रम से होती है, अर्थात। पूरे वॉल्यूम में संरचना की त्रि-आयामी आवधिकता। कणों की नियमित व्यवस्था को क्रिस्टल जाली के रूप में दर्शाया गया है, जिसके नोड्स पर कण होते हैं जो एक ठोस बनाते हैं। वे काल्पनिक रेखाओं से जुड़े हुए हैं।

आदर्श एकल क्रिस्टल होते हैं:

अनिसोट्रॉपी - यानी। क्रिस्टल के आयतन में अलग-अलग दिशाओं में, भौतिक गुण भिन्न होते हैं।

निश्चित गलनांक।

क्रिस्टलीय पदार्थों को क्रिस्टल जाली की ऊर्जा की विशेषता होती है, यह वह ऊर्जा है जिसे क्रिस्टल जाली को नष्ट करने और बातचीत से कणों को हटाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए।

जाली स्थिरांक क्रिस्टल जाली में कणों के साथ-साथ क्रिस्टल जाली के चेहरों के बीच के नोड्स के बीच की दूरी को दर्शाता है।

क्रिस्टल जालक की समन्वय संख्या किसी दिए गए कण से सीधे सटे कणों की संख्या होती है।

कम से कम संरचनात्मक इकाईप्राथमिक सेल है। क्रिस्टल जाली सात प्रकार के होते हैं: क्यूबिक, टेट्राहेड्रल, हेक्सागोनल, रंबोहेड्रल, ऑर्थोरोम्बोहेड्रल, मोनोक्लिनिक और ट्राइक्लिनिक।

पॉलिमर की भौतिक अवस्थाओं को परिभाषित किया गया है: गतिज ऊर्जाकण (कुल अवस्थाएँ), और अंतरिक्ष में उनकी पारस्परिक व्यवस्था (चरण अवस्थाएँ) [अंजीर। एक]।

कणों की तापीय गति की तीव्रता में परिवर्तन और तापमान में वृद्धि या कमी के साथ अंतर-आणविक संपर्क की ऊर्जा पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन का कारण बनती है।

तापमान में वृद्धि या कमी के साथ कणों की पारस्परिक व्यवस्था में परिवर्तन से पदार्थ की चरण अवस्था में परिवर्तन होता है। चरण राज्य: क्रिस्टलीय, तरल (अनाकार) और गैसीय, जिसमें पदार्थ हो सकते हैं, केवल कणों की पारस्परिक व्यवस्था में एक दूसरे से भिन्न होते हैं - परमाणु, अणु (उनका "क्रम")। कणों की पारस्परिक व्यवस्था में क्रम किसी दिए गए कण के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को उस कण के व्यास के बराबर या गुणकों में खोजने की अधिकतम संभावना है, जिसकी गणना गुरुत्वाकर्षण के केंद्र से की जाती है।

गैसीय चरण अवस्था को कणों की पारस्परिक व्यवस्था में क्रम की पूर्ण कमी की विशेषता है। तरल (अनाकार) अवस्था कणों की पारस्परिक व्यवस्था और लंबी दूरी के क्रम की अनुपस्थिति में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर द्वारा निर्धारित की जाती है। कणों की पारस्परिक व्यवस्था में पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर दोनों की विशेषता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, बहुलक अणुओं की एक विशेषता उनके आकार की अनिसोट्रॉपी है। इसलिए, क्रिस्टलीय उच्च-आणविक यौगिकों में, "लॉन्ग-रेंज ऑर्डर" की अवधारणा में किसी दिए गए अणु के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को खोजने की अधिकतम संभावना दोनों शामिल हैं, जिसमें से उलटी गिनती ली गई है ("समन्वय क्रम"), और अनिसोट्रोपिक कणों का प्रमुख अभिविन्यास, जो मैक्रोमोलेक्यूल्स ("ओरिएंटेशन ऑर्डर") हैं।

दूसरे शब्दों में, यदि एक अनाकार बहुलक में पड़ोसी मैक्रोमोलेक्यूल्स के गुरुत्वाकर्षण के केंद्रों को खोजने की संभावना केवल इन कणों के आकार के अनुरूप दूरी पर अधिकतम होती है, तो क्रिस्टलीय पॉलिमर में ये संभाव्यता मैक्सिमा उन दूरी पर भी देखी जाती है जो पूर्णांक संख्या होती हैं कण आकार से कई गुना बड़ा (चित्र 2); क्रिस्टलीय अवस्था को "अनुवाद संबंधी स्थानिक समरूपता" की विशेषता है।

तापमान के प्रभाव में अंतरिक्ष में कणों की सापेक्ष स्थिति में परिवर्तन को चरण संक्रमण कहा जाता है। बहुलक संरचना की इस तरह की पुनर्व्यवस्था थर्मोडायनामिक मापदंडों में अचानक परिवर्तन का कारण बनती है: आयतन, आंतरिक ऊर्जा, थैलेपीज़ - और गर्मी के अवशोषण या रिलीज के साथ है ("प्रथम-क्रम चरण संक्रमण")।

उसी समय, चरण संक्रमण जो गर्मी के अवशोषण या विमोचन के बिना होते हैं ("तरलता - सुपरफ्लुइडिटी", "कंडक्टर - सुपरकंडक्टर"), लेकिन जिसमें गर्मी क्षमता, इज़ोटेर्मल कंप्रेसिबिलिटी, आइसोबैरिक गुणांक में अचानक परिवर्तन होता है थर्मल विस्तारदूसरे क्रम के चरण संक्रमण कहलाते हैं। इस मामले में, कणों की पारस्परिक व्यवस्था में समरूपता मात्रा, आंतरिक ऊर्जा और अन्य थर्मोडायनामिक मापदंडों में निरंतर परिवर्तन के साथ बदलती है।

दूसरे शब्दों में, पहली तरह के चरण संक्रमण पहले व्युत्पन्न में अचानक परिवर्तन का कारण बनते हैं, और दूसरे प्रकार के चरण संक्रमण - रासायनिक क्षमता के संबंध में दूसरा व्युत्पन्न।

सभी फाइबर बनाने वाले पॉलिमर एक अनाकार अवस्था में हो सकते हैं। माध्यमिक और तृतीयक स्तरों की प्रमुख भूमिका की धारणा के आधार पर पॉलिमर की अनाकार अवस्था का वर्णन किया गया है संरचनात्मक संगठनपदार्थ।

अनाकार अवस्था में बहुलक निकायों को चिह्नित करने का एक सुविधाजनक तरीका विभिन्न तापमानों पर उनके यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन करना है।

बाहरी बल क्षेत्रों की तीव्रता, एक बहुलक शरीर की विकृति और तनाव दर के बीच संबंध स्थापित करने वाले समीकरण सिस्टम की स्थिति के रियोलॉजिकल समीकरण कहलाते हैं। ये समीकरण, एक निश्चित सन्निकटन के साथ, बहुलक सामग्री के वास्तविक गुणों का वर्णन उसी तरह कर सकते हैं जैसे प्रसिद्ध गैस कानून वास्तविक गैसों के गुणों का वर्णन करते हैं।

यदि, किसी बहुलक निकाय पर बाह्य बलों की क्रिया के परिणामस्वरूप, उसमें आंतरिक ऊर्जा जमा हो जाती है, लेकिन यह नष्ट नहीं होती है, तो शरीर को लोचदार कहा जाता है। मामले में जब बाहरी ताकतों का काम पूरी तरह से समाप्त हो जाता है, तो शरीर को चिपचिपा के रूप में जाना जाता है। अंत में, यदि बाहरी बलों के प्रभाव में बहुलक शरीर में केवल ऊर्जा का आंशिक संचय होता है, और शेष भाग नष्ट हो जाता है, तो ऐसे शरीर को विस्कोलेस्टिक (या लोचदार-चिपचिपा) कहा जाता है।

बाहरी बलों की कार्रवाई की समाप्ति के बाद, लोचदार माध्यम (लोचदार शरीर), संग्रहीत लोचदार ऊर्जा के प्रभाव में, आकार में एक प्रतिवर्ती परिवर्तन से गुजरता है।

लोड हटा दिए जाने के बाद, चिपचिपा माध्यम उसी स्थिति में रहता है: कोई ऊर्जा स्रोत नहीं हैं जो इसके आगे प्रतिवर्ती (कम से कम आंशिक रूप से) विरूपण पैदा करने में सक्षम हैं। हीटिंग या सॉल्वेंट (प्लास्टिसाइजिंग) पदार्थों के प्रभाव में, एक ही बहुलक प्रत्येक रियोलॉजिकल समूह की विशेषता गुणों को प्राप्त कर सकता है। बाहरी बलों के प्रभाव में होने वाले बहुलक सामग्री के आकार और आयामों में परिवर्तन को विरूपण कहा जाता है।

बाहरी बल क्षेत्रों की कार्रवाई के तहत बहुलक सामग्री की क्षमता उनके प्राथमिक, माध्यमिक और उच्च स्तर के संरचनात्मक संगठन की विशेषताओं के साथ-साथ तापमान और पर्यावरण द्वारा निर्धारित की जाती है जिसमें यह विरूपण होता है।

पॉलिमर की ठोस (कांचयुक्त) अवस्था

बहुलक सामग्री की विरूपण क्षमता, बाहरी बलों की कार्रवाई के तहत एक बहुलक सब्सट्रेट में बंधन कोणों और अंतर-परमाणु दूरी में पूरी तरह से प्रतिवर्ती परिवर्तन के कारण, लोचदार गुणों की अभिव्यक्ति की विशेषता है। वह तापमान जिसके नीचे एक बहुलक शरीर को लोचदार शरीर के रूप में बाहरी बलों की कार्रवाई के तहत विकृत किया जा सकता है, भंगुरता तापमान कहलाता है। टीचोटी बाहरी बल क्षेत्रों की क्रिया का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है (चित्र। 3.3, एक) व्यापक संपीड़न, कतरनी और तनाव के रूप में। उसी समय, एक बहुलक सामग्री का कोई भी परिमित विरूपण स्वयं प्रकट होता है, एक तरफ, वॉल्यूमेट्रिक संपीड़न (या विस्तार) के विरूपण के रूप में, जो अपने आकार (फैलाव) को बनाए रखते हुए शरीर की मात्रा में परिवर्तन की विशेषता है, और , दूसरी ओर, एक कतरनी विरूपण के रूप में, जो एक शरीर के आकार में परिवर्तन की विशेषता है जब इसकी मात्रा में परिवर्तन होता है (चित्र 3.3 देखें)। बी) इस संबंध में, राज्य के रियोलॉजिकल समीकरण को एक विकृत शरीर के आयतन में परिवर्तन से जुड़े प्रभावों और इसके आकार में बदलाव पर तनाव के प्रभाव दोनों का वर्णन करना चाहिए। सामान्य स्थिति में, विकृति दो रूपों में प्रकट होती है: प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय के रूप में। अपरिवर्तनीय विरूपण पर खर्च की गई ऊर्जा पुन: उत्पन्न नहीं होती है।

एक लोचदार नमूने (ब्लॉक, रॉड, फाइबर) के एक अक्षीय तनाव के तहत, इसका प्रतिवर्ती बढ़ाव होता है (चित्र 3 देखें)। में-1) हुक के नियम द्वारा वर्णित:

बहुलक थर्मोट्रोपिक लिपोट्रोपिक ग्लासी

जहां ई एक्स= डी मैं/मैं; इ= tgц - लोच का मापांक (यंग का मापांक); ओ लागू वोल्टेज है।

हालांकि, एक अक्षीय तनाव के तहत, नमूने के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में एक प्रतिवर्ती कमी होती है, जो कंप्रेसिव स्ट्रेन e y का कारण बनती है (चित्र 3 देखें), बी-3):

जहाँ m पॉसों का अनुपात है।

इस मामले में, शरीर के आयतन में सापेक्ष परिवर्तन D वी/वी 0 जब बढ़ाया जाएगा

ऊपर बहुलक निकायों के लिए टीएम के मूल्य के साथ? 0.5.

स्ट्रेचिंग की प्रक्रिया में, कतरनी विकृति भी होती है, क्योंकि इस मामले में एक विमान-तनाव की स्थिति का एहसास होता है। प्रतिवर्ती विरूपण के दौरान कतरनी तनाव एफ को बल के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस सतह पर इसे लागू किया जाता है।

अपरूपण विकृति e c विकृति का एक माप है, जिसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है

ई सी \u003d डी एक्स/डी परऔर च = जीई सी (4)

कहाँ पे जी- कतरनी में लोच का मापांक (कतरनी मापांक)।

यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि पॉसों का अनुपात अनुदैर्ध्य तनाव के साथ अनुप्रस्थ संपीडन का माप है, तो

इ = 2जी(1 + एम) (5)

m = 0.5 के लिए हमें प्राप्त होता है इ = 3जी. कतरनी विरूपण खुद को "सरल" और शुद्ध कतरनी के रूप में प्रकट कर सकता है। बहुलक प्रणालियों के लिए, ये विशेषताएँ इस मायने में भिन्न हैं कि एक साधारण बदलाव से बहुलक सब्सट्रेट में गठनात्मक पुनर्व्यवस्था हो सकती है। अपरूपण विकृतियाँ बहुलक के संपूर्ण सुपरमॉलेक्यूलर संगठन की पुनर्व्यवस्था की ओर ले जाती हैं। कतरनी में बहुलक निकायों की विकृति एक अभिन्न विशेषता की विशेषता है, जो कतरनी मापांक है जी. इसलिये इ = 3जी, फिर

एक साधारण बदलाव के साथ (चित्र 3.3 देखें, बी-2) विरूपण डी एक्स बिंदु के विस्थापन की ओर जाता है लेकिनस्थिति में लेकिन", और कोण b छोटा है। यह विकर्ण के एक साथ घूमने का कारण बनता है ओवीस्थिति में ओवी", और u = b/2. इसी प्रकार, अक्ष के अनुदिश अपरूपण विकृति होगी पर. कुल्हाड़ियों के साथ ओवरले कतरनी विकृतियाँ एक्सतथा परविकृत मात्रा के रोटेशन की ओर जाता है।

शुद्ध अपरूपण में, विकृत आयतन, जैसा कि था, फैला हुआ और विकर्ण होता है एसीअपने आप के समानांतर चलता है डे. यह आंदोलन विकर्ण के विस्तार के साथ है ओवीराशि से कुलपति. इसलिए शुद्ध अपरूपण के दौरान माध्यम के तत्वों का घूर्णन नहीं होता है। इसी समय, एक आयामी कतरनी के तहत एक बहुलक शरीर के तनाव की स्थिति की त्रि-आयामी तस्वीर के विश्लेषण से सामान्य तनाव y की घटना को ध्यान में रखने की आवश्यकता होती है।

ई में बड़ी वृद्धि पर, रैखिक निर्भरता y = एफ(ई), हुक के नियम द्वारा वर्णित, उल्लंघन किया गया है।

ठोस अवस्था में बहुलक सामग्री का एक विशिष्ट भार-विस्तार आरेख (y-e) अंजीर में दिखाया गया है। 4. प्लॉट ओएपूरी तरह से लोचदार निकायों की विशेषता। स्थान पर रवि"प्लास्टिसिटी का मंच" लागू किया गया है, जिसके बाद फिर से साइट पर सीडीई मान मैंमें वृद्धि के साथ बढ़ो मैंनमूना टूटना (y p) तक। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, लोच का मापांक कम होता जाता है, और क्षेत्रफल रविलंबा करता है। y का मान भी घटता है। तनाव दर में वृद्धि से yp में वृद्धि होती है, लेकिन ep में कमी होती है।

प्लास्टिसिटी के क्षेत्र के आकार के आधार पर - अनुपालन पी - वे बहुलक सामग्री की प्लास्टिक विरूपण की क्षमता का न्याय करते हैं, अर्थात। लागू वोल्टेज के प्रभाव में अपरिवर्तनीय रूप से अपना आकार बदलने की क्षमता के बारे में। मात्रात्मक रूप से पी द्वारा निर्धारित किया जा सकता है आरेख वाई-ई, यदि हम बिंदु पर स्पर्शरेखा के झुकाव के कोण के स्पर्शरेखा के मूल्यों की तुलना करते हैं परऔर बिंदु से, अर्थात।

क्षेत्र सीमित ओडीके, बहुलक सामग्री की "संचालन क्षमता" की विशेषता है और है

फाइबर और फिल्मों के लिए, मान लेकिनП का अनुमान पहले सन्निकटन में निरंतर तनाव दर और तापमान पर लगाया जा सकता है:

बहुलक निकायों की एक महत्वपूर्ण विशेषता उनके भौतिक गुणों की समय निर्भरता है।

किसी भी तंत्र के अस्थिर से स्थिर अवस्था में संक्रमण को विश्राम कहा जाता है। इस प्रक्रिया की अवधि विश्राम के समय fr के रूप में निर्धारित की जाती है। इसलिए, हम तनाव (संकुचन) या तनाव की छूट के बारे में बात कर सकते हैं। सरलतम मामले में, विश्राम प्रक्रिया के गतिकी को समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है

बहुलक सामग्री के भौतिक गुण जोखिम अवधि के अनुपात से निर्धारित होते हैं टीबाहरी प्रणाली के लिए बल क्षेत्रऔर विश्राम का समय fr:

जहां डे दबोरा की कसौटी है।

डी मान बहुलक प्रणालियों के भौतिक गुणों में परिवर्तन को निर्धारित करता है। डी के बड़े मूल्य ठोस के लिए विशिष्ट हैं, और तरल पदार्थ के लिए छोटे मूल्य।

fp का मान अनिवार्य रूप से तापमान पर निर्भर करता है। इस निर्भरता का वर्णन अलेक्जेंड्रोव - गुरेविच सूत्र द्वारा किया गया है

जहां घ यू- बहुलक शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन; बी पी - बहुलक की संरचना के आधार पर गुणांक; y बहुलक शरीर पर लगाया जाने वाला वोल्टेज है।

तापमान में वृद्धि, जिससे मैक्रोमोलेक्यूल्स के खंडीय आंदोलन की तीव्रता बढ़ जाती है, आर में कमी का कारण बनता है। बहुलक शरीर पर लागू बल क्षेत्र की तीव्रता में वृद्धि से समान प्रभाव होता है।

बहुलक के मैक्रोमोलेक्यूल्स (आणविक भार) की लंबाई में वृद्धि थर्मोमेकेनिकल वक्रों के चरित्र को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती है। अंजीर पर। चित्रा 5 कम आणविक भार और उच्च आणविक भार पदार्थों के लिए थर्मोमेकेनिकल वक्र दिखाता है। उदाहरण के लिए, पैराफिन (अंश सी 10-सी 14) गर्म होने पर नरम हो जाता है और चिपचिपा अवस्था में चला जाता है। ठोस से तरल में संक्रमण एक निश्चित तापमान सीमा में धीरे-धीरे होता है टीएक । यह पैराफिन की चिपचिपाहट को 10 10 -10 13 से 1.0-10 Pa·s तक बदल देता है, लेकिन कणों के आपसी क्रम में कोई बदलाव नहीं होता है, यानी। कोई चरण परिवर्तन नहीं होता है। एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में संक्रमण तापमान (कांच संक्रमण तापमान .) टीग) और एक चिपचिपी अवस्था में संक्रमण तापमान टीमी व्यावहारिक रूप से मेल खाता है, अर्थात। कम आणविक भार वाले पदार्थों के लिए टी 1 = टीसी = टीटी।

पैराफिन के लिए पहले से ही 40 -С 50 मूल्य टी 2 = टीटी से थोड़ा अधिक टीसाथ। आणविक भार में और वृद्धि के साथ, मान टी मैं = टीटी बढ़ता है, और टी s वस्तुतः अपरिवर्तित रहता है।

थर्मोमेकेनिकल वक्र पर क्षैतिज मंच बहुलक श्रृंखलाओं की संरचना संक्रमण से गुजरने की क्षमता के कारण होता है और केवल तभी प्रकट होता है जब अणु लचीला हो जाता है। बीच में टीऔर साथ टी t बहुलक सामग्री रबर की तरह अत्यधिक लोचदार विकृतियों में सक्षम है। यह उच्च लोच का तापमान क्षेत्र है।

पॉलिमर जो मुख्य रूप से कमरे के तापमान (विभिन्न कार्बन चेन रबर्स, पॉलीयूरेथेन्स, पॉलीसिलोक्सेन, आदि) पर अत्यधिक लोचदार विरूपण में सक्षम होते हैं, इलास्टोमर्स कहलाते हैं।

उच्च लोच के क्षेत्र में, बहुलकीकरण की डिग्री मैक्रोमोलेक्यूल्स के लचीलेपन से निम्नलिखित संबंधों से संबंधित है:

कहाँ पे आरसी खंड के पोलीमराइजेशन की डिग्री है; लेकिनतथा पर-स्थिरांक किसी दिए गए बहुलक समजातीय श्रृंखला की विशेषता है।

गरम होने पर टी t बहुलक एक चिपचिपी अवस्था में चला जाता है।

नतीजतन, फाइबर बनाने वाले पॉलिमर की अनाकार अवस्था को ग्लासी, अत्यधिक लोचदार और चिपचिपा के रूप में महसूस किया जा सकता है।

फाइबर के आइसोमेट्रिक हीटिंग के दौरान, दिए गए तनाव को प्राप्त करने के लिए आवश्यक तनाव धीरे-धीरे बढ़ता है (चित्र 6)। कांच संक्रमण तापमान के क्षेत्र में, यह तनाव पहुंच जाता है अधिकतम मूल्य y t और फिर बूँदें। बहुलक के उन्मुखीकरण की डिग्री में वृद्धि और बहुलक सब्सट्रेट के क्रिस्टलीयता की डिग्री में कमी के साथ y m का मान बढ़ता है। ym का मान बहुलक सामग्री के गैर-संतुलन (तनाव) के माप के रूप में कार्य कर सकता है।

सामान्य स्थिति में, किसी दिए गए तनाव पर सापेक्ष कुल (कुल) विरूपण ई लोचदार - ई एन, अत्यधिक लोचदार - ई वी और प्लास्टिक (अपरिवर्तनीय) - ई पी घटकों से बना होता है:

इन घटकों का अनुपात लागू तनाव y के परिमाण द्वारा निर्धारित किया जाता है, तनाव दर डीइ/ डीटी, तापमान, साथ ही बहुलक-माध्यम प्रणाली के भौतिक-रासायनिक गुण जिसमें बहुलक शरीर विकृत होता है।

लोचदार (हुक) विरूपण बंधन कोणों के विरूपण और अंतर-परमाणु दूरी में परिवर्तन से जुड़ा हुआ है। लोड हटा दिए जाने के बाद, लोचदार विरूपण 10 -3 एस से कम समय में पूरी तरह से बहाल हो जाता है।

अत्यधिक लोचदार विरूपण मैक्रोमोलेक्यूल्स के अनुरूपता में बदलाव के कारण होता है और लागू बल क्षेत्र में मैक्रोमोलेक्यूल्स के खंडीय थर्मल गति में बदलाव से जुड़ा होता है। बहुलक के एकअक्षीय खिंचाव के तहत, मैक्रोमोलेक्यूल्स सीधा हो जाते हैं और बलों की कार्रवाई की दिशा में खुद को उन्मुख करते हैं। थर्मल गति के प्रभाव में भार को हटाने के बाद, मैक्रोमोलेक्यूल्स की प्रारंभिक औसत सांख्यिकीय संरचना धीरे-धीरे बहाल हो जाती है। सिस्टम के एक संतुलन स्थिर अवस्था (विश्राम समय) में संक्रमण के लिए आवश्यक समय, चयनित स्थितियों और मैक्रोमोलेक्यूल्स की कठोरता के आधार पर, 10 -2 s से 10 4 वर्ष तक हो सकता है।

अत्यधिक लोचदार विरूपण के कारण धीमी आकार की वसूली, तथाकथित "आकृति स्मृति", है व्यावहारिक मूल्यपॉलिमर से बने उत्पादों का उपयोग करते समय।

प्लास्टिक विरूपण मैक्रोमोलेक्यूल्स और अन्य के अपरिवर्तनीय बदलाव के कारण होता है संरचनात्मक तत्वलागू वोल्टेज के तहत।

निरंतर तनाव पर, विरूपण के अलग-अलग हिस्सों का अनुपात उस तापमान से निर्धारित होता है जिस पर विरूपण होता है। कांची राज्य का क्षेत्र की सीमा में है टीएक्सपी अप टीकहाँ के साथ टी xp भंगुरता तापमान है, जिसके नीचे मैक्रोमोलेक्यूल्स का लचीलापन स्वयं प्रकट नहीं होता है।

अत्यधिक लोचदार राज्य का क्षेत्र के बीच स्थित है टीऔर साथ टीमी, और श्यानता राज्य का क्षेत्र बीच में है टीटी और टीएन, जहां टी n वह तापमान है जिसके ऊपर बहुलक न्यूटोनियन द्रव के रूप में बहता है। पर टीр केवल लोचदार विरूपण दिखाता है, और at टीएन - केवल प्लास्टिक। शेष तापमान में . से टीएक्सपी अप टी n मैक्रोमोलेक्यूल्स के लचीलेपन के कारण अत्यधिक लोचदार विरूपण होता है। कांच की अवस्था में, लोचदार विकृति प्रबल होती है, लेकिन अत्यधिक लोचदार और प्लास्टिक विकृतियाँ भी होती हैं।

एक कांच की अवस्था में एक बहुलक के अत्यधिक लोचदार विरूपण को प्रेरित लोचदार (अलेक्जेंड्रोव के अनुसार) कहा जाता है।

एक ठोस बहुलक में, एक एन-विलायक में एक असीमित पतला समाधान के रूप में, फ्लोरी लचीलापन पैरामीटर द्वारा विशेषता बहुलक श्रृंखलाएं एफ 0> 0.63, सांख्यिकीय कॉइल बनाएं। इस तरह के कॉइल का आयतन केवल 1.5-3.0% पॉलीमेरिक पदार्थ से भरा होता है। कॉइल के इस खाली आयतन का कुछ हिस्सा पड़ोसी श्रृंखलाओं के खंडों से भरा होता है। नतीजतन, बहुलक के थोक में बहुलक श्रृंखलाएं उलझी हुई हैं। हालांकि, खंडों की अनिसोट्रॉपी एक निश्चित क्रम की उपस्थिति की ओर ले जाती है: आणविक संपर्क उनकी पारस्परिक व्यवस्था में एक छोटी दूरी के क्रम की उपस्थिति का कारण बनता है। ऐसे सहयोगियों के अनुप्रस्थ आयाम 0.5 एनएम तक पहुंचते हैं, जबकि अनुदैर्ध्य आयाम 10-15 एनएम तक पहुंचते हैं।

ऐसे सहयोगी, बंडल, डोमेन हैं महत्वपूर्ण तत्वअनाकार अवस्था में बहुलक संरचनाएं।

हालांकि, मैक्रोमोलेक्यूल्स के वर्गों की थर्मल गति, जो उनके लचीलेपन को निर्धारित करती है, किसी पदार्थ के घनत्व में उतार-चढ़ाव की उपस्थिति की ओर ले जाती है, जिसका जीवनकाल कम आणविक भार तरल पदार्थ में 10 -6 -10 -9 s होता है, और ठोस में पॉलिमर, खंड गतिशीलता की सीमा के परिणामस्वरूप, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, 10 -2 एस से 10 4 साल तक।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक बहुलक श्रृंखला ऐसे कई उतार-चढ़ाव पैक से गुजर सकती है। नतीजतन, अनाकार राज्य में बहुलक की संरचना को एक आइसोट्रोपिक उतार-चढ़ाव नेटवर्क द्वारा दर्शाया जा सकता है, जिसके नोड मैक्रोमोलेक्यूल्स के डोमेन और पैक हैं। यह नेटवर्क बहुत लचीला है। बाहरी बल क्षेत्रों के प्रभाव में, साथ ही तापमान में बदलाव के साथ, इसके भौतिक गुण - शक्ति, विकृति - बदल जाएंगे, और बढ़ते तापमान के साथ मजबूर लोच का अनुपात बढ़ जाता है।

तापमान क्षेत्र जिसमें बहुलक श्रृंखलाओं में तीव्र खंडीय गति की संभावना होती है, कांच संक्रमण का तापमान क्षेत्र (जब बहुलक ठंडा होता है) या विचलन (जब बहुलक गर्म होता है) कहा जाता है और कांच संक्रमण तापमान की विशेषता होती है टीसाथ। इस तापमान सीमा में, ईव मुख्य बन जाता है अभिन्न अंगकिसी दिए गए बाहरी तनाव की कार्रवाई के तहत बहुलक सामग्री की सामान्य विकृति। इस मामले में, बहुलक श्रृंखला खंडों की आपसी पैकिंग भी बदल जाती है।

यदि एक वी sp बहुलक का कुल विशिष्ट आयतन है, a वी एफ- "फ्री वॉल्यूम", फिर फ्री वॉल्यूम का अनुपात बराबर है एफ = वी एफ /वीधड़कता है बढ़ते तापमान के साथ, मान एफबढ़ जाती है (चित्र 8):

जहां एक बी टी- तापमान पर थर्मल विस्तार का गुणांक टी; एफ c मुक्त आयतन का अंश है टी ? टी s, 0.025±0.003 (सिम्हा-बॉयर नियम) के बराबर।

यदि बी सी कांच संक्रमण तापमान पर थर्मल विस्तार का गुणांक है, तो लचीली श्रृंखला पॉलिमर के लिए

मैक्रोमोलेक्यूल्स के लचीलेपन में कमी के साथ, मान टीवृद्धि के साथ (तालिका 1)।

पॉलिमर की अत्यधिक लोचदार अवस्था

पॉलिमर, अत्यधिक लोचदार अवस्था में होने के कारण, बड़े (4-5-गुना) प्रतिवर्ती विकृतियों में सक्षम हैं।

पॉलिमर के लिए अत्यधिक लोचदार राज्य विशिष्ट है: कम आणविक भार सामग्री में यह संपत्ति नहीं होती है। थर्मोमेकेनिकल वक्र पर अत्यधिक लोचदार अवस्था का तापमान अंतराल भीतर है टीटी - टीसाथ। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है टीसे टीमी मुक्त आयतन का अंश समीकरण (3.13) के अनुसार बढ़ता है।

अत्यधिक लोचदार अवस्था में पॉलिमर के लिए, मैक्रोमोलेक्यूल सेगमेंट की पारस्परिक व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर संरक्षित है, लेकिन उनकी गतिशीलता कांच की स्थिति की तुलना में काफी अधिक है: विश्राम का समय 5-6 दशमलव आदेशों से कम हो जाता है। अत्यधिक लोचदार अवस्था में बहुलक निकायों की लोच का मापांक 0.1-0.3 MPa तक कम हो जाता है। बहुलक की संपीड्यता भी महत्वपूर्ण रूप से बदल जाती है। यदि कांच की अवस्था में यह विभिन्न फाइबर बनाने वाले पॉलिमर के लिए (1?5) 10 -12 Pa -1 के भीतर है, तो बहुलक सब्सट्रेट के विचलन के परिणामस्वरूप, संपीड़ितता बढ़ जाती है (3?6) 10 -10 Pa -1.

बहुलक शरीर की सबसे संभावित स्थिति अधिकतम एन्ट्रापी से मेल खाती है:

इस अवस्था को स्वतंत्र रूप से व्यक्त श्रृंखला के सबसे ऊर्जावान रूप से अनुकूल रचना द्वारा समझाया गया है।

इस तरह के सांख्यिकीय कॉइल से निर्मित बहुलक सब्सट्रेट के स्थानिक नेटवर्क के प्रतिवर्ती विरूपण, विन्यास एंट्रोपी डी में परिवर्तन की ओर जाता है एसजे। साथ ही, इस तरह के जाल की विकृति उच्च लोच के मॉड्यूलस द्वारा विशेषता है इवे:

जहां c p तापमान पर बहुलक का घनत्व है टी मैं ; क- बोल्ट्जमान स्थिरांक; एम c खंड का आणविक भार है।

इसलिए, परिभाषित करना इ ve, अत्यधिक लोचदार अवस्था में बहुलक श्रृंखला खंड के आकार का अनुमान लगाना संभव है। मूल्य इ ve बढ़ने के साथ बढ़ता है टी.

अत्यधिक लोचदार अवस्था में पॉलिमर के विरूपण की प्रक्रियाओं का विश्लेषण करते समय, संरचना (खंडों) के गतिज तत्वों की गतिशीलता को आदर्श गैसों के कणों की गतिशीलता के समान माना जाता है। यह धारणा 50% से अधिक की विकृति के लिए मान्य नहीं है। अत्यधिक लोचदार अवस्था में पॉलिमर की विशेषता वाले बड़े विकृतियों को न केवल आपके द्वारा महसूस किया जाता है, बल्कि आपके और ईएन (चित्र 7 देखें) के कारण भी महसूस किया जाता है। ये विकृतियाँ न केवल D . में परिवर्तन का कारण बनती हैं एस k, लेकिन बहुलक D . की एन्थैल्पी भी एच.

बड़े विकृतियों में, बहुलक निकायों की मात्रा में कमी, उनकी संरचना का संघनन और एक निश्चित मात्रा में गर्मी की रिहाई, जो नमूने के तापमान को 1.5-2 डिग्री तक बढ़ा देती है, भी देखी जाती है।

अनाकार पॉलिमर के यांत्रिक गुणों की तापमान निर्भरता अधिक होती है टी c को तथाकथित कमी फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जा सकता है एक टी. यह मान एक निश्चित तापमान पर विश्राम समय का अनुपात है टीतापमान पर विश्राम के समय से टी > टी 1 ? टीसी ई।

मूल्य एक टीमैक्रोमोलेक्यूल्स के लचीलेपन की तापमान निर्भरता के कारण। आराम के समय के बजाय टीऔर f टीसी अन्य अस्थायी विशेषताओं को पॉलिमर के विश्राम गुणों के आधार पर चुना जा सकता है: चिपचिपापन, तनाव, तनाव, प्रसार गुणांक। उदाहरण के लिए,

जहां एच और सी तापमान पर बहुलक प्रणाली की चिपचिपाहट और घनत्व हैं टी, और एस 1 और एस 1 - कमी के तापमान पर टी 1 = टीसी + (50 ± 4)।

(16), (19) और (20) की तुलना करने पर, हम प्राप्त करते हैं

जहां बीटीसी टीसी पर थर्मल विस्तार का गुणांक है।

जाहिर है सामान्य दृष्टि सेलिखा जा सकता है

कहाँ पे लेकिनतथा से- मुक्त मात्रा के अनुपात के आधार पर स्थिरांक एफसी।

संबंध (23) को विलियम्स - लैंडेल - फेरी (WLF) सूत्र के रूप में जाना जाता है।

अंजीर पर। 9 निर्भरता दिखाता है lg एक टीसे टी - टीविभिन्न प्रणालियों के लिए, उनकी सार्वभौमिकता का संकेत। इस सूत्र में शामिल स्थिरांक सेफ सहित विश्राम गुणों की तापमान विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। वे कई फाइबर बनाने वाले पॉलिमर के संबंध में सार्वभौमिक हैं।

यदि संदर्भ तापमान पर सेट है टीग या तापमान कम ( टीसी + 50), फिर लेकिन = -17,44; से= 51.6। यदि, तथापि, संदर्भ तापमान है टी 1 = (टी c + 50), जो कई इलास्टोमर्स के लिए उपयोगी है, तब लेकिन = -8,86; से = 101,6.

अत्यधिक लोचदार अवस्था में, मुख्य हिस्सा е е है, हालाँकि е у और е n का योगदान भी काफी महत्वपूर्ण है। तापमान में वृद्धि e y को कम करती है और e ve और e n को बढ़ाती है।

इलास्टोमर्स का उपयोग कमरे के तापमान पर उच्च प्रतिवर्ती विकृतियों की उनकी क्षमता से निर्धारित होता है।

हालांकि, चिपचिपा अवस्था में, विरूपण का मुख्य हिस्सा ई पी है। इस मामले में, कुछ हद तक, ई भी संरक्षित है, लेकिन कुछ हद तक - ई वी।

ऊपर के तापमान पर टीऔर भिन्न e y और e ve गायब हो जाते हैं।

एक चिपचिपा प्रवाह राज्य में बहुलक संक्रमण का क्षेत्र, तापमान टीमी मैक्रोमोलेक्यूल्स के लचीलेपन, उनके आणविक भार से निर्धारित होता है। हालाँकि, यह तापमान सीमा पर महसूस की जाती है एफ ? 0,333.

तापमान पर fr की निर्भरता [देखें। समीकरण (10)] दबोरा मानदंड (डी) की एक समान निर्भरता निर्धारित करता है। इसलिए, ग्लासी, अत्यधिक लोचदार और चिपचिपा राज्यों सहित एक पूर्ण थर्मोमेकेनिकल वक्र (चित्र 7 देखें) का निर्माण करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि बल की अवधि टीविभिन्न तापमान क्षेत्रों में दिए गए ई के बारे में प्राप्त करने के लिए, यह कई दशमलव आदेशों से भिन्न हो सकता है।

विलयन और गलन दोनों में, साथ ही ठोस में, मैक्रोमोलेक्यूल्स का आकार एक निश्चित अनिसोट्रॉपी द्वारा विशेषता है। इस संबंध में, बहुलक श्रृंखलाओं का स्व-आदेश समन्वय और ओरिएंटल लंबी दूरी के आदेश को साकार करने की संभावना के कारण है।

जब समन्वय लंबी दूरी के आदेश का उल्लंघन किया जाता है, तो एक राज्य बनता है जो क्रिस्टलीय और अनाकार के बीच मध्यवर्ती होता है, - मेसोफ़ेज़ स्व-आदेश [से "मेसो" (ग्रीक) - मध्यवर्ती]। एकत्रीकरण की एक तरल अवस्था के लिए, यह स्वयं को अनिसोट्रोपिक तरल पदार्थ के गठन के रूप में प्रकट करता है। ऐसे तरल पदार्थों की चरण अवस्था को "लिक्विड क्रिस्टल" शब्द द्वारा परिभाषित किया गया है।

वे पदार्थ जो तरल-क्रिस्टलीय अवस्था में रहने में संभावित रूप से सक्षम होते हैं, मेसोजेनिक कहलाते हैं। यदि मैक्रोमोलेक्यूल्स का आकार अनिसोट्रोपिक है, तो क्रिस्टल से आइसोट्रोपिक तरल में संक्रमण मेसोफ़ेज़ की एक श्रृंखला के माध्यम से हो सकता है। यदि संक्रमण गर्मी के प्रभाव में होता है, तो इसे थर्मोट्रोपिक मेसोमोर्फिज्म के रूप में परिभाषित किया जाता है; यदि इसे सॉल्वैंट्स की क्रिया के तहत किया जाता है, तो प्रक्रिया को लियोट्रोपिक के रूप में वर्णित किया जाता है। थर्मोट्रोपिक तरल-क्रिस्टलीय अवस्था का एहसास तब होता है जब मेसोजेनिक पदार्थों को ऊपर गर्म किया जाता है टी pl या पिघल को सुपरकूलिंग करते समय।

रासायनिक कणों के अंदर, लेकिन एक दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष में स्वयं कणों की नियुक्ति और उनके बीच की दूरी से भी। अंतरिक्ष में कणों की व्यवस्था के आधार पर, शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर को प्रतिष्ठित किया जाता है।

शॉर्ट-रेंज ऑर्डर इस तथ्य में निहित है कि पदार्थ के कण नियमित रूप से एक दूसरे से निश्चित दूरी और दिशाओं में अंतरिक्ष में रखे जाते हैं। यदि इस तरह के आदेश को संरक्षित किया जाता है या समय-समय पर ठोस के पूरे आयतन में दोहराया जाता है, तो एक लंबी दूरी का क्रम बनता है। दूसरे शब्दों में, लंबी दूरी और छोटी दूरी के आदेश किसी पदार्थ के सूक्ष्म संरचना के बीच या तो पूरे मैक्रोस्कोपिक नमूने (लंबी दूरी) या सीमित त्रिज्या (निकट) वाले क्षेत्र में एक सहसंबंध की उपस्थिति हैं। कण प्लेसमेंट के शॉर्ट-रेंज या लॉन्ग-रेंज ऑर्डर की संचयी (या भारी) क्रिया के आधार पर, एक ठोस में क्रिस्टलीय या अनाकार अवस्था हो सकती है।

सबसे अधिक आदेश क्रिस्टल में कणों का स्थान है (ग्रीक "क्रिस्टालोस" - बर्फ से), जिसमें परमाणु, अणु या आयन केवल अंतरिक्ष में कुछ बिंदुओं पर स्थित होते हैं, जिन्हें नोड्स कहा जाता है।

क्रिस्टलीय अवस्था एक क्रमबद्ध आवधिक संरचना है, जो ठोस कणों की व्यवस्था में लघु-श्रेणी और लंबी-दूरी दोनों क्रमों की उपस्थिति की विशेषता है।

अनाकार की तुलना में क्रिस्टलीय पदार्थों की एक विशिष्ट विशेषता अनिसोट्रॉपी है।

अनिसोट्रॉपी भौतिक और रासायनिक गुणों में अंतर है क्रिस्टलीय पदार्थ(विद्युत और तापीय चालकता, शक्ति, ऑप्टिकल विशेषताओं, आदि) क्रिस्टल में चुनी हुई दिशा के आधार पर।

अनिसोट्रॉपी क्रिस्टल की आंतरिक संरचना के कारण होती है। अलग-अलग दिशाओं में, क्रिस्टल में कणों के बीच की दूरी अलग-अलग होती है, इसलिए इन दिशाओं के लिए एक या दूसरे गुण की मात्रात्मक विशेषता भिन्न होगी।

अनिसोट्रॉपी विशेष रूप से एकल क्रिस्टल में उच्चारित होती है। लेजर का उत्पादन, अर्धचालकों के एकल क्रिस्टल का प्रसंस्करण, क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर और अल्ट्रासोनिक जनरेटर का निर्माण इस संपत्ति पर आधारित है। अनिसोट्रोपिक क्रिस्टलीय पदार्थ का एक विशिष्ट उदाहरण ग्रेफाइट है, जिसकी संरचना परतों के बीच में और अलग-अलग परतों के बीच विभिन्न बाध्यकारी ऊर्जाओं के साथ समानांतर परतें हैं। इसके कारण, परतों के साथ तापीय चालकता लंबवत दिशा की तुलना में पांच गुना अधिक है, और एक व्यक्तिगत परत की दिशा में विद्युत चालकता धात्विक के करीब है और लंबवत दिशा में विद्युत चालकता से सैकड़ों गुना अधिक है। .

ग्रेफाइट संरचना (लंबाई संकेतित सी-सी कनेक्शनपरत के अंदर और क्रिस्टल में अलग-अलग परतों के बीच की दूरी)

कभी-कभी एक ही पदार्थ क्रिस्टल बना सकता है विभिन्न आकार. इस घटना को बहुरूपता कहा जाता है, और एक पदार्थ के विभिन्न क्रिस्टलीय रूपों को बहुरूपी संशोधन कहा जाता है, उदाहरण के लिए, हीरा और ग्रेफाइट एलोट्रोप्स; ए-, बी-, जी- और डी-आयरन; ए- और बी-क्वार्ट्ज ("एलोट्रॉपी" की अवधारणाओं के बीच अंतर को नोट करें, जो विशेष रूप से संदर्भित करता है सरल पदार्थकिसी में , और "बहुरूपता", जो केवल क्रिस्टलीय यौगिकों की संरचना की विशेषता है)।

एक ही समय में, विभिन्न संरचना के पदार्थ एक ही आकार के क्रिस्टल बना सकते हैं - इस घटना को आइसोमोर्फिज्म कहा जाता है। तो, समान क्रिस्टल जाली वाले आइसोमॉर्फिक पदार्थ Al और Cr और उनके ऑक्साइड हैं; एजी और एयू; BaCl 2 और SrCl 2; केएमएनओ 4 और बेसो 4।

सामान्य परिस्थितियों में अधिकांश ठोस क्रिस्टलीय अवस्था में मौजूद होते हैं।

ठोस जिनकी आवधिक संरचना नहीं होती है वे अनाकार होते हैं (ग्रीक से " अमोर्फोस"- निराकार)। हालांकि, उनमें संरचना का कुछ क्रम मौजूद है। यह प्रत्येक कण के चारों ओर अपने निकटतम "पड़ोसी" के नियमित स्थान पर प्रकट होता है, अर्थात, अनाकार पदार्थों में केवल छोटी-सीमा का क्रम होता है और इस तरह से तरल पदार्थ जैसा दिखता है, इसलिए, कुछ सन्निकटन के साथ, उन्हें सुपरकूल्ड तरल पदार्थ के रूप में माना जा सकता है उच्च चिपचिपाहट। तरल और ठोस अनाकार अवस्था के बीच का अंतर कणों की तापीय गति की प्रकृति से निर्धारित होता है: अनाकार अवस्था में, वे केवल कंपन करने में सक्षम होते हैं और घूर्णी गति, लेकिन पदार्थ की मोटाई में नहीं चल सकता।

एक अनाकार राज्य पदार्थ की एक ठोस अवस्था है जो कणों की व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति के साथ-साथ आइसोट्रॉपी - किसी भी दिशा में समान गुणों की विशेषता है।

पदार्थों की अनाकार अवस्था क्रिस्टलीय अवस्था की तुलना में कम स्थिर होती है, इसलिए अनाकार पदार्थ यांत्रिक भार की क्रिया के तहत या तापमान में परिवर्तन के साथ क्रिस्टलीय अवस्था में जा सकते हैं। हालांकि, कुछ पदार्थ पर्याप्त लंबी अवधि के लिए अनाकार अवस्था में हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, ज्वालामुखी कांच (जिसकी आयु कई मिलियन वर्ष तक पहुँचती है), साधारण गिलास, रेजिन, मोम, अधिकांश संक्रमण धातु हाइड्रॉक्साइड, और इसी तरह। कुछ शर्तों के तहत, धातुओं और कुछ आयनिक यौगिकों को छोड़कर, लगभग सभी पदार्थ अनाकार अवस्था में हो सकते हैं। दूसरी ओर, ऐसे पदार्थ ज्ञात हैं जो केवल एक अनाकार अवस्था (प्राथमिक इकाइयों के असमान अनुक्रम वाले कार्बनिक पॉलिमर) में मौजूद हो सकते हैं।

शारीरिक और रासायनिक गुणअनाकार अवस्था में पदार्थ क्रिस्टलीय अवस्था में इसके गुणों से काफी भिन्न हो सकते हैं। अनाकार अवस्था में पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता क्रिस्टलीय अवस्था की तुलना में बहुत अधिक होती है। उदाहरण के लिए, अनाकार GeO2 क्रिस्टलीय की तुलना में रासायनिक रूप से अधिक सक्रिय है।

संरचना के आधार पर ठोस पदार्थों के तरल अवस्था में संक्रमण की अपनी विशेषताएं हैं। एक क्रिस्टलीय पदार्थ के लिए, गलनांक एक निश्चित पर होता है, जो के लिए निश्चित होता है दिया गया पदार्थ, और इसके गुणों (घनत्व, चिपचिपाहट, आदि) में अचानक परिवर्तन के साथ है। अनाकार पदार्थ, इसके विपरीत, एक निश्चित तापमान अंतराल (तथाकथित नरम अंतराल) पर धीरे-धीरे एक तरल अवस्था में चले जाते हैं, जिसके दौरान गुणों में एक चिकनी, धीमी गति से परिवर्तन होता है।

अनाकार और क्रिस्टलीय पदार्थों की तुलनात्मक विशेषताएं:

स्थि‍ति ठोस	विशेषता	उदाहरण
बेढब	1. कण प्लेसमेंट का शॉर्ट-रेंज ऑर्डर; 2. भौतिक गुणों की आइसोट्रॉपी; 3. कोई निश्चित गलनांक नहीं; 4. थर्मोडायनामिक अस्थिरता ( बड़ा स्टॉकआंतरिक ऊर्जा) 5. तरलता	एम्बर, कांच, कार्बनिक बहुलक
क्रिस्टलीय	1. कण प्लेसमेंट की लंबी दूरी का क्रम; 2. भौतिक गुणों की अनिसोट्रॉपी; 3. निश्चित गलनांक; 4. थर्मोडायनामिक स्थिरता (छोटी आंतरिक ऊर्जा) 5. समरूपता की उपस्थिति	धातु, मिश्र धातु, ठोस लवण, कार्बन (हीरा, ग्रेफाइट)।

वास्तव में ठोस, कठोरता की डिग्री की परवाह किए बिना, एक क्रिस्टलीय अवस्था मानी जाती है। प्रत्येक पदार्थ के लिए, क्रिस्टलीय अवस्था को उसके द्वारा बनाए गए क्रिस्टल के बाहरी आकार और क्रिस्टल के अंदर परमाणुओं की नियमित व्यवस्था की विशेषता होती है। इस प्रकार, बाहरी रूप आंतरिक संरचना का प्रतिबिंब है।

क्रिस्टल के आकार का अध्ययन करने वाली विज्ञान की शाखा कहलाती है क्रिस्टलोग्राफी।क्रिस्टलोग्राफी रसायन विज्ञान, खनिज विज्ञान, भौतिकी और गणित से निकटता से संबंधित है। आंतरिक ढांचारासायनिक पहलू में क्रिस्टल का अध्ययन क्रिस्टल रसायन विज्ञान द्वारा किया जाता है, लेकिन यह विज्ञान का एक सीमा खंड भी है, जिसमें गणित विशेष रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ऊपर यह संकेत दिया गया था कि एक्स-रे विवर्तन द्वारा पदार्थ की ठोस अवस्था की संरचना के अध्ययन की शुरुआत 1912 में एम. लाउ द्वारा की गई थी। फोटोग्राफिक फिल्म पर कैप्चर किए गए विवर्तन पैटर्न के अंधेरे स्ट्रोक और बिंदुओं की व्यवस्था के अनुसार , एक जटिल के परिणामस्वरूप गणितीय प्रसंस्करण, जो कब्जा कर लिया आरंभिक चरणमहीनों के लिए विधि के आवेदन, क्रिस्टल में परमाणुओं के निर्देशांक निर्धारित करना शुरू किया। सबसे पहले, एक्स-रे विवर्तन विधि द्वारा अध्ययन किए गए पदार्थों की संख्या धीरे-धीरे बढ़ी। लेकिन कंप्यूटर के व्यापक परिचय और आवश्यक कार्यक्रमों के निर्माण के बाद, क्रिस्टल संरचनाओं का निर्धारण असामान्य रूप से तेज हो गया है। अब लगभग सभी नए पदार्थ संरचनात्मक अध्ययन के अधीन हैं।

प्रत्येक पदार्थ एक बहुत ही विशिष्ट आकार के क्रिस्टल बनाता है। तो, सोडियम क्लोराइड क्यूब्स के रूप में क्रिस्टलीकृत होता है, फिटकिरी KA1 (S0 4) 2 12H 2 0 - ऑक्टाहेड्रोन के रूप में, सॉल्टपीटर KN0 3 - प्रिज्म के रूप में (चित्र 8.1)। क्रिस्टल का आकार पदार्थ के विशिष्ट गुणों में से एक है।

चावल। 8.1.

एक- नमक, बी- फिटकरी, में- साल्टपीटर

प्रकृति में क्रिस्टल की सबसे आश्चर्यजनक किस्म। खनिज, अर्थात्। प्राकृतिक अकार्बनिक पदार्थ, अक्सर विभिन्न रंगों के बड़े, अच्छी तरह से निर्मित क्रिस्टल के रूप में पाए जाते हैं। ये "रत्न" हैं जो प्राचीन काल से एक व्यक्ति का ध्यान आकर्षित करते हैं, आश्चर्यचकित करते हैं, खोज करने के लिए मजबूर होते हैं, भूमिगत खदानों में तल्लीन होते हैं। टूटे हुए पत्थरों के रिक्त स्थान में लगभग हर जगह दिलचस्प क्रिस्टल पाए जा सकते हैं।

बड़े, अच्छी तरह से बने क्रिस्टल में विकसित होते हैं उपयुक्त परिस्थितियांपिघलने और समाधान से। सबसे महत्वपूर्ण शर्तधीमी विकास दर है। लंबी अवधि के कारण भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएंक्रिस्टल प्रकृति में बनते हैं। विकसित तकनीकी प्रक्रियाएंप्राप्त एकल क्रिस्टल,वे। न्यूनतम आंतरिक दोषों के साथ बड़े क्रिस्टल। एकल क्रिस्टल प्राप्त किए जा सकते हैं, उदाहरण के लिए, किसी पदार्थ के क्षेत्र के पिघलने से। अधिकांश तकनीकी उद्देश्यों के लिए पूर्णता महत्वपूर्ण है आंतरिक ढांचा. इसलिए, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि ज़ोन में एक बेलनाकार आकार का एक क्रिस्टल पिघलने से प्राप्त होता है। जैसा कि ज्ञात है, यदि आवश्यक हो, तो क्रिस्टल को यांत्रिक तरीकों से काटा जाता है।

सरलतम प्रयोगशाला परिस्थितियों में, केवल कुछ लवणों के बड़े क्रिस्टल विकसित करना संभव है। उदाहरण के लिए, फिटकरी के फ़िल्टर्ड संतृप्त घोल में, पदार्थ का एक छोटा क्रिस्टल, लगभग 1-2 मिमी व्यास का, एक धागे पर लटकाया जाता है। घोल को फिल्टर पेपर से धूल से बचाया जाता है। जैसे ही पानी का वाष्पीकरण होता है, क्रिस्टल कई दिनों या हफ्तों में भी बढ़ता है।

क्रिस्टल की वृद्धि किसी पदार्थ के कणों के पिघलने या घोल से ठोस सतह के संपर्क के परिणामस्वरूप होती है। यदि कोई कण न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा के साथ सतह पर एक निश्चित स्थान रखता है, तो यह स्थिर प्रतीत होता है और क्रिस्टल का एक अभिन्न अंग बन जाता है। किसी अन्य मामले में, कण और सतह के बीच का बंधन मजबूत नहीं होता है, और यह तरल चरण में वापस आ जाता है। अहंकार की तुलना क्यूब्स के पिरामिड को इकट्ठा करने से की जा सकती है। एक बुरी तरह से रखा घन रोल और इमारत में शामिल नहीं है। सतह में तेजी से वृद्धि के साथ, उदाहरण के लिए, एक केंद्रित समाधान में तापमान में तेजी से गिरावट के मामले में, कण खुद को यादृच्छिक स्थिति में पाते हैं, नई परतें उन पर बस जाती हैं, अशुद्धता कण फंस जाते हैं, और क्रिस्टल कई आंतरिक और बाह्य दोष प्राप्त होते हैं।

क्रिस्टल का आकार बहुत विविध हो सकता है, क्योंकि वे दोनों साधारण पॉलीहेड्रा के रूप में और विभिन्न चेहरों के साथ पिरामिड और प्रिज्म के विभिन्न संयोजनों के रूप में बनते हैं। क्रिस्टल की ख़ासियत उनमें निहित है समरूपता

समरूपता एक ज्यामितीय वस्तु की संपत्ति है जो घूर्णन और प्रतिबिंब के दौरान स्वयं के साथ मेल खाती है।

क्रिस्टल के समरूपता तत्व विभिन्न क्रमों के घूर्णन अक्ष हैं - दूसरा, तीसरा, चौथा और छठा, परावर्तन का तल, व्युत्क्रम का केंद्र और उनके संयोजन। व्युत्क्रम केंद्र की उपस्थिति का अर्थ है कि जब वस्तु का प्रत्येक बिंदु केंद्र के माध्यम से एक समान दूरी पर एक सीधी रेखा में स्थानांतरित होता है, तो वह स्वयं के साथ मेल खाता है। क्यूब और ऑक्टाहेड्रोन में सबसे अधिक समरूपता होती है। एक घन पर विचार करें (चित्र 8.2)। चौथे क्रम की तीन कुल्हाड़ियाँ विपरीत फलकों के मध्य बिंदुओं से होकर गुजरती हैं; तीसरे क्रम की चार कुल्हाड़ियाँ विपरीत शीर्षों से गुजरती हैं और दूसरी कोटि की छह कुल्हाड़ियाँ विपरीत किनारों के मध्य बिंदुओं से गुजरती हैं। इसके अलावा, समरूपता के 12 विमान विपरीत चेहरों के विकर्णों के साथ और समानांतर किनारों के मध्य बिंदुओं से गुजरते हैं। क्यूब में एक उलटा केंद्र भी होता है।

पदार्थ कभी-कभी टेट्राहेड्रा के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाते हैं, अर्थात। नियमित त्रिभुज पिरामिड। टेट्राहेड्रोन में चार तीसरे क्रम के अक्ष हैं जो विपरीत चेहरों के मध्य बिंदुओं और मध्य बिंदुओं से गुजरते हैं, तीन दूसरे क्रम के अक्ष विपरीत किनारों के मध्य बिंदुओं से गुजरते हैं, और छह समरूपता वाले विमान विपरीत चेहरे के किनारे और मध्य से गुजरते हैं। इसके अलावा, टेट्राहेड्रोन में विपरीत किनारों के मध्य बिंदुओं से गुजरने वाले तीन चौथे क्रम के व्युत्क्रम अक्ष होते हैं। इन अक्षों की क्रिया को 90° घुमाव और बाद के व्युत्क्रम में विभाजित किया जा सकता है।

चावल। 8.2.

दिखाया गया है लेकिन दूसरे, तीसरे और चौथे क्रम की एक धुरी और एक विमान के साथ; विमान एबीसीजी पसलियों के मध्य बिंदुओं से होकर गुजरता है, विमान एक बिस्तर- विपरीत पसलियों के माध्यम से

क्रिस्टलीय रूपों का वर्गीकरण समरूपता तत्वों के संयोजन पर आधारित है। आमतौर पर सात माना जाता है क्रिस्टल सिस्टम,या समानार्थी शब्दघटती समरूपता के क्रम में, उनके निम्नलिखित नाम हैं: क्यूबिक, हेक्सागोनल, ट्राइगोनल, टेट्रागोनल, रोम्बिक, मोनोक्लिनिक, ट्राइक्लिनिक। हम पहले से ही घन समरूपता तत्वों के एक सेट पर विचार कर चुके हैं, जो उच्चतम समरूपता समरूपता - घन से संबंधित है। ट्राइक्लिनिक में, यानी। निचले पर्यायवाची में, समरूपता का केवल एक तत्व हो सकता है - व्युत्क्रम का केंद्र। विभिन्न पर्यायवाची शब्दों के लिए सबसे सरल पॉलीहेड्रा के उदाहरण अंजीर में दिखाए गए हैं। 8.3.

प्राकृतिक क्रिस्टल, साथ ही कृत्रिम रूप से प्राप्त क्रिस्टल, शायद ही कभी सही ज्यामितीय आकृतियों के अनुरूप होते हैं। आमतौर पर, जब पिघला हुआ पदार्थ जम जाता है, तो छोटे-छोटे क्रिस्टल एक साथ बढ़ते हैं, जो उनके सही आकार को महसूस होने से रोकता है। धातुओं में लगभग हमेशा ऐसी संरचना होती है। एक विशिष्ट उदाहरण टिन है। जब टिन से डाली गई छड़ें झुकती हैं, तो एक क्रंच सुनाई देता है, जिसे छोटे क्रिस्टल के पारस्परिक आंदोलन द्वारा समझाया जाता है। जब क्रिस्टल को घोल से अलग किया जाता है, तो आमतौर पर नियमित क्रिस्टलीय चेहरों का केवल आंशिक गठन देखा जाता है, क्योंकि क्रस्ट निकट दूरी वाले क्रिस्टल से बनते हैं। यह इस प्रकार के क्रिस्टल हैं जो पत्थरों की रिक्तियों में पाए जाते हैं। हालाँकि, क्रिस्टल का विकास कितना भी असमान क्यों न हो, उसका आकार कितना भी विकृत क्यों न हो, किसी दिए गए पदार्थ के क्रिस्टल के चेहरे जिस कोण पर अभिसरित होते हैं, वह हमेशा समान रहता है।

चावल। एस3.क्रिस्टल सिस्टम (समानार्थी)

और एक सा। यह क्रिस्टलोग्राफी के मूल नियमों में से एक है - पहलू कोणों की स्थिरता का नियम।पहलू कोणों के आकार से, यह निर्धारित करना संभव है कि दिया गया क्रिस्टल किस पदार्थ से बनता है। सामान्य तौर पर, क्रिस्टल का आकार उन संकेतों में से एक है जिसके द्वारा किसी पदार्थ की पहचान की जाती है। उदाहरण के लिए, कैल्शियम क्लोराइड और सोडियम सल्फेट के घोल को मिलाते समय, जिप्सम क्रिस्टल धीरे-धीरे बनते हैं:

जब एक माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जाता है, तो क्रिस्टल छोटे, रंगहीन सुई होते हैं। रंगहीन क्रिस्टलीय अवक्षेप कई पदार्थ बनाते हैं, लेकिन केवल ऐसी सुइयों की उपस्थिति का अर्थ है कि प्रारंभिक समाधानों में कैल्शियम नमक और कुछ धातु सल्फेट होता है।

एकल क्रिस्टल के भौतिक गुणों में, एक महत्वपूर्ण विशेषता प्रकट होती है, जिसमें यह तथ्य होता है कि कुछ गुण क्रिस्टल में चुनी गई दिशा पर निर्भर करते हैं। दिशा पर गुणों की निर्भरता की घटना कहलाती है अनिसोट्रॉपी

यदि सोडियम क्लोराइड के घन क्रिस्टल से एक ही आकार की दो छड़ें काट दी जाती हैं, एक घन के फलक के लंबवत दिशा में और दूसरी घन के विकर्ण के अनुदिश (आकृति 8.4), तो ये छड़ें अलग-अलग दिखाएँगी तन्यता ताकत। यदि पहली बार 1000 N के बल की कार्रवाई के तहत ढह जाती है, तो दूसरी बार के लिए समान परिणाम आयोडीन द्वारा 2.5 गुना अधिक बल की कार्रवाई के तहत प्राप्त किया जाएगा। जाहिर है, इस नमक के क्रिस्टल में, घन के चेहरों के लंबवत दिशा में कणों के बीच आसंजन घन के विकर्ण की दिशा से कम होता है।

चावल. 8.4.

(सेंधा नमक):

एक- घन के फलकों के लंबवत दिशा में;

6 - किसी एक फलक के विकर्ण की दिशा में

कई क्रिस्टल में, अलग-अलग दिशाओं में आसंजन की मात्रा के बीच का अंतर इतना बड़ा होता है कि क्रिस्टल आसानी से विभाजित हो जाता है या कुछ विमानों के साथ भी नष्ट हो जाता है। क्रिस्टल के इस गुण को कहते हैं दरार।दरार का एक उदाहरण अभ्रक KAl2(OH) 2 Si3AlO 10 का सबसे पतली प्लेटों में परिशोधन है।

कम समरूपता वाले क्रिस्टल में, प्रकाश अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग गति से यात्रा करता है, जिसके परिणामस्वरूप दो या तीन अलग-अलग अपवर्तक सूचकांक होते हैं। तापीय चालकता के संबंध में गुणों की अनिसोट्रॉपी भी देखी जाती है। यदि आप अभ्रक की प्लेट को मोम की परत से ढँक दें और गर्म आवल के सिरे से स्पर्श करें, तो मोम इस स्थान के चारों ओर पिघलकर एक दीर्घवृत्त बनाता है (चित्र 8.5)। यह अनुभव से इस प्रकार है कि एक अभ्रक क्रिस्टल दो परस्पर लंबवत दिशाओं में अलग-अलग गति से गर्मी का संचालन करता है, जिससे पिघला हुआ मोम क्षेत्र का अंडाकार आकार होता है।