Kristallar va qimmatbaho toshlarni ko'rib, inson bu sirli go'zallik qanday paydo bo'lganini, tabiatning bunday ajoyib asarlari qanday yaratilganini tushunishni xohlaydi. Ularning xususiyatlari haqida ko'proq bilish istagi bor. Zero, kristallarning tabiatning hech bir joyida takrorlanmaydigan maxsus tuzilishi ularni hamma joyda: zargarlik buyumlaridan tortib, eng yangi ilmiy va texnik ixtirolargacha ishlatish imkonini beradi.
Kristalli minerallarni o'rganish
Kristallarning tuzilishi va xossalari shu qadar ko'p qirraliki, bu hodisalarni o'rganish va o'rganish bilan alohida fan - mineralogiya shug'ullanadi. Mashhur rus akademigi Aleksandr Evgenievich Fersman kristallar olamining xilma-xilligi va cheksizligiga shunchalik singib ketgan va hayratda qolganki, u bu mavzu bilan iloji boricha ko'proq odamlarni o'ziga jalb qilishga harakat qilgan. O'zining "Ko'ngilochar mineralogiya" kitobida u g'ayrat bilan va iliqlik bilan minerallar sirlari bilan tanishishga va qimmatbaho toshlar olamiga sho'ng'ishga chaqirdi:
Men sizni juda xohlaymanmaftun qilmoq. Men sizni tog'lar va karerlar, shaxtalar va ma'danlarga qiziqishni boshlashingizni xohlayman, shunda siz minerallar to'plamini yig'ishni boshlaysiz, shunda siz biz bilan shahardan uzoqroqqa, daryo oqimiga, u erda bo'lishni xohlaysiz. baland qoyali qirg'oqlar, tog' cho'qqilari yoki tosh singan, qum qazib olinadigan yoki ruda portlayotgan toshli dengiz qirg'og'igacha. U erda, hamma joyda siz va men qiladigan ish topamiz: o'lik qoyalarda, qumlarda va toshlarda biz butun dunyoni boshqaradigan va butun dunyo qurilgan bir qancha buyuk tabiat qonunlarini o'qishni o'rganamiz.
Fizika kristallarni o'rganadi va har qanday qattiq jism kristall ekanligini ta'kidlaydi. Kimyo kristallarning molekulyar tuzilishini o'rganadi va har qanday metal kristall tuzilishga ega degan xulosaga keladi.
Kristallarning hayratlanarli xossalarini o'rganish zamonaviy fan, texnika, qurilish sanoati va boshqa ko'plab tarmoqlarni rivojlantirish uchun katta ahamiyatga ega.
Kristallarning asosiy qonunlari
Kristalga qaragan odamlar birinchi navbatda uning ideal ko'p qirrali shakliga e'tibor berishadi, lekin bu mineral yoki metallning asosiy xususiyati emas.
Kristall mayda bo'laklarga bo'linganda, ideal shakldagi hech narsa qolmaydi, lekin har qanday bo'lak, avvalgidek, kristal bo'lib qoladi. Kristalning o'ziga xos xususiyati uning tashqi ko'rinishi emas, balki ichki tuzilishining xarakterli xususiyatlaridir.
Simmetrik
Kristallarni o'rganishda eslash va e'tiborga olish kerak bo'lgan birinchi narsa bu hodisadirsimmetriya. Kundalik hayotda keng tarqalgan. Kelebek qanotlari nosimmetrikdir, yarmiga katlanmış qog'oz varag'idagi dog'ning izi. Simmetrik qor kristallari. Olti burchakli qor parchasi oltita simmetriya tekisligiga ega. Rasmni qor parchasining simmetriya tekisligi tasvirlangan istalgan chiziq bo‘ylab egib, uning ikki yarmini bir-biri bilan birlashtira olasiz.
Simmetriya o'qi shunday xususiyatga egaki, figurani uning atrofida ma'lum burchak bilan aylantirish orqali figuraning mos qismlarini bir-biri bilan birlashtirish mumkin. Shaklni aylantirish kerak bo'lgan mos burchakning o'lchamiga qarab, kristallarda 2, 3, 4 va 6 tartibli o'qlar aniqlanadi. Shunday qilib, qor parchalarida chizma tekisligiga perpendikulyar bo'lgan oltinchi tartibli yagona simmetriya o'qi mavjud.
Simmetriya markazi - bu figuraning tekisligidagi shunday nuqtaki, undan bir xil masofada qarama-qarshi yo'nalishda figuraning bir xil strukturaviy elementlari joylashgan.
Ichkarida nima bor?
Kristallarning ichki tuzilishi molekulalar va atomlarning faqat kristallarga xos tartibdagi birikmasidir. Agar ular mikroskopda ham ko'rinmasa, ular zarralarning ichki tuzilishini qanday bilishadi?
Buning uchun Rentgen nurlari ishlatiladi. Ularni shaffof kristallar uchun ishlatib, nemis fizigi M. Laue, ingliz fiziklari ota va o'g'il Bragg, rus professori Yu. Volf kristallarning tuzilishi va tuzilishini o'rganish qonunlarini o'rnatdilar.
Hammasi hayratlanarli va kutilmagan edi. Samomolekula tuzilishi haqidagi tushuncha materiyaning kristallik holatiga taalluqli emasligi ma'lum bo'ldi.
Masalan, osh tuzi kabi taniqli modda NaCl molekulasining kimyoviy tarkibiga ega. Ammo kristallda xlor va natriyning alohida atomlari alohida molekulalarga qo'shilmaydi, balki fazoviy yoki kristall panjara deb ataladigan ma'lum bir konfiguratsiyani hosil qiladi. Xlor va natriyning eng kichik zarralari elektr bilan bog'langan. Tuzning kristall panjarasi quyidagicha hosil bo'ladi. Natriy atomining tashqi qobig'ining valentlik elektronlaridan biri xlor atomining tashqi qobig'iga kiritiladi, xlorning uchinchi qobig'ida sakkizinchi elektron yo'qligi sababli to'liq to'ldirilmaydi. Shunday qilib, kristallda natriy va xlorning har bir ioni bitta molekulaga emas, balki butun kristallga tegishli. Xlor atomi bir valentli bo'lganligi sababli, u o'ziga faqat bitta elektronni biriktira oladi. Ammo kristallarning strukturaviy xususiyatlari xlor atomining oltita natriy atomi bilan o'ralganligiga olib keladi va ularning qaysi biri xlor bilan elektron almashishini aniqlashning iloji yo'q.
Ma'lum bo'lishicha, osh tuzining kimyoviy molekulasi va uning kristali umuman bir xil emas. Butun monokristal bitta ulkan molekulaga o'xshaydi.
panjara - faqat model
Kristal strukturasining haqiqiy modeli sifatida fazoviy panjara olinganda xatolikka yo'l qo'ymaslik kerak. Panjara - kristallar tuzilishidagi elementar zarrachalarning ulanishi misolining shartli tasvirining bir turi. To'plar shaklida panjara ulanish nuqtalarivizual ravishda atomlarni tasvirlash imkonini beradi va ularni bog‘lovchi chiziqlar ular orasidagi bog‘lanish kuchlarining taxminiy tasviridir.
Haqiqatda kristall ichidagi atomlar orasidagi bo'shliqlar ancha kichikroq. Bu uning tarkibidagi zarrachalarning zich o'ramidir. To'p - bu atomning odatiy belgisi bo'lib, undan foydalanish yaqin qadoqlash xususiyatlarini muvaffaqiyatli aks ettirishga imkon beradi. Darhaqiqat, atomlarning oddiy aloqasi emas, balki ularning bir-biri bilan qisman o'zaro bog'lanishi mavjud. Boshqacha qilib aytganda, kristall panjara tuzilishidagi sharning tasviri, aniqlik uchun, atom elektronlarining asosiy qismini o'z ichiga olgan radiusli tasvirlangan shardir.
Kuch garovi
Ikki qarama-qarshi zaryadlangan ionlar orasida elektr tortishish kuchi mavjud. U stol tuzi kabi ionli kristallarning tuzilishidagi bog'lovchi hisoblanadi. Ammo agar siz ionlarni juda yaqin tutsangiz, ularning elektron orbitalari bir-birining ustiga chiqadi va o'xshash zaryadlangan zarralarning itaruvchi kuchlari paydo bo'ladi. Kristalning ichida ionlarning tarqalishi shunday bo'ladiki, itaruvchi va jalb qiluvchi kuchlar muvozanatda bo'lib, kristall kuchini ta'minlaydi. Bu struktura ionli kristallar uchun xosdir.
Olmos va grafitning kristall panjaralarida esa umumiy (kollektiv) elektronlar yordamida atomlarning aloqasi mavjud. Bir-biriga yaqin joylashgan atomlarda bitta va qoʻshni atomlarning yadrosi atrofida aylanuvchi umumiy elektronlar mavjud.
Bunday bogʻlanishlarga ega boʻlgan kuchlar nazariyasini batafsil oʻrganish juda qiyin va u kvant mexanikasi sohasida yotadi.
Metal farqlari
Metal kristallarining tuzilishi ancha murakkab. Metall atomlari mavjud tashqi elektronlarni osongina berishlari sababli, ular kristalning butun hajmi bo'ylab erkin harakatlanib, uning ichida elektron gaz deb ataladigan narsani hosil qiladi. Bunday "aylanib yuruvchi" elektronlar tufayli metall ingotning mustahkamligini ta'minlaydigan kuchlar yaratiladi. Haqiqiy metall kristallarining tuzilishini o'rganish shuni ko'rsatadiki, metall ingotni sovutish usuliga qarab, u kamchiliklarni o'z ichiga olishi mumkin: sirt, nuqta va chiziqli. Bunday nuqsonlarning kattaligi bir necha atomlarning diametridan oshmaydi, lekin ular kristall panjarani buzadi va metallardagi diffuziya jarayonlariga ta'sir qiladi.
Kristal o'sishi
Qulayroq tushunish uchun kristalli moddaning o'sishi g'isht konstruktsiyasini o'rnatish sifatida ifodalanishi mumkin. Agar tugallanmagan g'ishtdan bitta g'isht kristallning ajralmas qismi sifatida taqdim etilsa, unda kristall qayerda o'sishini aniqlash mumkin. Kristalning energiya xossalari shundan iboratki, birinchi g'isht ustiga qo'yilgan g'isht bir tomondan - pastdan tortishishni boshdan kechiradi. Ikkinchisiga yotqizilganda - ikki tomondan, uchinchisida - uchtadan. Kristallanish jarayonida - suyuqlikdan qattiq holatga o'tish - energiya (birlashma issiqligi) chiqariladi. Tizimning eng katta quvvati uchun uning mumkin bo'lgan energiyasi minimal bo'lishi kerak. Shuning uchun kristallarning o'sishi qatlam-qatlam sodir bo'ladi. Avval samolyotning bir qatori, keyin butun samolyot quriladi va shundan keyingina keyingisi qurila boshlaydi.
Fankristallar
Kristalografiyaning asosiy qonuni - kristallar haqidagi fan - kristall yuzlarining turli tekisliklari orasidagi barcha burchaklar doimo doimiy va bir xil ekanligini aytadi. O'sib borayotgan kristal qanchalik buzilgan bo'lmasin, uning yuzlari orasidagi burchaklar ushbu turga xos bo'lgan bir xil qiymatni saqlab qoladi. Hajmi, shakli va sonidan qat'i nazar, bir xil kristall tekislikning yuzlari doimo bir xil oldindan belgilangan burchak ostida kesishadi. Burchaklarning doimiylik qonunini M. V. Lomonosov tomonidan 1669 yilda yaratilgan va kristallar tuzilishini o'rganishda katta rol o'ynagan.
Anizotropiya
Kristal hosil bo'lish jarayonining o'ziga xosligi anizotropiya hodisasi - o'sish yo'nalishiga qarab turli xil jismoniy xususiyatlar bilan bog'liq. Yagona kristallar elektr, issiqlik va yorug'likni turli yo'nalishlarda turlicha o'tkazadi va teng bo'lmagan kuchga ega.
Shunday qilib, bir xil atomlarga ega bir xil kimyoviy element turli kristall panjaralarni hosil qilishi mumkin. Masalan, uglerod olmosga va grafitga kristallanishi mumkin. Shu bilan birga, olmos minerallar orasida maksimal quvvatga misol bo'la oladi va grafit qog'ozga qalam bilan yozganda o'z tarozilarini osongina tark etadi.
Minerallarning yuzlari orasidagi burchaklarni oʻlchash ularning tabiatini aniqlash uchun katta amaliy ahamiyatga ega.
Asosiy xususiyatlar
Kristallarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganganimizdan so'ng, ularning asosiy xususiyatlarini qisqacha ta'riflashimiz mumkin:
- Anizotropiya - turli yo'nalishlarda notekis xususiyatlar.
- Bir xillik - elementarkristalllarning bir xil oraliqdagi tarkibiy qismlari bir xil xususiyatlarga ega.
- O'z-o'zidan kesish qobiliyati - o'sishi uchun mos bo'lgan muhitdagi kristallning har qanday bo'lagi ko'p qirrali shaklga ega bo'ladi va bu turdagi kristallarga mos keladigan yuzlar bilan qoplanadi. Aynan shu xususiyat kristallning simmetriyasini saqlab qolish imkonini beradi.
- Erish nuqtasining o'zgarmasligi. Mineralning fazoviy panjarasining buzilishi, ya'ni kristalli moddaning qattiq holatdan suyuq holatga o'tishi doimo bir xil haroratda sodir bo'ladi.
Kristallar nosimmetrik koʻpburchakning tabiiy shaklini olgan qattiq jismlardir. Fazoviy panjara hosil bo'lishi bilan tavsiflangan kristallarning tuzilishi fizikada qattiq jismning elektron tuzilishi nazariyasining rivojlanishi uchun asos bo'lib xizmat qildi. Minerallarning xossalari va tuzilishini o'rganish katta amaliy ahamiyatga ega.
