KRISTALLOGRAFI

Kristalografi- ilmu yang mempelajari kristal, sifat-sifatnya, bentuk luarnya dan sebab-sebab terjadinya, yang berhubungan langsung dengan mineralogi, matematika (sistem koordinat kartesius), fisika dan kimia (masalah kemunculan dan pertumbuhan kristal). dilakukan oleh Plato, Pythagoras, dll.

Sampai awal abad ke-19, kristalografi bersifat deskriptif. Namun sudah pada awal abad ke-19, matematika dan fisika mulai berkembang, sehingga kristalografi pun berkembang. Terutama di pertengahan abad ke-20, dengan berkembangnya teknologi baru, kristalografi memperoleh karakter eksperimental (pertumbuhan dan sintesis kristal). Saat ini kita dapat membedakan bagian kristalografi berikut:

Saat ini kita dapat membedakan bagian kristalografi berikut:

1. Kristalografi geometris– mempelajari bentuk luar kristal dan pola struktur internalnya.

2. Kimia kristal– mempelajari hubungan antara struktur internal kristal dan komposisi kimianya.

3. Kristalografi fisikokimia– mempelajari pola pembentukan dan pertumbuhan kristal.

4. Kristalografi fisik– mempelajari sifat fisik kristal (optik, termal, listrik, dll), dimana beberapa bidang telah menjadi ilmu tersendiri (optik kristal).

Badan kristal dan amorf

Padatan dibagi menjadi:

1. Amorf, dimana partikel-partikel elementer tersusun secara acak, tidak beraturan, yang mengarah pada kepemilikan sifat isotropi (sifat zat yang sama ke segala arah). Benda amorf tidak stabil dan lama kelamaan menjadi kristal (dekristalisasi).

2. Kristal, dicirikan oleh susunan partikel elementer yang teratur yang menciptakan struktur kristal yang diwakili oleh kisi spasial.

Kisi kristal (spasial).

sel kristal– sekumpulan partikel elementer yang terletak pada titik-titik yang bersesuaian dari paralelepiped yang jumlahnya tak terhingga, yang memenuhi seluruh ruang, sama besar, berorientasi paralel, dan berdekatan di seluruh permukaannya (Gbr. 1).

Elemen struktur kisi spasial:

1. Node– partikel elementer yang menempati posisi tertentu dalam kisi.

2. Baris– sekumpulan titik-titik yang terletak pada garis lurus yang sama pada interval tertentu yang sama, disebut interval baris.

3. Jaring datar– sekumpulan node yang terletak pada bidang yang sama.

4. sel satuan– satu paralelepiped, yang pengulangannya membentuk kisi spasial.

Matematikawan Auguste Bravais membuktikan bahwa hanya ada 14 kisi yang berbeda secara fundamental. Parameter sel satuan menentukan jenis kisi kristal.

Kristal- benda padat berbentuk polihedron beraturan, yang partikel-partikel elementernya tersusun teratur dalam bentuk kisi kristal.

Elemen pembatas kristal:

· tepi (bidang halus);

· tepi (garis perpotongan muka);

· vertex (titik perpotongan tepi).

Hubungan antara bentuk luar kristal dan struktur internalnya

1. Mata jaring datar sesuai dengan permukaan kristal.

2. Baris sesuai dengan tepinya.

3. Node berhubungan dengan simpul.

Namun hanya mata jaring dan baris datar tersebut yang sesuai dengan permukaan dan tepi yang memiliki ukuran terbesar retikuler kepadatan– jumlah titik per satuan luas jaring datar atau satuan panjang suatu baris.

Dari sini Euler menurunkan hukum: “Jumlah jumlah sisi dan simpul sama dengan jumlah sisi ditambah 2.”

Sifat dasar kristal

Struktur internal kristal yang teratur dalam bentuk kisi spasial menentukannya properti yang paling penting:

1. Keseragaman– sifat identik kristal dalam arah paralel.

2. Anisotropi– sifat kristal yang berbeda dalam arah yang tidak paralel (misalnya, jika suatu mineral disten (“sten” - resistensi) tergores sepanjang pemanjangan, maka kekerasannya adalah 4,5, dan jika dalam arah melintang, maka kekerasannya adalah 6 -6.5).

3. Kemampuan untuk menghancurkan diri sendiri– dalam kondisi pertumbuhan yang menguntungkan, kristal berbentuk polihedron biasa.

4. Simetri.

Simetri kristal

Simetri – (dari bahasa Yunani "sim" - serupa, "metrios" - pengukuran, jarak, besaran) - pengulangan alami dari permukaan, tepi, simpul kristal yang identik relatif terhadap beberapa gambar geometris tambahan (garis lurus, bidang, titik). Gambar geometris tambahan yang dengannya simetri kristal terdeteksi disebut elemen simetri.

Unsur-unsur simetri kristal antara lain sumbu simetri (L - dari bahasa Inggris line - line), bidang simetri (P - dari bahasa Inggris play - plane), pusat simetri (C - dari bahasa Inggris center).

Sumbu simetri- garis lurus, bila diputar 360° di sekelilingnya kristal beberapa kali sejajar dengan posisi semula.

Sudut rotasi dasar a – dapat sama dengan 60°, 90°, 120°, 180°.

Orde sumbu simetri adalah banyaknya kombinasi kristal dengan kedudukan semula bila diputar 360°.

Dalam kristal, sumbu simetri orde kedua, ketiga, keempat, dan keenam dimungkinkan. Tidak ada sumbu simetri kelima atau lebih besar dari sumbu keenam. Urutan sumbu simetrinya disebut L 6, L 4, L 3, L 2.

Banyaknya kemungkinan sumbu simetri yang ordenya sama adalah sebagai berikut:

L 2 – 0, 1, 2, 3, 4, 6;

L 4 – 0, 1, 3;

Bidang simetri– bidang yang membagi kristal menjadi dua bagian yang sama seperti cermin.

Pusat simetri- titik di dalam kristal di mana garis-garis yang menghubungkan permukaan, tepi, atau simpul identik yang berlawanan dari kristal berpotongan dan membagi dua. Dari definisi ini aturannya sebagai berikut: jika suatu kristal mempunyai pusat simetri, maka setiap mukanya harus mempunyai muka yang berlawanan, sama besar, sejajar dan berarah terbalik.

Totalitas semua elemen simetri yang ada biasanya ditulis dalam satu garis, tanpa ada tanda baca di antara mereka, dan sumbu simetrinya terlebih dahulu ditunjukkan, dimulai dari urutan tertinggi, kemudian bidang simetri, dan kemudian tempat terakhir, jika ada, pusat simetrinya dicatat.

Klasifikasi kristal

Berdasarkan totalitas unsur simetri di dalamnya, kristal dikelompokkan menjadi beberapa kelas. Pada tahun 1830, ilmuwan F. Hessel, melalui perhitungan matematis, sampai pada kesimpulan bahwa total ada 32 kombinasi elemen simetri berbeda dalam kristal yang mungkin terjadi. Ini adalah kumpulan elemen simetri yang mendefinisikan kelas.

Kelas-kelas dipersatukan dalam sinergi. Kelas-kelas yang bercirikan satu atau lebih elemen simetri identik dikelompokkan ke dalam satu sistem. Ada 7 syngonies yang diketahui.

Menurut tingkat simetrinya, sistem digabungkan menjadi beberapa divisi yang lebih besar - kategori: tertinggi, menengah, terendah (Tabel).

Bentuk Kristal

1. Sederhana - kristal yang semua permukaannya memiliki bentuk dan ukuran yang sama. Di antara bentuk sederhananya adalah:

· tertutup – ujung-ujungnya menutup seluruh ruang (polihedra biasa);

· terbuka – mereka tidak sepenuhnya menutup ruang dan untuk menutupnya digunakan bentuk sederhana lainnya (prisma, dll.)

2. Kombinasi bentuk-bentuk sederhana - kristal yang di atasnya terbentuk permukaan yang berbeda satu sama lain dalam bentuk dan ukuran. Sebanyak jenis permukaan yang ada pada kristal, jumlah bentuk sederhana yang sama juga terlibat dalam kombinasi ini.

Tata nama bentuk sederhana

Penamaan tersebut didasarkan pada jumlah muka, bentuk muka, dan penampang bentuk. Nama-nama bentuk sederhana menggunakan istilah Yunani:

· mono- hanya satu;

· di, dua– dua-, dua kali;

· tiga– tiga, tiga, tiga kali;

· tetra– empat, empat, empat kali;

· panca– lima-, lima;

· heksa– enam-, enam;

· Okta- delapan, delapan;

· dodeca– dua belas-, dua belas;

· hedron- tepian;

· gonio- sudut;

· sin- serupa;

· pinakos– meja, papan;

· Kline– miring;

· poli- banyak;

· skalenos- miring, tidak rata.

Misalnya: pentagondodecahedron (lima, sudut, dua belas - 12 segi lima), dipiramida tetragonal (segi empat di alasnya, dan dua piramida).

Sistem sumbu kristalografi

Sumbu kristalografi– arah kristal sejajar dengan tepinya, yang diambil sebagai sumbu koordinat, sumbu x adalah III, sumbu y adalah II, sumbu z adalah I.

Arah sumbu kristalografi bertepatan dengan deretan kisi spasial atau sejajar dengannya. Oleh karena itu, terkadang alih-alih sebutan sumbu I, II, III, digunakan sebutan segmen tunggal a, b, c.

Jenis sumbu kristalografi:

1. Sistem tiga sumbu persegi panjang (Gbr. 2). Terjadi jika arahnya diorientasikan tegak lurus satu sama lain. Digunakan dalam sistem kubik (a=b=c), tetragonal (a=b≠c) dan belah ketupat (a≠b≠c).

2. Sistem empat sumbu (Gbr. 3). Sumbu keempat berorientasi vertikal, dan pada bidang yang tegak lurus terhadapnya, tiga sumbu ditarik melalui 120°. Digunakan untuk kristal sistem heksagonal dan trigonal, a=b≠c

3. Cenderung sistem (Gbr. 4). a=γ=90°, b≠90°, a≠b≠c. Digunakan untuk memasang kristal monoklinik.

4.
Sistem miring (Gbr. 5). a≠γ≠b≠90°, a≠b≠c. Digunakan untuk kristal triklinik.

Hukum Bilangan Bulat

Ini adalah salah satu hukum kristalografi yang paling penting, disebut juga hukum Haui, hukum rasionalitas hubungan ganda, hukum rasionalitas hubungan parameter. Hukum tersebut mengatakan: “Rasio ganda dari parameter yang dipotong oleh dua permukaan kristal pada tiga tepinya yang berpotongan sama dengan rasio bilangan bulat dan bilangan yang relatif kecil.”

1. Pilih tiga sisi tidak sejajar yang berpotongan di titik O. Kita ambil sisi ini sebagai sumbu kristalografi (Gbr. 6).

2. Kita pilih dua permukaan A 1 B 1 C 1 dan A 2 B 2 C 2 pada kristal, dan bidang A 1 B 1 C 1 tidak sejajar dengan bidang A 2 B 2 C 2, dan titik-titiknya terletak pada sumbu kristalografi.

3. Segmen yang terpotong oleh permukaan pada sumbu kristalografi disebut parameter permukaan. Dalam kasus kami, OA 1, OA 2, OB 1, OB 2, OC 1, OC 2.

, dimana p, q, r adalah bilangan rasional dan relatif kecil.

Hukum tersebut dijelaskan oleh struktur kisi kristal. Arah yang dipilih sebagai sumbu sesuai dengan deretan kisi spasial.

Simbol wajah

Untuk mendapatkan simbol wajah, Anda perlu memasang kristal pada sumbu kristalografi yang sesuai, lalu pilih wajah tunggal– permukaan yang parameternya sepanjang setiap sumbu kristalografi diambil sebagai satuan pengukuran (dengan kata lain, sebagai segmen skala). Akibatnya, rasio parameter akan mencirikan posisi permukaan pada sumbu kristalografi.

Lebih mudah menggunakan bukan parameter, tapi indeks wajah– nilai kebalikan dari parameter: . Indeks ditulis secara keriting (mencirikan bentuk sederhana secara keseluruhan, misalnya (hkl) atau (hhl)) atau tanda kurung (merujuk langsung ke wajah tertentu, mis. (hhl) atau (hh) ), tanpa tanda baca. Jika diperoleh indeks negatif maka dapat ditunjukkan dengan tanda vektor – (hkl). Subskrip juga dapat ditunjukkan dengan nilai numerik, seperti (321), (110) atau (hk0). “0” berarti permukaannya sejajar dengan sumbu.

Jalur pembentukan kristalV

Kristal dapat terbentuk dari semua wujud agregat materi, baik dalam kondisi alami maupun laboratorium.

Keadaan gas - kepingan salju (kristal es), embun beku, plak, belerang asli (selama letusan gunung berapi, kristal belerang mengendap di dinding kawah); dalam industri - kristal yodium, magnesium. Sublimasi– proses pembentukan kristal dari zat gas.

Keadaan cair - pembentukan kristal dari lelehan dan dari larutan. Pembentukan semua batuan intrusi terjadi dari lelehan (mantle magmatic lelehan), yang faktor utamanya adalah penurunan suhu. Namun yang paling umum adalah pembentukan kristal dari larutan. Di alam, proses ini adalah yang paling umum dan intens. Pembentukan kristal dari larutan merupakan ciri khas danau yang mengering.

Keadaan padat terutama merupakan proses transisi zat amorf menjadi kristal (dekristalisasi), di kondisi alam Proses-proses ini aktif ketika suhu tinggi ah dan tekanan.

Penampilan kristal

Larutan berbeda dalam derajat konsentrasi zat di dalamnya:

· tak jenuh (undersaturated) – Anda dapat menambahkan suatu zat dan zat tersebut akan terus larut;

· jenuh – penambahan suatu zat tidak menyebabkan zat tersebut larut, melainkan mengendap;

· lewat jenuh (supersaturated) – terbentuk jika larutan jenuh berada dalam kondisi di mana konsentrasi zat secara signifikan melebihi batas kelarutan; Pelarut mulai menguap terlebih dahulu.

Misalnya pembentukan inti kristal NaCl:

1. Kristal satu dimensi (karena tarikan ion, terbentuklah barisan), (Gbr. 7);

2. Kristal 2D (jaring datar), (Gbr. 8);

3. Kisi kristal primer (inti kristal sekitar 8 satuan sel), (Gbr. 9).

Setiap kristal memiliki rantai pembentukannya sendiri (untuk kristal garam - kubus), tetapi mekanismenya akan selalu sama. Dalam kondisi nyata, biasanya, pusat kristalisasi adalah pengotor asing (sebutir pasir) atau partikel terkecil dari zat yang menjadi bahan pembentuk kristal.

Pertumbuhan kristal

Saat ini, ada dua teori utama yang menjelaskan pertumbuhan kristal. Yang pertama disebut teori Kossel-Stranssky (Gbr. 10). Menurut teori ini, partikel-partikel menempel pada kristal secara istimewa sedemikian rupa sehingga energi terbesar dilepaskan. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa proses apa pun “lebih mudah” jika energi dilepaskan.

A– jumlah energi maksimum yang dilepaskan (ketika sebuah partikel mengenai sudut segitiga ini).

B– lebih sedikit energi yang akan dilepaskan (sudut dihedral).

DI DALAM– energi minimum dilepaskan, kasus yang paling tidak mungkin terjadi.

Selama pertumbuhan, partikel-partikel pertama-tama akan jatuh pada posisinya A, lalu masuk B dan akhirnya masuk DI DALAM. Pertumbuhan lapisan baru tidak akan dimulai pada kristal sampai konstruksi lapisan tersebut selesai.

Teori ini menjelaskan sepenuhnya pertumbuhan kristal dengan permukaan halus ideal dengan mekanisme pertumbuhan permukaan lapis demi lapis.

Namun pada tahun 30-an abad ke-20 terbukti bahwa tepi kristal selalu terdistorsi atau mempunyai cacat, sehingga dalam kondisi nyata tepi kristal jauh dari bidang mulus ideal.

Teori kedua dikemukakan oleh G.G. Lemmlein, dengan mempertimbangkan fakta bahwa permukaan kristal tidak ideal, mengembangkan teori dislokasi (pertumbuhan dislokasi) - perpindahan. Karena dislokasi sekrup, selalu ada “langkah” pada permukaan kristal, tempat partikel kristal yang sedang tumbuh paling mudah menempel. Teori dislokasi dan, in khususnya teori dislokasi sekrup (Gbr. 11, 12), selalu memberikan peluang untuk pertumbuhan permukaan yang berkelanjutan, karena selalu ada ruang untuk perlekatan partikel yang menguntungkan ke kisi kristal yang dislokasi. Akibat pertumbuhan tersebut, permukaan wajah memperoleh struktur spiral.

Kedua teori, pertumbuhan kristal sempurna dan tidak sempurna, saling melengkapi, masing-masing didasarkan pada hukum dan prinsip yang sama dan sepenuhnya memungkinkan kita untuk mengkarakterisasi semua masalah pertumbuhan kristal.

Tingkat pertumbuhan wajah

Tingkat Kenaikan Tepi– ukuran segmen yang tegak lurus terhadap bidangnya, yang menyebabkan suatu permukaan bergerak per satuan waktu (Gbr. 13).

Laju pertumbuhan permukaan kristal berbeda-beda. Sisi dengan tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi secara bertahap mengecil ukurannya, digantikan oleh tepi yang tumbuh dengan tingkat pertumbuhan yang rendah, dan dapat hilang sama sekali dari permukaan kristal. (Gbr. 14). Pertama-tama, permukaan dengan kepadatan retikuler tertinggi berkembang pada kristal.

Tingkat pertumbuhan tepi bergantung pada banyak faktor:

internal dan eksternal. Dari faktor internal, pengaruh terbesar terhadap laju pertumbuhan permukaan adalah kepadatan retikulernya, yang dinyatakan dalam hukum Bravais: “Kristal ditutupi dengan permukaan dengan kepadatan retikuler lebih tinggi dan tingkat pertumbuhan terendah.”

Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk kristal yang sedang tumbuh

Faktor dibagi menjadi internal (yang berhubungan langsung dengan sifat ion atau atom atau kisi kristal) dan eksternal: tekanan, serta:

1. Aliran konsentrasi. Ketika kristal tumbuh dalam suatu larutan, ada area di dekatnya yang bersuhu sedikit lebih tinggi (partikel terikat sehingga energi sebanyak mungkin dilepaskan) dan dengan kepadatan larutan yang berkurang (kristal yang tumbuh diberi makan) (Gbr. .15). Ketika dilarutkan, yang terjadi justru sebaliknya.

Aliran memainkan peran ganda: aliran yang terus bergerak ke atas membawa bagian materi baru, tetapi aliran tersebut juga mengubah bentuk kristal. Pengisian ulang hanya terjadi dari bawah, lebih sedikit dari samping, dan hampir tidak ada dari atas. Ketika menumbuhkan kristal dalam kondisi laboratorium, mereka mencoba menghilangkan pengaruh aliran konsentrasi, yang mana mereka menggunakan teknik berbeda: metode pertumbuhan kristal dinamis, metode pencampuran larutan secara buatan, dll.

2. Konsentrasi dan suhu larutan. Selalu mempengaruhi bentuk kristal.

Pengaruh konsentrasi larutan terhadap bentuk kristal tawas (konsentrasi meningkat dari 1 menjadi 4):

1 – kristal berbentuk segi delapan;

2.3 – kombinasi beberapa bentuk sederhana;

4 – kristal dengan perkembangan dominan pada permukaan segi delapan, bentuknya mendekati bola.

Pengaruh suhu pada epsomite:

Ketika suhu naik, kristal epsomit memperoleh bentuk prismatik yang lebih tebal; pada suhu rendah, kristal tersebut memperoleh lensa yang tipis.

3. Kotoran benda asing. Misalnya, segi delapan tawas berubah menjadi kubus jika ditumbuhkan dalam larutan yang dicampur boraks.

4. Lainnya.

Hukum Keteguhan Sudut Segi

Kembali ke pertengahan abad ke-17, pada tahun 1669, ilmuwan Denmark Steno mempelajari beberapa kristal kuarsa dan menyadari bahwa tidak peduli seberapa besar distorsi kristal tersebut, sudut antara permukaannya tetap tidak berubah. Pada awalnya, undang-undang tersebut dianggap dingin, tetapi 100 tahun kemudian, penelitian oleh Lomonosov dan ilmuwan Prancis Romé-Delisle, secara independen satu sama lain, mengkonfirmasi undang-undang ini.

Saat ini undang-undang tersebut memiliki nama yang berbeda - hukum Steno-Lomonosov-Romais-Delisle). Hukum keteguhan sudut segi: “Dalam semua kristal dari zat yang sama, sudut antara permukaan dan tepi yang bersesuaian adalah konstan.” Hukum ini dijelaskan oleh struktur kisi kristal.

Untuk mengukur sudut antar muka, digunakan goniometer (mirip dengan campuran busur derajat dan penggaris). Untuk pengukuran yang lebih akurat, digunakan goniometer optik, yang ditemukan oleh E.S. Fedorov.

Dengan mengetahui sudut antara permukaan kristal suatu zat, komposisi zat dapat ditentukan.

Pertumbuhan antar kristal

Di antara pertumbuhan kristal, dua kelompok utama dibedakan:

1. Tidak beraturan - pertumbuhan kristal yang tidak saling berhubungan dan tidak berorientasi pada ruang (druze).

2. Alami:

· paralel;

· ganda.

Sambungan paralel kristal adalah beberapa kristal dari zat yang sama, yang ukurannya dapat berbeda, tetapi berorientasi sejajar satu sama lain; kisi kristal dalam pertumbuhan ini terhubung langsung menjadi satu kesatuan.

Fusi seperti tongkat kerajaan– kristal kuarsa yang lebih kecil tumbuh bersama dengan kristal yang lebih besar.

Ganda

Dobel– perpaduan alami dua kristal, di mana satu kristal merupakan bayangan cermin dari kristal lainnya, atau separuh kembarannya diturunkan dari kristal lainnya dengan memutar 180°. Dari sudut pandang mineralogi, pada kembaran mana pun, sudut masuk kembali internal selalu terlihat (Gbr. 16).

Elemen ganda:

1. Bidang kembar - bidang yang dipantulkan dua bagian kembarannya.

2. Sumbu kembar – suatu sumbu, bila diputar sehingga separuh bagian kembarannya berubah menjadi separuh bagian kedua.

3. Bidang fusi adalah bidang di mana dua bagian kembarannya berdekatan satu sama lain. Dalam kasus tertentu, bidang kembar dan bidang fusi bertepatan, namun dalam banyak kasus hal ini tidak terjadi.

Kombinasi dan karakter ketiga elemen kembaran ditentukan oleh hukum kembaran: “spinel”, “Gallic”, dll.

Perkecambahan kembar– satu kristal tumbuh melalui kristal lain. Jika beberapa kristal terlibat, tee, quads, dll. akan dibedakan. (tergantung pada jumlah kristal).

Kembar polisintetik- serangkaian kristal kembar yang disusun sedemikian rupa sehingga masing-masing dua kristal yang berdekatan terletak satu sama lain dalam orientasi kembar, dan kristal yang melewati satu kristal berorientasi sejajar satu sama lain (Gbr. 17).

Kembaran polisintetik pada kristal alami sering kali muncul dalam bentuk arsiran paralel tipis (jahitan kembar).

Bentuk kristal alami

Di antara kristal, merupakan kebiasaan untuk membedakan:

· sempurna– kristal-kristal yang semua permukaannya mempunyai bentuk sederhana yang sama, memiliki ukuran, bentuk, jarak yang sama dari pusat kristal;

· nyata– menghadapi penyimpangan tertentu dari bentuk ideal.

Pada kristal alami (nyata), perkembangan permukaan yang tidak merata dengan bentuk yang sama menimbulkan kesan simetri yang lebih rendah (Gbr. 18).

Dalam kristal nyata, permukaannya jauh dari bidang yang benar secara matematis, karena Pada permukaan kristal asli terdapat berbagai komplikasi berupa bayangan, pola, lubang, pertumbuhan, mis. patung. Ada: pola seperti parket, arsiran di tepinya, vicinal (merupakan bagian kecil dari tepi kristal, sedikit bergeser dari arah tepi). Dalam kristal nyata, bentuk kristal kompleks sangat umum terjadi.

Ketika menyimpang dari kondisi pertumbuhan normal, kristal kerangka– kristal yang tepi dan simpulnya sebagian besar berkembang, dan ujung-ujungnya tertinggal dalam perkembangannya (misalnya, kepingan salju). Kristal anti-kerangka– tepinya berkembang secara dominan, sedangkan tepi dan simpulnya tertinggal dalam perkembangannya (kristal berbentuk bulat, berlian sangat sering ditemukan dalam bentuk ini).

Ada juga kristal yang bengkok, terbelah, dan berubah bentuk.

Struktur internal kristal

Struktur internal kristal seringkali bersifat zonal. Setiap perubahan komposisi kimia larutan tempat kristal tumbuh menyebabkan lapisannya sendiri. Struktur zonal disebabkan oleh denyutan dan perubahan komposisi kimia larutan pengumpan, mis. Tergantung pada apa yang diberikan kristal di masa mudanya, ia akan berubah, misalnya, warna zona.

Patahan melintang menunjukkan struktur sektoral, berkaitan erat dengan zonasi dan disebabkan oleh perubahan komposisi medium.

Inklusi dalam kristal

Semua inklusi dibagi menjadi homogen dan heterogen. Mereka juga dibagi menurut waktu pembentukannya menjadi:

1. Sisa (peninggalan) - fase padat yang mewakili zat yang ada sebelum pertumbuhan kristal.

2. Singenetik - inklusi yang muncul dengan pertumbuhan kristal.

3. Epigenik – muncul setelah pembentukan kristal.

Inklusi sisa dan singenetik merupakan hal yang paling menarik untuk kristalografi.

Metode untuk mempelajari inklusi dalam kristal

AKU P. Ermakov dan Yu.A. Dolgov memberikan kontribusi besar dalam studi inklusi, dan saat ini ada dua metode utama untuk mempelajari inklusi dalam kristal:

1. Metode homogenisasi– sekelompok metode berdasarkan prinsip mengubah inklusi menjadi keadaan homogen; ini biasanya dicapai dengan pemanasan. Misalnya, gelembung-gelembung dalam kristal diwakili oleh cairan, dan ketika dipanaskan sampai suhu tertentu, gelembung-gelembung itu menjadi homogen, yaitu. cair menjadi gas. Terutama, metode ini bekerja pada kristal transparan.

2. Metode dekripitasi– dengan mengubah suhu dan tekanan, kristal dan inklusinya menjadi tidak seimbang dan inklusi menyebabkan ledakan.

Hasilnya, diperoleh data suhu dan tekanan pembentukan kristal yang mengandung gas, cairan, atau fasa padat dalam bentuk inklusi.

Mengirimkan karya bagus Anda ke basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting di http://www.allbest.ru/

1 . karakteristik umum disiplin ilmu geologi

Ilmu-ilmu mineralogi, kristalografi, dan petrografi secara historis muncul dari ilmu tentang susunan bahan, struktur dan sejarah perkembangan bumi yang disebut geologi.

Kristalografi mempelajari pendidikan, bentuk dan fisik Sifat kimia kristal yang menyusun berbagai mineral.

Metalografi-ilmu yang mempelajari struktur dan sifat logam serta menetapkan hubungan antara komposisi, struktur, dan sifat-sifatnya.

Mineralogi membedakan dirinya sebagai ilmu tentang senyawa kimia alami yang disebut mineral. Mineralogi mempelajari komposisi dan struktur mineral, kondisi pembentukan dan perubahannya.

Petrografi-ilmu batuan, komposisi, struktur, klasifikasi, kondisi terjadinya.

Ilmu-ilmu ini terkait erat dengan kebutuhan praktis industri metalurgi dan lainnya. Tidak ada satu pun industri yang tidak memanfaatkan mineral di dalamnya bentuk alami, atau komponen apa pun yang diekstraksi darinya. Pengetahuan tentang mineral, komposisinya, berbagai sifat dan bidang penerapan praktisnya diperlukan bagi para spesialis yang bekerja di berbagai industri.

Mmineral adalah unsur atau senyawa kimia yang terbentuk di kerak bumi, cangkang air atau atmosfer sebagai hasil dari berbagai proses fisika dan kimia (tanpa intervensi apapun).

Mineral bisa terdiri dari satu unsur kimia: berlian (C); grafit (C); belerang (S); emas (Au) atau dapat berupa senyawa dengan komposisi tetap atau berubah-ubah:

Senyawa dengan komposisi konstan (longsoran spar; kuarsa; kalsium)

Senyawa dengan komposisi variabel: olivin yang memiliki komposisi dari Mg 2 (SiO 4) forsterite hingga Fe 2 (SiO 4) fayalite.

Kebanyakan mineral berbentuk padat, zat kristal. Meskipun mineral individu ditemukan dalam bentuk kriptokristalin (biasanya terdispersi koloidal).

Di alam, mineral dapat tersebar dalam bentuk partikel kecil atau terdapat dalam akumulasi besar. Dalam hal ini, mineral dari zat yang sama dapat ditemukan di dalamnya dalam berbagai bentuk. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam menentukan secara eksternal mineral yang termasuk dalam batuan apa pun.

Saat ini, sekitar 3.800 mineral berbeda diketahui, hanya 250-300 yang tersebar luas dan memiliki kepentingan praktis. Ini adalah bijih logam besi, non-besi dan langka, bahan mentah untuk produksi bahan bangunan, bahan baku industri kimia, batu mulia dan lainnya.

Karena mineral mempunyai susunan atom yang teratur dan teratur, karena struktur kristalnya, mineral tidak termasuk cairan, gas, buatan. padatan dan zat atmosfer alami.

Mineral berbeda satu sama lain dalam komposisi kimia dan struktur kristal.

Mineral yang struktur kristalnya sama tetapi komposisi kimianya berbeda disebut isomorfis.

Mineral yang susunan kimianya sama tetapi struktur kristalnya berbeda disebut polimorfik(contoh mineral polimorfik: intan dan grafit).

1.1 Morfologi mineral (bentuk-bentuk keberadaan mineral di alam)

Di alam, mineral terdapat dalam bentuk:

Monokristal;

Ganda;

Agregat.

Dobel mereka menyebut perpaduan alami dua kristal di mana satu individu dapat diperoleh dari yang lain baik melalui refleksi pada bidang tertentu (kembar) atau dengan rotasi pada sumbu tertentu (kembar).

Paling sering, mineral terjadi dalam bentuk pertumbuhan yang acak dan tidak teratur. unit. Agregat dapat terdiri dari kristal dari satu mineral (agregat monomineral) atau beberapa agregat (agregat polimineral).

Berdasarkan ukuran, unit dibagi menjadi:

Berbutir kasar (lebih dari 5 mm);

Berbutir sedang (1-5 mm);

Berbutir halus (kurang dari 1 mm).

Bentuk butiran penyusun agregat adalah: bersisik, berserat, bersahaja. Jenis agregat morfologi berikut dibedakan:

Drusen adalah pertumbuhan kristal yang terbentuk dengan baik, berbeda ketinggian dan orientasi berbeda, tetapi melekat pada salah satu ujungnya pada alas datar atau cekung.

Sekresi adalah formasi mineral yang mengisi rongga pada batuan. Pengisian rongga terjadi sebagai akibat pengendapan zat secara bertahap pada dindingnya dari pinggiran hingga pusat.

Konkresi adalah formasi berbentuk bulat yang biasanya mempunyai struktur radial atau seperti cangkang. Berbeda dengan sekresi, pengendapan zat terjadi dari pusat ke pinggiran.

Oolit adalah formasi bola kecil dengan struktur mirip cangkang konsentris.

Pseudoolit adalah formasi yang bentuknya mirip dengan oolit, tetapi tanpa struktur seperti cangkang konsentris.

Dendrit adalah kumpulan mirip pohon yang menyerupai daun pakis dan cabang pohon.

1.2 Sifat fisik mineral

Sifat fisik utama mineral, yang memungkinkannya ditentukan berdasarkan karakteristik luarnya, meliputi: warna, warna coretan, noda, kilau, derajat transparansi, kekerasan, belahan dada, patah, berat jenis, magnetisme, kerapuhan, kelenturan, fleksibilitas, dll.

Warna merupakan salah satu ciri sifat fisik mineral. Mineral yang sama, tergantung pada komposisi kimianya, strukturnya, pengotor mekanis dan kimianya, dapat memiliki warna yang berbeda. Berdasarkan warna, seseorang dapat menilai kondisi pembentukan mineral dan kepemilikannya pada suatu endapan tertentu.

Akademisi A.E. Fersman mengidentifikasi tiga jenis warna mineral: idiokromatik, alokromatik, dan pseudokromatik.

Idiochromatic - warna mineral itu sendiri.

Alokromatik merupakan konsekuensi adanya pengotor mekanis asing pada mineral.

Pseudokromatik - fenomena difraksi sinar cahaya dari retakan internal.

Warna guratan- jejak yang ditinggalkan mineral pada piring porselen tanpa glasir. Ini adalah warna bubuk mineral yang dihancurkan.

Menodai- fenomena ketika suatu mineral, selain warna utama pada lapisan permukaan tipis, memiliki warna tambahan.

Pembelahan- kemampuan beberapa mineral untuk membelah atau membelah sepanjang bidang tertentu dengan terbentuknya permukaan yang halus, rata, dan mengkilat.

1.3 Kejadian mineral (tentangpembentukan mineral di alam)

Proses pembentukan mineral dapat dibagi menjadi:

1) Endogen (terjadi di dalam bumi dan berhubungan dengan aktivitas magmatik);

2) Eksogen (terjadi di permukaan bumi, dimanifestasikan dalam aksi agen atmosfer dan permukaan larutan air, serta dalam aktivitas biokimia organisme (oksidasi, dekomposisi);

3) Metamorf (terjadi akibat transformasi batuan yang terbentuk sebelumnya ketika kondisi fisik dan kimia berubah.

ParageneHadalahmineral.

Paragenesis adalah kejadian bersama mineral di alam karena proses umum pembentukannya. Mineral dapat terbentuk secara berurutan atau bersamaan.

1.4 PetrografiSAYA

Petrografi- ilmu yang mempelajari batuan, komposisi mineral dan kimianya, struktur, sebaran dan kondisi pembentukannya.

Batuan adalah agregat mineral dengan komposisi kimia dan mineral yang kurang lebih konstan yang menempati sebagian besar wilayah kerak bumi. Batuan dapat bersifat monomineral, terdiri dari satu mineral, atau polimineral, yang mencakup beberapa mineral

Monomineral batuan - batu kapur dan marmer (terdiri dari mineral kalsit), kuarsit (terdiri dari kuarsa).

Polimineral batuan - granit (mineral pembentuk batuan utama adalah feldspar (mikroklin, ortoklas, plagioklas), kuarsa dan mika (biotit, muskovit).

Sekitar seribu jenis batuan diketahui, yang menurut kondisi pembentukannya (genesis), dibagi menjadi tiga kelas:

1. Beku( atau beku). Mereka terbentuk dari magma yang membeku di perut bumi atau di permukaannya; mereka adalah formasi suhu tinggi yang khas.

2. Sedimen. Mereka diisi dan diubah menjadi produk penghancuran batuan yang terbentuk sebelumnya, sisa-sisa organisme dan produk aktivitas vitalnya; Pembentukan batuan sedimen terjadi di permukaan bumi pada suhu normal dan tekanan normal, terutama di lingkungan perairan.

3. Metamorf. Dibentuk pada kedalaman yang luar biasa karena perubahan batuan sedimen dan batuan beku di bawah pengaruh berbagai proses endogen (suhu dan tekanan tinggi, zat gas yang dilepaskan dari magma, dll).

2 . Dasar-dasar Kristalografi

Kristalografi dibagi menjadi: kristalografi geometris, kristalografi kimia dan kristalografi fisik.

Kristalografi geometris sedang mempertimbangkan pola umum konstruksi zat kristal yang membentuk kristalnya, serta simetri dan sistematika kristal.

Kimia kristal mempelajari hubungan antara struktur dan sifat kimia materi kristal, serta deskripsi struktur kristal

Kristalografi fisik menjelaskan sifat fisik kristal (mekanik, optik, termal, listrik dan magnet).

2 .1 Dasar-dasarkristalografi geometris

Fitur keadaan kristal. Kata "kristal" selalu dikaitkan dengan gagasan tentang polihedron dalam satu bentuk atau lainnya. Namun, zat kristal dicirikan tidak hanya oleh kemampuannya menghasilkan formasi dengan bentuk tertentu. Fitur utama dari badan kristal adalah mereka anisotropi- ketergantungan sejumlah sifat (kekuatan tarik, konduktivitas termal, kompresibilitas, dll.) pada arah kristal.

Creebaja- benda padat yang dibentuk dalam bentuk polihedra beraturan secara geometris.

a) garam batu; b) kuarsa; c) magnetit

Gambar 1. Kristal

Elemen pengekang kristal adalah: bidang - tepian; garis perpotongan wajah - Tulang iga; titik potong tulang rusuk - puncak.

Diposting di http://www.allbest.ru/

Diposting di http://www.allbest.ru/

Gambar 2. Elemen kurungan kristal

Partikel dasar (atom, ion atau molekul) dalam kristal tersusun dalam bentuk kisi spasial.

Kisi spasial adalah sistem titik-titik yang terletak pada simpul-simpul paralelepiped yang sama, berorientasi sejajar satu sama lain dan berdekatan di sepanjang seluruh permukaan, tanpa celah yang mengisi ruang.

Gambar 3. Kisi spasial kristal

logam plastik kristal mineral

Paralelepiped dasar yang membentuk kisi spasial kristal disebut sel dasar.

Parameter sel tersebut adalah: tiga sudut antara, diambil sebagai sumbu utama, dan tiga segmen (A, B, C) jarak antar node sepanjang sumbu tersebut.

Gambar 4. Parameter sel satuan

Susunan partikel tertentu dalam kristal dalam bentuk kisi spasial menentukan sejumlah sifat khusus zat kristal - homogenitas, anisotropi, kemampuan memotong sendiri, mis. tumbuh dalam bentuk polihedra beraturan).

Keseragaman berarti sifat-sifat kristal sama pada semua titiknya.

Anisotropi kristal terletak pada ketidaksetaraan dalam arah yang berbeda dari sebagian besar sifat fisiknya (mekanik, optik, dan lain-lain).

Kemampuan untuk menghancurkan diri sendiri adalah bahwa di bawah kondisi pertumbuhan yang menguntungkan mereka membentuk polihedra beraturan, yang permukaannya merupakan jaring datar dari kisi spasial.

Jika Anda menempatkan sepotong kristal yang bentuknya tidak beraturan ke dalam larutan dalam kondisi yang sesuai, maka setelah beberapa waktu ia akan memperoleh tepian dan mengambil bentuk polihedron biasa, karakteristik kristal suatu zat tertentu.

Transformasi bola yang dipotong dari kristal kubik garam batu dalam larutan jenuh kembali menjadi kristal kubik.

Gambar 5. Skema transformasi

Kristal suatu mineral paling sering dicirikan oleh adanya permukaan jenis tertentu, meskipun dalam kasus yang jarang terjadi, bentuk luar kristal dari mineral yang sama mungkin berbeda tergantung pada kondisi pembentukannya.

Hukum Kristalografi Geometris penting untuk mempelajari kristal.

Hukum pertama:Hukum Keteguhan Sudut Segi-Tembok Hukum: untuk kristal berbeda dari zat yang sama, berapapun ukuran dan bentuknya, antara permukaan yang bersesuaian dalam kondisi tertentu adalah konstan.

Gambar 6. Macam-macam kristal kuarsa

Hukum Kedua-hukum rasionalitas hubungan parameter. Hukum Ayui.

Pada satu kristal hanya terdapat bangun-bangun yang parameter mukanya berhubungan dengan parameter muka bentuk sederhana, yang dianggap utama, seperti bilangan rasional.

Simetri kristal

Simetri kristal terletak pada pengulangan alami dari permukaan, tepi, dan sudut yang identik dalam kristal ini.

Gambar konvensional yang simetrinya diamati disebut elemen simetri. Diantaranya: bidang simetri, sumbu simetri, pusat dan titik sudut.

Bidang simetri adalah bidang khayal yang membagi polihedron kristal menjadi dua bagian yang sama besar, salah satunya merupakan bayangan cermin dari bagian lainnya.

Banyaknya bidang simetri pada kristal ditunjukkan dengan angka yang diletakkan di depan lambang konvensional bidang simetri dengan huruf P.

Kristal tidak boleh memiliki lebih dari sembilan bidang simetri.

Sumbu simetri- garis lurus imajiner yang melewati kristal dan, ketika diputar 360° mengelilinginya, bangun tersebut sejajar dengan dirinya sendiri beberapa kali (n kali). Nama sumbu atau urutannya ditentukan oleh jumlah kesejajaran selama satu putaran penuh mengelilingi sumbu (360 derajat) kristal.

Kristal memiliki sumbu orde kedua, ketiga, keempat dan keenam.

Sumbu simetri dilambangkan dengan huruf L dan lambang yang menunjukkan urutan sumbu simetri (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Selain sumbu simetri biasa, ada sumbu inversi dan rotasi cermin. Jika ada, untuk menyelaraskan bangun dengan dirinya sendiri, rotasi pada suatu sumbu harus disertai dengan rotasi 180° pada sumbu yang tegak lurus terhadap sumbu tertentu (inversi), atau pantulan cermin dari bidang.

Pusat simetriC Disebut suatu titik yang membagi dua garis lurus yang melewatinya dan ditarik hingga memotong tepi-tepi bangun tersebut.

Pada tahun 1867 A.V. Gadolin menunjukkan secara matematis bahwa mungkin ada 32 jenis simetri bentuk kristal, yang masing-masing dicirikan oleh kombinasi elemen simetri tertentu.

Semua jenis simetri kristal dibagi menjadi tiga kategori: rendah, sedang dan tinggi. Kristal dari kategori terendah tidak memiliki sumbu dengan tingkat yang lebih tinggi - lebih tinggi dari yang kedua; Kategori menengah dicirikan oleh satu sumbu dengan tingkat yang lebih tinggi, yang tertinggi - beberapa sumbu tersebut. Kategori dibagi menjadi sistem atau sistem kristal.

Sinkronisasi adalah himpunan elemen-elemen simetri yang mempunyai jumlah sumbu yang sama dan orde yang sama. Total ada tujuh singoni: triklinik, monoklinik, belah ketupat, trigonal, heksagonal, kubik, tetragonal.

Kategori terendah mencakup tiga sistem kristal - triklinik, monoklinik, dan ortorombik. Dalam kristal sistem triklinik tidak ada sumbu atau bidang simetri: mungkin juga tidak ada pusat simetri. Kristal monoklinik dapat memiliki sumbu dan bidang simetri, tetapi kristal monoklinik tidak dapat memiliki banyak sumbu atau bidang simetri. Sistem belah ketupat dicirikan oleh adanya beberapa elemen simetri - beberapa sumbu atau bidang.

Kondisi yang diperlukan untuk pembentukan kristal dengan simetri tinggi adalah simetri partikel penyusunnya. Karena sebagian besar molekul tidak simetris, kristal dengan simetri tinggi hanya membentuk sebagian kecil dari total yang diketahui.

Ada banyak kasus dimana zat yang sama terdapat dalam bentuk kristal yang berbeda, misalnya berbeda dalam struktur internalnya, dan oleh karena itu dalam sifat fisik dan kimianya. Fenomena ini disebut polimorfisme.

Di antara benda-benda kristal, fenomena ini sering diamati isomorfisme- sifat atom, ion atau molekul untuk saling menggantikan dalam kisi kristal, membentuk kristal campuran. Kristal campuran adalah campuran yang sepenuhnya homogen padatan adalah solusi padat substitusi. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa isomorfisme adalah kemampuan untuk membentuk larutan substitusi padatan.

Bentuk Kristal

Selain unsur simetri, kristal juga dicirikan oleh bentuk luarnya. Jadi, kubus dan segi delapan mempunyai unsur simetri yang sama, tetapi bentuk luar dan jumlah sisinya berbeda.

Bentuk kristal disebut totalitas seluruh wajahnya. Ada bentuk yang sederhana dan kompleks.

Bentuk sederhana Disebut suatu bentuk yang semua mukanya dihubungkan satu sama lain oleh unsur simetri, atau dengan kata lain merupakan kristal yang terdiri dari muka-muka identik yang mempunyai susunan simetris (kubus, oktahedron, tetrahedron)

Bentuk sederhana dapat berupa siklus ruang yang menutup (bentuk tertutup), atau bentuk terbuka yang tidak menutup ruang pada semua sisinya.

Formulir terbuka sederhana meliputi:

Monohedron, dihedron, pinanoid, piramida, prisma

Bentuk sederhana tertutup meliputi:

Dipiramida, belah ketupat, tetrahedron, kubus, segi delapan, dll.

Gambar 7. Bentuk kristal sederhana

Bentuk atau kombinasi yang rumit disebut bentuk yang terdiri dari dua atau lebih bentuk sederhana, yaitu. Ada beberapa jenis permukaan kristal, dan tidak saling berhubungan oleh unsur simetri.

Bentuk kristal sederhana dan kompleks sangat langka di alam. Penyimpangan kristal nyata dari bentuk sederhana yang dijelaskan disebabkan oleh perkembangan permukaan yang tidak merata karena pengaruh kondisi lingkungan di mana kristal tersebut terbentuk.

Kadang-kadang, seiring dengan pembentukan kristal tunggal individu, berbagai pertumbuhan antar terjadi. Salah satu kasusnya adalah pembentukan kembaran dari dua atau lebih kristal yang tumbuh bersama pada posisi yang salah. Proses ini disebut kelahiran kembar. Terbentuknya pertumbuhan antar tersebut biasanya disebabkan oleh berbagai komplikasi proses kristalisasi (perubahan suhu, konsentrasi larutan, dll).

Ada kembar primer (yang muncul selama kristalisasi) dan kembar sekunder, yang muncul sebagai akibat dari pengaruh apa pun.

Selain peleburan kristal dari satu zat, peleburan kristal secara alami juga dimungkinkan berbagai zat atau modifikasi polimorfik dari satu zat, mengkristal dalam sinergi yang berbeda. Proses ini disebut - epitaksi.

3 . Dasar-dasar kimia kristal

Struktur internal kristal pada akhirnya menentukan semua fiturnya: bentuk kristal, sifat fisik dan kimia.

Kisi spasial- ini adalah sistem titik-titik yang terletak di simpul-simpul paralelepiped yang sama, berorientasi sejajar satu sama lain dan berdekatan di sepanjang seluruh permukaan, mengisi ruang tanpa celah.

Kisi spasial terdiri dari paralelepiped (sel dasar) yang jumlahnya tak terbatas, dengan ukuran dan bentuk yang sama. Ilmuwan Perancis O. Bravais pada tahun 1855 menetapkan bahwa hanya ada 14 jenis kisi spasial (Gambar 8). Sel-sel ini dibagi menjadi dua kelompok:

1) Primitif, semua nodenya terletak hanya di simpul sel elementer.

2) Node kompleks, yang terletak tidak hanya pada simpul sel dasar, tetapi juga pada permukaan, tepi, dan volume.

1 - triklinik;

2 dan 3 - monoklinik;

4,5,6 dan 7 - belah ketupat;

8 - heksagonal;

9 - belah ketupat;

10 dan 11 - segi empat;

12,13 dan 14 adalah kubik.

Gambar 8. Empat belas kisi spasial O. Bravais

Selain klasifikasi struktur kristal menurut jenis kisi spasial di atas, terdapat pembagian struktur kristal menurut jenisnya. ikatan kimia antar atom dalam kristal.

Jenis ikatan kimia berikut ini ada:

A) ionik

B) logam

B) kovalen atau molekuler

D) van der Waals atau sisa

D) hidrogen

ionik ( ikatan heteropolar) diamati dalam struktur kristal ionik dan terjadi antara dua ion bermuatan seragam. Senyawa dengan ikatan ionik sangat larut dalam larutan air. Sambungan seperti itu tidak menghantarkan listrik dengan baik.

Kovalen Ikatan (homeopolar) terjadi pada struktur kristal atom dan sebagian ionik karena munculnya elektron bersama pada atom tetangga. Ikatan ini sangat kuat, yang menjelaskan peningkatan kekerasan mineral dengan ikatan kovalen. Mineral dengan ikatan ini merupakan isolator yang baik dan tidak larut dalam air.

Logam koneksi hanya diwujudkan dalam bangunan atom. Hal ini ditandai dengan fakta bahwa inti atom terletak di simpul kisi kristal, seolah-olah terbenam dalam gas yang terdiri dari elektron bebas yang bergerak seperti partikel gas. Atom melepaskan elektronnya dan menjadi ion bermuatan positif. Elektron yang disumbangkan tidak ditugaskan ke atom mana pun, tetapi seolah-olah digunakan secara umum.

Sambungan ini menentukan kekuatan struktur. Pergerakan bebas elektron menentukan sifat-sifat berikut: konduktivitas listrik dan termal yang baik, kilau logam, kelenturan (misalnya, logam asli)

Wang - der-Waalsian (sisa) komunikasi terjadi antara dua molekul. Meskipun setiap molekul bersifat netral secara elektrostatis dan semua muatan seimbang, banyak molekul mewakili dipol, yaitu. pusat gravitasi semua partikel bermuatan positif suatu molekul tidak bertepatan dengan pusat gravitasi semua partikel bermuatan negatif. Akibatnya, bagian-bagian berbeda dari molekul yang sama memperoleh muatan tertentu. Oleh karena itu, timbul ikatan sisa antara kedua molekul. Pasukan Van der Waals sangat kecil. Struktur kristal dengan ikatan ini merupakan dielektrik yang baik dan dicirikan oleh kekerasan dan kerapuhan yang rendah. Jenis ikatan ini khas untuk senyawa organik. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa sifat ikatan menentukan semua sifat dasar zat kristal.

Perlu dicatat bahwa kristal dapat memiliki satu jenis koneksi; kristal seperti itu disebut homodesmik dan jenis ikatan campuran, kristal semacam itu disebut heterodemik.

Pada sejumlah mineral (kristal es), ikatan hidrogen memegang peranan penting. Mereka muncul sebagai akibat dari interaksi atom hidrogen dari satu molekul dengan atom nitrogen, oksigen, dan klor dari molekul tetangga. Ikatan hidrogen lebih kuat dibandingkan ikatan Van der Waals, namun jauh lebih lemah dibandingkan jenis ikatan lainnya.

3 .1 Jari-jari atom dan ionik. Koordinasinomor asi. Motif struktur

Atom dan ion yang menyusun struktur kristal berbagai mineral terletak pada jarak yang berbeda satu sama lain. Nilai-nilai ini bergantung pada muatan ion, kondisi termodinamika, dll.

Besaran ini disebut atom (jari-jari ionik). atom (Danonny) radius adalah jarak minimum dimana pusat bola suatu atom dapat mendekati permukaan atom tetangganya.

Jumlah atom (ion) terdekat yang mengelilingi atom (ion) tertentu disebut nomor koordinasi.

Ada tiga cara untuk menggambarkan struktur kristal.

1 Metode menggambarkan struktur dengan bola.

2 Metode menggambarkan struktur dengan memplot pusat gravitasi bola.

3 Metode menggambarkan struktur menggunakan polihedra koordinasi - metode ini cocok untuk menggambarkan struktur kompleks. Karena mineral yang berbeda terdiri dari struktur kristal dengan bentuk berbeda (segi delapan, kubus, dll.).

Struktur zat kristal ditentukan baik oleh bentuk polihedra koordinasi itu sendiri maupun oleh sifat interaksi kombinasinya, yaitu. struktur motif.

Motif struktural berikut dibedakan:

1 Mengkoordinasikan motif struktur. Dalam hal ini, semua polihedra koordinasi dihubungkan satu sama lain melalui permukaan dan tepi yang sama.

2 Pulauoh motif struktur. Polihedra koordinasi individu tidak saling bersentuhan dan dihubungkan melalui kation dan anion bersama.

3 Motif rantai dan pita struktur. Dalam hal ini, polihedra koordinasi dihubungkan satu sama lain menjadi rantai tak berujung yang memanjang ke satu arah.

4 Motif berlapis struktur. Polihedra koordinasi dihubungkan satu sama lain menjadi lapisan tak terhingga dalam dua dimensi. Di dalam lapisan, masing-masing polihedra berdekatan satu sama lain. Masing-masing lapisan terletak pada jarak yang cukup jauh satu sama lain.

5 Motif bingkai struktur. Dalam hal ini, semua bangun koordinasi dihubungkan satu sama lain hanya oleh satu titik sudut ke dalam suatu kerangka yang tak terhingga dalam tiga dimensi.

Pola struktur pengaturan kristal menentukan banyak sifat fisik.

Dengan demikian, sifat fisik zat kristal ditentukan terutama oleh komposisi atom dan ion itu sendiri yang termasuk dalam struktur kristal (berat jenis, warna), jenis ikatan (konduktivitas listrik, konduktivitas termal, kekerasan, kelenturan, kelarutan), dan motif struktur (kekerasan).

4 . Cacat pada kristal

Kristal logam biasanya berukuran kecil. Oleh karena itu, produk logam terdiri dari sangat banyak jumlah besar kristal.

Struktur ini disebut polikristalin. Dalam agregat polikristalin, kristal individu tidak mempunyai kesempatan untuk mengambil bentuk yang benar. Kristal yang bentuknya tidak beraturan dalam agregat polikristalin disebut biji-bijian, atau kristalit. Namun kondisi ini bukan satu-satunya. Deformasi plastis dalam keadaan dingin (penggulungan, penarikan, dll.) menyebabkan orientasi butiran yang dominan (tekstur). Derajat orientasi preferensial dapat bervariasi dan bervariasi dari distribusi acak hingga keadaan di mana semua kristal berorientasi pada cara yang sama.

Dengan penghilangan panas yang sangat lambat selama kristalisasi, serta dengan menggunakan metode khusus lainnya, sepotong logam dapat diperoleh yang mewakili satu kristal, yang disebut monokristal Kristal tunggal berukuran besar (beratnya beberapa ratus gram) diproduksi untuk penelitian ilmiah, serta untuk beberapa cabang teknologi khusus (semikonduktor).

Penelitian telah menunjukkan bahwa struktur kristal internal butiran tidak benar.

Penyimpangan dari susunan atom ideal dalam kristal disebut cacat. Mereka mempunyai pengaruh yang besar dan terkadang menentukan sifat-sifat zat kristal.

Susunan atom individu yang salah dalam kisi kristal menciptakan cacat titik. Dalam kristal yang terdiri dari atom-atom identik, misalnya dalam kristal logam, salah satu atom mungkin hilang di beberapa bagian kisi. Sebagai gantinya akan ada rongga, dengan struktur terdistorsi di sekitarnya. Cacat ini disebut lowongan. Jika atom suatu zat atau atom pengotor berada di antara atom-atom pada titik kisi, maka cacat implementasi(Gambar 9).

Gambarannya menjadi lebih rumit ketika berpindah dari kristal logam ke kristal ionik. Netralitas listrik harus dijaga di sini, sehingga pembentukan cacat dikaitkan dengan redistribusi muatan. Jadi, munculnya kekosongan kation disertai dengan munculnya kekosongan anion; jenis cacat pada kristal ionik disebut cacat Schottky. Masuknya ion ke dalam situs interstitial disertai dengan munculnya kekosongan di tempat sebelumnya, yang dapat dianggap sebagai pusat muatan dari tanda yang berlawanan; di sini kita mempunyai cacat Frenkel. Nama-nama ini diberikan untuk menghormati ilmuwan Austria Schottky dan fisikawan Soviet Ya.I. Frenkel.

Cacat titik timbul karena berbagai alasan, termasuk akibat pergerakan termal partikel. Kekosongan dapat berpindah ke seluruh kristal - atom tetangga jatuh ke dalam kekosongan, tempatnya dikosongkan, dll. Hal ini menjelaskan difusi padatan dan konduktivitas ionik kristal garam dan oksida, yang terlihat pada suhu tinggi.

Selain cacat titik pada kristal, selalu ada juga dislokasi- cacat yang berhubungan dengan perpindahan barisan atom. Dislokasi dapat berupa tepi atau sekrup. Yang pertama disebabkan oleh pecahnya bidang yang berisi atom; yang kedua - dengan saling menggeser sumbu yang tegak lurus terhadapnya. Dislokasi dapat berpindah ke seluruh kristal; proses ini terjadi selama deformasi plastis bahan kristal.

Mari kita bayangkan bahwa karena alasan tertentu terdapat setengah bidang atom tambahan, yang disebut pesawat ekstra(Gambar 10). Tepi 3-3 dari bidang seperti itu terbentuk cacat linier(ketidaksempurnaan) kisi-kisi, yang disebut dislokasi tepi. Dislokasi tepi dapat memanjang hingga ribuan parameter kisi; bisa lurus, namun bisa juga bengkok ke satu arah atau lainnya. Pada batasnya, dapat berputar menjadi spiral, membentuk dislokasi sekrup. Zona distorsi elastis kisi muncul di sekitar dislokasi. Jarak dari pusat cacat ke lokasi kisi tanpa distorsi dianggap sama dengan lebar dislokasi; kecil dan sama dengan beberapa jarak atom.

a - lowongan; b - atom tersubstitusi; atom tertanam

Gambar 9. Diagram cacat titik

Gambar 10. Dislokasi pada kisi kristal

Gambar 11. Gerakan dislokasi

Karena distorsi kisi di area dislokasi (Gambar 11, a), yang terakhir dengan mudah bergeser dari posisi netral, dan bidang tetangga, setelah berpindah ke posisi tengah (Gambar 11, b), berubah menjadi bidang ekstra ( Gambar 11, c), membentuk dislokasi sepanjang tepi atom. Dengan demikian, dislokasi dapat bergerak (atau lebih tepatnya, ditransmisikan seperti lari estafet) sepanjang bidang tertentu (bidang slip) yang terletak tegak lurus terhadap bidang ekstra tersebut. Menurut konsep modern, pada logam murni biasa, kerapatan dislokasi, yaitu. jumlah dislokasi dalam 1 cm 3 melebihi satu juta Sifat mekanik logam bergantung pada jumlah dislokasi dan terutama pada kemampuannya untuk bergerak dan berkembang biak.

Dengan demikian, kebenaran struktur kristal dilanggar oleh dua jenis cacat - titik ( Lowongan) dan linier ( dislokasi). Kekosongan terus bergerak dalam kisi ketika atom tetangganya bergerak ke dalam “lubang”, meninggalkan tempat lamanya kosong. Peningkatan suhu dan mobilitas termal atom meningkatkan jumlah kejadian tersebut dan meningkatkan jumlah kekosongan.

Cacat linier tidak bergerak secara spontan dan kacau, seperti kekosongan. Namun, tegangan kecil sudah cukup untuk dislokasi mulai bergerak, membentuk bidang, dan pada bagian tersebut - garis slip DENGAN(Gambar 12). Seperti yang ditunjukkan, bidang kisi kristal terdistorsi tercipta di sekitar dislokasi. Energi distorsi kisi kristal dicirikan oleh apa yang disebut Vektor burger.

Gambar 12. Bidang geser (C) sebagai jejak gerak dislokasi (A-A); B-pesawat ekstra

Jika kita menggambar kontur ABCD di sekitar dislokasi + (Gambar 13), maka penampang kontur BC akan terdiri dari enam ruas, dan penampang AB terdiri dari lima ruas. Selisih BC-AD=b, dimana b berarti nilai vektor Burgers. Jika kita menggambar kontur di sekitar beberapa dislokasi (zona distorsi kisi kristal yang tumpang tindih atau bergabung), maka nilainya sesuai dengan jumlah vektor Burgers dari setiap dislokasi. Kemampuan memindahkan dislokasi berhubungan dengan besarnya vektor Burgers.

Gambar 13. Skema penentuan vektor Burgers untuk dislokasi linier

4.1 Cacat permukaan

Cacat kisi permukaan meliputi patahan susun dan batas butir.

Cacat kemasan. Ketika dislokasi lengkap biasa berpindah, atom secara berturut-turut berpindah dari satu posisi kesetimbangan ke posisi setimbang lainnya, dan ketika dislokasi parsial berpindah, atom berpindah ke posisi baru yang tidak lazim untuk kisi kristal tertentu. Akibatnya muncul cacat kemasan pada bahan. Munculnya sesar susun dikaitkan dengan pergerakan dislokasi parsial.

Dalam kasus ketika energi kesalahan susun tinggi, pemisahan dislokasi menjadi dislokasi parsial tidak menguntungkan secara energetik, dan dalam kasus ketika energi kesalahan susun kecil, dislokasi terpecah menjadi dislokasi parsial, dan kesalahan susun muncul di antara keduanya. Material dengan energi patahan susun rendah lebih kuat dibandingkan material dengan energi patahan susun tinggi.

Batas butir mewakili daerah transisi sempit antara dua kristal yang bentuknya tidak beraturan. Lebar batas butir biasanya 1,5-2 jarak antar atom. Karena atom-atom pada batas butir dipindahkan dari posisi kesetimbangannya, energi batas butir meningkat. Energi batas butir sangat bergantung pada sudut misorientasi kisi kristal butir di sekitarnya. Pada sudut misorientasi yang kecil (sampai 5 derajat), energi batas butir praktis sebanding dengan sudut misorientasi. Pada sudut misorientasi melebihi 5 derajat, kerapatan dislokasi pada batas butir menjadi sangat tinggi sehingga inti dislokasi menyatu.

Ketergantungan energi batas butir (Egr) pada sudut misorientasi (q). qsp 1 dan qsp 2 - sudut misorientasi batas khusus.

Pada sudut misorientasi tertentu dari butir-butir tetangga, energi batas butir menurun tajam. Batas butir seperti ini disebut istimewa. Oleh karena itu, sudut misorientasi batas yang energi batasnya minimal disebut sudut khusus. Penghalusan butiran menyebabkan peningkatan resistivitas listrik bahan logam dan penurunan resistivitas listrik dielektrik dan semikonduktor.

5 . Struktur kristal atom

Zat apa pun dapat berada dalam tiga keadaan agregasi - padat, cair, dan gas.

Zat padat, di bawah pengaruh gravitasi, mempertahankan bentuknya, sedangkan zat cair menyebar dan berbentuk bejana. Namun, definisi ini tidak cukup untuk mengkarakterisasi keadaan suatu zat.

Misalnya, kaca padat melunak saat dipanaskan dan berangsur-angsur berubah menjadi cair. Transisi sebaliknya juga akan terjadi dengan lancar - gelas cair mengental seiring dengan penurunan suhu dan, akhirnya, mengental menjadi keadaan "padat". Kaca tidak memiliki suhu transisi tertentu dari cair ke wujud “padat”, juga tidak memiliki suhu (titik) untuk perubahan sifat yang tajam. Oleh karena itu, wajar jika kaca “padat” dianggap sebagai cairan yang sangat kental.

Oleh karena itu, peralihan dari padat ke cair dan dari cair ke keadaan padat(serta dari gas ke cair) terjadi pada suhu tertentu dan disertai dengan perubahan sifat yang tajam.

Dalam gas tidak ada pola susunan partikel (atom, molekul); Partikel-partikel tersebut bergerak secara kacau, saling tolak menolak, dan gas cenderung menempati volume sebanyak mungkin.

Dalam zat padat, susunan atom-atomnya pasti, teratur, gaya tarik menarik dan tolak menolak seimbang, dan zat padat mempertahankan bentuknya.

Gambar 14. Daerah wujud padat, cair, dan gas bergantung pada suhu dan tekanan

Dalam cairan, partikel (atom, molekul) hanya menahan apa yang disebut tutup pesanan, itu. sejumlah kecil atom secara alami terletak di ruang angkasa, dan bukan atom seluruh volume, seperti pada benda padat. Tatanan jangka pendek tidak stabil: ia muncul dan menghilang di bawah pengaruh getaran termal yang energik. Jadi, wujud cair seolah-olah merupakan peralihan antara padat dan gas; dalam kondisi yang sesuai, transisi langsung dari padat ke gas dimungkinkan tanpa pencairan perantara - sublimasi(Gambar 14). Susunan partikel (atom, molekul) yang benar dan teratur dalam ruang menjadi ciri khasnya keadaan kristal.

Struktur kristal dapat direpresentasikan sebagai kisi spasial, di titik-titik tempat atom berada (Gambar 15).

Dalam logam, titik-titik kisi kristal tidak mengandung atom, tetapi nonon bermuatan positif, dan elektron bebas bergerak di antara mereka, tetapi biasanya dikatakan bahwa ada atom di titik-titik kisi kristal.

Gambar 15. Sel satuan kristal (kubik sederhana)

5. 2 Kisi kristal logam

Keadaan kristal terutama dicirikan oleh susunan atom tertentu yang teratur dalam ruang . Artinya dalam suatu kristal setiap atom mempunyai jumlah atom terdekat yang sama – tetangga yang terletak pada jarak yang sama darinya. Keinginan atom-atom logam (ion) untuk ditempatkan sedekat mungkin satu sama lain, sepadat mungkin, mengarah pada fakta bahwa jumlah kombinasi yang terjadi dari susunan relatif atom-atom logam dalam kristal kecil.

Ada sejumlah skema dan metode untuk menjelaskan varian susunan relatif atom dalam kristal. Susunan relatif atom pada salah satu bidang ditunjukkan pada diagram susunan atom (Gambar 15). Garis-garis imajiner yang ditarik melalui pusat-pusat atom membentuk kisi-kisi, di titik-titik simpulnya terdapat atom-atom (nonon bermuatan positif); inilah yang disebut bidang kristalografi. Pengulangan berulang dari bidang kristalografi yang terletak secara paralel mereproduksi kisi kristal spasial, simpul-simpulnya merupakan letak atom-atom (ion). Jarak antara pusat atom tetangga diukur angstrom(1 A 10 -8 cm) atau inci kiloixah - kХ x (1 kХ=1,00202 A). Susunan relatif atom dalam ruang dan besarnya jarak antar atom ditentukan dengan analisis difraksi sinar-X. Susunan atom dalam kristal sangat mudah digambarkan dalam bentuk diagram spasial, dalam bentuk yang disebut sel kristal satuan. Sel satuan kristal berarti kompleks atom terkecil, yang bila diulang berkali-kali di ruang angkasa, memungkinkan seseorang mereproduksi kisi kristal spasial. Jenis sel kristal yang paling sederhana adalah kisi kubik. Dalam kisi kubik sederhana, atom-atomnya tidak tersusun (dikemas) dengan cukup rapat. Keinginan atom logam untuk menempati tempat yang paling dekat satu sama lain mengarah pada pembentukan kisi-kisi jenis lain: berpusat pada badan kubik( gambar 16, A), kubik berpusat pada muka( gambar 16, B) Danheksagonal padat(Gambar 16 , e). Inilah sebabnya mengapa logam memiliki kepadatan lebih tinggi dibandingkan non-logam.

Lingkaran yang mewakili atom terletak di pusat kubus dan sepanjang simpulnya (kubus berpusat pada tubuh), atau di tengah-tengah permukaan dan di sepanjang simpul kubus (kubus berpusat pada permukaan), atau dalam bentuk segi enam , di mana segi enam juga dimasukkan setengahnya, tiga atom pada bidang atasnya berada di dalam prisma heksagonal (kisi heksagonal).

Metode pencitraan kisi kristal yang ditunjukkan pada Gambar 16 bersifat konvensional (seperti metode lainnya). Mungkin lebih tepat untuk menggambarkan atom dalam kisi kristal dalam bentuk bola yang bersentuhan (diagram kiri pada Gambar 16). Namun, gambaran kisi kristal seperti itu tidak selalu lebih nyaman daripada gambar yang diterima (diagram kanan pada Gambar 16).

a - berpusat pada badan kubik;

b - kubik berpusat pada muka;

b-heksagonal padat

Gambar 16. Sel satuan kristal

6 . Kristalisasi logam

6 .1 Tiga wujud materi

Zat apa pun, seperti diketahui, dapat ditemukan dalam tiga bagian keadaan agregasi: berbentuk gas, cair dan padat. Pada logam murni, pada temperatur tertentu terjadi perubahan wujud agregasi: wujud padat digantikan oleh wujud cair pada titik leleh, wujud cair berubah menjadi wujud gas pada titik didih. Suhu transisi bergantung pada tekanan (Gambar 17), tetapi pada tekanan konstan suhu tersebut cukup pasti.

Titik lebur merupakan konstanta penting dalam sifat logam. Ini bervariasi untuk berbagai logam dalam rentang yang sangat luas - dari minus 38,9 ° C, untuk merkuri - logam yang paling mudah melebur, yang berada dalam keadaan cair pada suhu kamar, hingga 3410 ° C untuk logam yang paling tahan api - tungsten.

Rendahnya kekuatan (kekerasan) pada suhu kamar dari logam dengan titik leleh rendah (timah, timbal, dll.) terutama disebabkan oleh fakta bahwa suhu ruangan untuk logam-logam ini kurang jauh dari titik leleh dibandingkan dengan logam tahan api.

Selama transisi dari cair ke padat, kisi kristal terbentuk dan kristal muncul. Proses ini disebut kristalisasi.

Keadaan energi suatu sistem yang memiliki sejumlah besar partikel (atom, molekul) yang tercakup dalam gerakan termal, dicirikan oleh fungsi termodinamika khusus F, yang disebut energi bebas (energi bebas F= (kamu - TS), di mana kamu - energi internal sistem; T- suhu absolut; S-entropi).

Gambar 17. Perubahan energi bebas wujud cair dan kristal tergantung pada suhu

Pada suhu sama dengan T S, energi bebas wujud cair dan padat adalah sama, logam di kedua wujud berada dalam kesetimbangan. Suhu ini T S dan ada keseimbangan atau suhu kristalisasi teoritis.

Namun, kapan T S Proses kristalisasi (peleburan) tidak dapat terjadi, karena pada suhu tersebut

Agar kristalisasi dapat dimulai, prosesnya harus menguntungkan sistem secara termodinamika dan disertai dengan penurunan energi bebas sistem. Dari kurva yang ditunjukkan pada Gambar 17, jelas bahwa hal ini hanya mungkin terjadi jika cairan didinginkan di bawah titik tersebut T S. Suhu di mana kristalisasi secara praktis dimulai dapat disebut suhu kristalisasi sebenarnya.

Mendinginkan cairan di bawah suhu kristalisasi kesetimbangannya disebut hipotermia. Alasan-alasan ini juga menentukan bahwa transformasi terbalik dari wujud kristal ke wujud cair hanya dapat terjadi di atas suhu T S fenomena ini disebut terlalu panas.

Besaran atau derajat pendinginan super adalah perbedaan antara suhu kristalisasi teoretis dan aktual.

Jika, misalnya, suhu kristalisasi teoritis antimon adalah 631°C, dan sebelum dimulainya proses kristalisasi, antimon cair didinginkan hingga 590°C dan mengkristal pada suhu ini, maka derajat pendinginan berlebih P ditentukan oleh selisih 631-590=41°C. Proses peralihan suatu logam dari wujud cair ke wujud kristal dapat digambarkan dengan kurva koordinat waktu - suhu (Gambar 18).

Pendinginan suatu logam dalam wujud cair disertai dengan penurunan suhu secara bertahap dan dapat disebut pendinginan sederhana, karena tidak ada perubahan wujud secara kualitatif.

Ketika suhu kristalisasi tercapai, area horizontal muncul pada kurva suhu-waktu, karena pembuangan panas dikompensasi oleh panas yang dilepaskan selama kristalisasi. panas laten kristalisasi. Setelah menyelesaikan kristalisasi, mis. setelah transisi sempurna ke wujud padat, suhu mulai menurun lagi dan padatan kristal menjadi dingin. Secara teoritis, proses kristalisasi digambarkan oleh kurva 1 . Kurva 2 menunjukkan proses kristalisasi sebenarnya. Cairan terus didinginkan hingga suhu supercooling T p , di bawah suhu kristalisasi teoritis T S. Saat pendinginan di bawah suhu T S kondisi energi tercipta yang diperlukan agar proses kristalisasi dapat terjadi.

Gambar 18. Kurva pendinginan selama kristalisasi

6 .2 Mekanismeproses kristalisasi

Kembali pada tahun 1878 D.K. Chernov, yang mempelajari struktur baja tuang, menunjukkan bahwa proses kristalisasi terdiri dari dua proses dasar. Proses pertama terdiri dari pembentukan partikel kristal terkecil, yang disebut Chernov sebagai “dasar”, dan sekarang disebut embrio atau pusat kristalisasi. Proses kedua adalah pertumbuhan kristal dari pusat-pusat tersebut.

Ukuran minimal suatu embrio yang mampu tumbuh disebut ukuran embrio kritis, dan embrio seperti itu disebut berkelanjutan.

Bentuk formasi kristal

Kepentingan sebenarnya dari kristalisasi diperumit oleh aksi berbagai faktor yang mempengaruhi proses sedemikian rupa sehingga peran derajat hipotermia secara kuantitatif dapat menjadi sekunder.

Selama kristalisasi dari keadaan cair, faktor-faktor seperti laju dan arah pembuangan panas, keberadaan partikel yang tidak larut, adanya arus konveksi cairan, dll., menjadi sangat penting untuk kecepatan proses dan bentuknya. dari kristal yang dihasilkan.

Kristal tumbuh lebih cepat ke arah pembuangan panas dibandingkan ke arah lainnya.

Jika tuberkel muncul di permukaan samping kristal yang sedang tumbuh, maka kristal tersebut memperoleh kemampuan untuk tumbuh ke arah lateral. Akibatnya, terbentuklah kristal mirip pohon, yang disebut dendrit, struktur skemanya, pertama kali digambarkan oleh D.K. Chernov, ditunjukkan pada Gambar 19.

Gambar 19. Diagram dendrit

Struktur batangan

Struktur ingot cor terdiri dari tiga zona utama (Gambar 20). Zona pertama adalah zona eksternal kerak berbutir halus 1, terdiri dari kristal kecil yang mengalami disorientasi - dendrit. Pada kontak pertama dengan dinding cetakan, gradien suhu yang tajam dan fenomena supercooling muncul pada lapisan tipis logam cair yang berdekatan, yang mengarah pada pembentukan sejumlah besar pusat kristalisasi. Akibatnya, kerak memperoleh struktur berbutir halus.

Zona kedua dari ingot - zona kristal kolumnar 2. Setelah pembentukan kerak itu sendiri, kondisi pembuangan panas berubah (karena ketahanan termal, karena peningkatan suhu dinding cetakan dan alasan lainnya), gradien suhu pada lapisan logam cair yang berdekatan menurun tajam dan, akibatnya , derajat pendinginan berlebih pada baja berkurang. Akibatnya, kristal kolumnar yang biasanya berorientasi pada permukaan kerak (yaitu ke arah pembuangan panas) mulai tumbuh dari sejumlah kecil pusat kristalisasi.

Zona ketiga dari ingot - zona kristal equiaxed3 . Di bagian tengah ingot tidak ada lagi arah perpindahan panas tertentu. “Suhu logam yang mengeras hampir sepenuhnya seimbang di berbagai titik dan cairan berubah menjadi keadaan lembek, karena pembentukan inti kristal di berbagai titik. Selanjutnya, dasar-dasarnya tumbuh dengan sumbu - cabang ke arah yang berbeda, bertemu satu sama lain” (Chernov D.K.). Sebagai hasil dari proses ini, terbentuklah struktur ekuivalen. Inti kristal di sini biasanya merupakan berbagai inklusi kecil yang terdapat dalam baja cair, baik secara tidak sengaja jatuh ke dalamnya, atau tidak terlarut dalam logam cair (komponen tahan api).

Yang sangat penting adalah distribusi relatif zona kristal berbentuk kolom dan ekuaks dalam volume ingot.

Di zona kristal kolumnar, logam lebih padat dan mengandung lebih sedikit cangkang dan gelembung gas. Namun, sambungan kristal kolumnar memiliki kekuatan yang rendah. Kristalisasi yang mengarah ke persimpangan zona kristal kolumnar disebut transkristalisasi.

Logam cair mempunyai volume yang lebih besar dibandingkan logam yang dikristalisasi, sehingga logam yang dituangkan ke dalam cetakan selama kristalisasi berkurang volumenya, yang menyebabkan terbentuknya rongga-rongga yang disebut rongga penyusutan; rongga penyusutan dapat terkonsentrasi di satu tempat atau tersebar di seluruh volume ingot atau sebagiannya. Mereka dapat diisi dengan gas yang larut dalam logam cair tetapi dilepaskan selama kristalisasi. Dalam apa yang disebut terdeoksidasi dengan baik baja yang tenang, dilemparkan ke dalam cetakan dengan ekstensi terisolasi, rongga susut terbentuk di bagian atas ingot, dan volume seluruh ingot mengandung sejumlah kecil gelembung gas dan rongga (Gambar 21, A). Deoksidasi yang tidak mencukupi, yang disebut baja mendidih, mengandung cangkang dan gelembung di seluruh volume (Gambar 21, B).

Gambar 20. Diagram struktur batangan baja

Gambar 21. Distribusi rongga susut dan rongga pada baja tenang (a) dan baja mendidih (b).

7 . Deformasi logam

7.1 Deformasi elastis dan plastis

Penerapan tegangan pada suatu material menyebabkan deformasi. Deformasi mungkin elastis, menghilang setelah beban dilepas, dan plastik, tersisa setelah beban dilepas.

Deformasi elastis dan plastis mempunyai perbedaan fisis yang sangat besar.

Selama deformasi elastis di bawah pengaruh gaya eksternal, jarak antar atom dalam kisi kristal berubah. Menghilangkan beban menghilangkan penyebab yang menyebabkan perubahan jarak antar atom, atom kembali ke tempat asalnya dan deformasi hilang.

Deformasi plastis adalah proses yang sangat berbeda dan jauh lebih kompleks. Selama deformasi plastis, satu bagian kristal bergerak (bergeser) relatif terhadap bagian lainnya. Jika beban dihilangkan, bagian kristal yang dipindahkan tidak akan kembali ke lokasi semula; deformasi akan tetap ada. Pergeseran ini dideteksi dengan pemeriksaan mikrostruktur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.

...

Dokumen serupa

Morfologi mineral sebagai benda kristal dan amorf, skala Mohs. Sifat mineral yang digunakan dalam diagnostik makroskopis. Pelapukan batuan. Sumber energi, faktor, jenis pelapukan, hasil geologi: pelapukan kerak bumi.

tes, ditambahkan 29/01/2011


Sifat optik dan kelistrikan mineral, arah pemanfaatan mineral dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Ciri-ciri mineral golongan “fosfat”. Batuan sedimen klastik, endapan grafit, ciri-ciri jenis endapan genetik.

tes, ditambahkan 20/12/2010


Kajian tentang asal usul mineral sebagai proses asal mula suatu formasi geologi. Jenis utama genesis: endogen, eksogen dan metamorf. Metode menumbuhkan kristal: dari uap, larutan hidrotermal, fase cair dan padat.

abstrak, ditambahkan 23/12/2010


Deformasi benda sebagai perubahan bentuk dan volume suatu benda di bawah pengaruh gaya luar, ragamnya: elastis, plastis, sisa, rapuh. Struktur lipatan, komponen dan penelitiannya, klasifikasi morfologi, kondisi geologi pendidikan.

presentasi, ditambahkan 23/02/2015


Prinsip klasifikasi kristal. Sifat fisik, asal usul dan penerapan mineral kelas tungsten. Ciri-ciri benda amorf. Sifat-sifat zat kristal. Mineral metalurgi besi asal sedimen, mekanisme pembentukannya.

tes, ditambahkan 04/03/2012


Morfologi mineral, sifat-sifatnya, ketergantungan komposisi dan struktur. Perkembangan mineralogi, keterkaitan dengan ilmu geosains lainnya. Bentuk mineral di alam. Habitus mineral alami dan buatan, kepadatan dan kerapuhan spesifiknya. Skala kekerasan Mohs.

presentasi, ditambahkan 25/01/2015


Konsep dan tempat mineral di alam, struktur dan signifikansinya dalam tubuh manusia, penentuan dosis yang diperlukan untuk kesehatan. Sejarah penelitian mineral dari zaman dahulu hingga zaman modern. Klasifikasi mineral, sifat fisik dan kimianya.

abstrak, ditambahkan 22/04/2010


Sifat fisik mineral dan kegunaannya sebagai fitur diagnostik. Konsep batuan dan prinsip dasar klasifikasinya. Perlindungan alam selama pengembangan deposit mineral. Menyusun bagian geologi.

tes, ditambahkan 16/12/2015


Pembentukan oksida berhubungan dengan berbagai proses geologi: endogen, eksogen dan metamorf. Sifat fisik arsenolit - mineral langka, oksida arsenik. Rumus kimia, morfologi, varietas dan pembentukan kuarsa.

presentasi, ditambahkan 02/05/2016


Pengertian dan Pengertian Genesis, Paragenesis, Typomorphism dan Sifat Genetik Mineral Lainnya. Arti mineralogi genetik. Perubahan mineral selama berbagai proses geologi dan fisika-kimia dan di berbagai wilayah kerak bumi.

Bahan
teknologi elektronik
Kuliah 2
Ph.D., Profesor Madya Maronchuk I.I.

Dasar-dasar Kristalografi

PERKENALAN
Sebagian besar bahan struktural modern, termasuk
dan komposit - ini adalah zat kristal. Kristal
adalah kumpulan atom-atom yang tersusun teratur,
membentuk struktur teratur yang muncul secara spontan dari
lingkungan yang tidak teratur di sekelilingnya.
Alasan yang menyebabkan susunan atom simetris adalah
keinginan kristal untuk meminimalkan energi bebas.
Kristalisasi (munculnya keteraturan dari kekacauan, yaitu dari solusi,
pair) terjadi dengan keniscayaan yang sama seperti, misalnya, proses
tubuh yang jatuh Pada gilirannya, energi bebas minimum tercapai
dengan fraksi atom permukaan terkecil dalam struktur, oleh karena itu
manifestasi eksternal dari struktur atom internal yang benar
badan kristal adalah pemotongan kristal.
Pada tahun 1669, ilmuwan Denmark N. Stenon menemukan hukum keteguhan sudut:
sudut antara permukaan kristal yang bersesuaian adalah konstan dan
karakteristik zat ini. Setiap benda padat terdiri dari
partikel yang berinteraksi. Partikel-partikel ini, tergantung pada
sifat materi, mungkin ada atom individu, kelompok atom,
molekul, ion, dll. Oleh karena itu, hubungan antara keduanya adalah:
atom (kovalen), molekuler (ikatan Van – der Waals), ionik
(kutub) dan logam.

Dalam kristalografi modern ada empat
arah yang sampai batas tertentu terkait dengan
untuk yang lainnya:
- kristalografi geometris, yang mempelajari berbagai macam
bentuk kristal dan hukum simetrinya;
- kristalografi struktural dan kimia kristal,
yang mempelajari penataan ruang atom di
kristal dan ketergantungannya pada komposisi kimia dan
kondisi pembentukan kristal;
- fisika kristal, mempelajari pengaruh internal
struktur kristal dan sifat fisiknya;
- kristalografi fisik dan kimia, yang mempelajari
masalah pembentukan kristal buatan.

ANALISIS GRID RUANG RUANG
Konsep kisi spasial dan dasar
sel
Saat mempelajari masalah struktur kristal suatu benda
Pertama-tama, Anda perlu memiliki pemahaman yang jelas
istilah: “kisi spasial” dan “dasar
sel". Konsep-konsep ini digunakan tidak hanya di
kristalografi, tetapi juga dalam sejumlah ilmu terkait untuk
deskripsi tentang bagaimana mereka berada di ruang angkasa
partikel material dalam benda kristal.
Seperti diketahui, dalam benda kristal, tidak seperti
amorf, partikel material (atom, molekul,
ion) disusun dalam urutan tertentu, pada
jarak tertentu satu sama lain.

Grid spasial adalah diagram yang menunjukkan
susunan partikel material dalam ruang.
Kisi spasial (Gbr.) sebenarnya terdiri dari
set
identik
paralelepiped,
yang
sepenuhnya, tanpa celah, mengisi ruang.
Partikel material biasanya terletak pada titik simpul
kisi - titik perpotongan tepinya.
Kisi spasial

Sel satuannya adalah
paling sedikit
paralelepiped, dengan
dengan yang Anda bisa
membangun keseluruhan
kisi spasial
melalui terus menerus
transfer paralel
(siaran) dalam tiga
arah ruang.
Jenis sel satuan
ditunjukkan pada Gambar.
Tiga vektor a, b, c yang merupakan rusuk sel satuan,
disebut vektor translasi. Nilai absolutnya (a,
b, c) adalah periode kisi, atau satuan aksial. Disuntikkan ke dalam
pertimbangan dan sudut antara vektor translasi - α (antara
vektor b, c), β (antara a, c) dan γ (antara a, b). Jadi
Jadi, sel satuan ditentukan oleh enam besaran: tiga
nilai periode (a, b, c) dan tiga nilai sudut di antara keduanya
(α, β, γ).

Aturan untuk memilih sel satuan
Saat mempelajari gagasan tentang sel satuan, seseorang harus
perhatikan fakta bahwa besarnya dan arah
terjemahan dalam kisi spasial dapat dipilih secara berbeda, demikian pula bentuk dan dimensi sel satuan
akan berbeda.
Pada Gambar. kasus dua dimensi dipertimbangkan. Tampil datar
jaring kisi dan cara yang berbeda memilih datar
sel satuan.
Metode seleksi
sel satuan

Di pertengahan abad ke-19. Ahli kristalografi Perancis O. Bravais
mengusulkan kondisi berikut untuk memilih sekolah dasar
sel:
1) simetri sel satuan harus sesuai
simetri kisi spasial;
2) banyaknya sisi yang sama panjang dan sudut yang sama besar antar sisinya
harus maksimal;
3) jika ada sudut siku-siku di antara sisi-sisinya, nomornya
harus maksimal;
4) tunduk pada tiga kondisi ini, volume
sel satuan harus minimal.
Berdasarkan aturan tersebut, Bravais membuktikan adanya
hanya 14 jenis sel satuan yang diterima
nama terjemahannya, karena dibuat oleh
terjemahan - transfer. Kisi-kisi ini berbeda satu sama lain
satu sama lain dalam besaran dan arah siaran, dan dari sini
perbedaannya terletak pada bentuk sel satuan dan jumlahnya
node dengan partikel material.

Sel satuan primitif dan kompleks
Menurut jumlah node dengan partikel material, dasar
sel dibagi menjadi primitif dan kompleks. DI DALAM
di sel Bravais primitif, partikel material berada
hanya di simpul, di simpul kompleks - di simpul dan tambahan
di dalam atau di permukaan sel.
Sel kompleks termasuk I yang berpusat pada tubuh,
F berpusat pada muka dan C berpusat pada alas. Pada Gambar.
Sel satuan Bravais ditampilkan.
Sel satuan Bravais: a – primitif, b –
berpusat pada alas, c – berpusat pada badan, d –
berpusat pada wajah

Sel yang berpusat pada tubuh memiliki simpul tambahan di dalamnya
pusat sel, oleh karena itu hanya milik sel ini
ada dua node di sini (1/8x8+1 = 2).
Dalam sel yang berpusat pada wajah, terdapat simpul dengan partikel material
terletak, selain simpul sel, di tengah-tengah keenam permukaan.
Node tersebut secara bersamaan dimiliki oleh dua sel: ini dan
lain yang berdekatan dengannya. Untuk bagian sel tertentu, masing-masingnya
node milik 1/2 bagian. Oleh karena itu, secara terpusat pada wajah
akan ada empat node di sel (1/8x8+1/2x6 = 4).
Demikian pula, ada 2 node dalam sel yang berpusat pada basis
(1/8x8+1/2x2 = 2) dengan partikel material. Informasi dasar
tentang sel Bravais dasar diberikan di bawah dalam tabel. 1.1.
Sel Bravais primitif hanya berisi terjemahan a,b,c
sepanjang sumbu koordinat. Dalam sel yang berpusat pada tubuh
terjemahan lain ditambahkan sepanjang diagonal spasial -
ke node yang terletak di tengah sel. Secara berpusat pada wajah
selain terjemahan aksial a,b,c ada tambahan
terjemahan sepanjang diagonal wajah, dan di tengah-tengah -
sepanjang diagonal muka tegak lurus sumbu Z.

Tabel 1.1
Memahami Sel Bravais Primitif dan Kompleks
Dasar
Tipe gril bravais
Nomor Dasar
node siaran
R primitif
1
a,b,c
Badan terpusat 2
ya aku
a,b,c,(a+b+c)/2
[]
Berpusat pada wajah
F
a,b,c,(a+b)/2,(a+c)/2,
(b+c)/2
[]
a,b,c,(a+b)/2
[]
4
C 2 berpusat pada pangkalan
Basis dipahami sebagai sekumpulan koordinat
jumlah minimum node, dinyatakan dalam aksial
unit, dengan menyiarkannya Anda dapat menerima keseluruhannya
kisi spasial. Dasarnya ditulis ganda
tanda kurung siku. Koordinat dasar untuk berbagai macam
jenis sel Bravais diberikan pada Tabel 1.1.

Sel satuan bravais
Tergantung pada bentuknya, semua sel Bravais tersebar di antara keduanya
tujuh sistem kristal (sistem). Kata
“Singoniya” berarti sudut yang serupa (dari bahasa Yunani σύν - “menurut
bersama-sama, bersebelahan”, dan γωνία - “sudut”). Setiap sistem bersesuaian
elemen simetri tertentu. Di meja rasio ditunjukkan
antara periode kisi a, b, c dan sudut aksial α, β, γ untuk
setiap sistem
Sinkronisasi
Triklinik
Monoklinik
Berbentuk belah ketupat
Tetragonal
heksagonal
Hubungan antara
periode kisi dan sudut
a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ ≠ 90º
a ≠ b ≠ c, α = γ =90º ≠ β
a ≠ b ≠ c, α = β = γ =90º
a = b ≠ c, α = β = γ =90º
a = b ≠ c, α = β =90º, γ =120º
belah ketupat
Kubik
a = b = c,
a = b = c,
α = β =γ ≠ 90º
α = β = γ = 90º

Pada Gambar. semuanya terwakili
empat belas jenis
sel satuan bravais,
didistribusikan antar sistem.
Sel Bravais heksagonal
mewakili
berpusat pada basis
prisma heksagonal. Namun
dia sangat sering digambarkan
jika tidak - dalam bentuk tetrahedral
prisma dengan belah ketupat di alasnya,
yang mewakili salah satu
tiga prisma yang menyusunnya
heksagonal (pada gambar itu
diwakili oleh padat
garis). Gambar seperti itu
lebih sederhana dan nyaman, meskipun dikaitkan dengan
pelanggaran prinsip
kepatuhan simetri
(prinsip pilihan pertama
sel satuan menurut Bravais).

Untuk sistem rhombohedral
sel satuan,
kondisi yang memuaskan
Berani, primitif
belah ketupat R, yang mana a=b=c dan
α=β=γ≠ 90º. Bersama dengan sel R
untuk menggambarkan belah ketupat
struktur digunakan dan
sel heksagonal,
sejak belah ketupat
sebuah sel selalu dapat direduksi menjadi
heksagonal (Gbr.) dan
bayangkan itu sebagai tiga
heksagonal primitif
sel. Dalam hal ini, di
belah ketupat sastra
syngony terkadang tidak terpisah
Tiga primitif
memandangnya, membayangkannya
sel heksagonal,
sebagai variasi
setara dengan belah ketupat
heksagonal.

Sistem yang diterima dengan hubungan yang identik antar
unit aksial digabungkan menjadi satu kategori. Itu sebabnya
sistem triklinik, monoklinik, dan ortorombik
digabungkan menjadi kategori terendah (a≠b≠c), tetragonal,
heksagonal (dan turunan belah ketupat) – in
rata-rata (a=b≠c), mengacu pada kategori tertinggi (a=b=c).
sistem kubik.
Konsep bilangan koordinasi
Dalam sel yang kompleks, partikel material dikemas lebih banyak
lebih padat daripada yang primitif, mereka mengisi volumenya lebih lengkap
sel menjadi lebih terhubung satu sama lain. Untuk karakteristik
Ini memperkenalkan konsep bilangan koordinasi.
Bilangan koordinasi suatu atom adalah bilangan
atom tetangga terdekat. Jika kita berbicara tentang
bilangan koordinasi ion, maka bilangan yang dimaksud
ion-ion terdekat yang bertanda berlawanan. Lebih
bilangan koordinasi, semakin besar jumlah atom atau
ion terikat tertentu, semakin banyak ruang yang ditempati oleh partikel, maka
gril yang lebih kompak.

Kisi spasial logam
Pola spasial yang paling umum di antara logam
kisi relatif sederhana. Kebanyakan mereka cocok
dengan kisi terjemahan Bravais: kubik
berpusat pada tubuh dan berpusat pada wajah. Di titik-titik ini
atom logam terletak di kisi. Di jaringan
kubus berpusat pada tubuh (kisi bcc) setiap atom
dikelilingi oleh delapan tetangga terdekat, dan titik fokus
Nomor CN = 8. Logam mempunyai kisi bcc: -Fe, Li, Na, K, V,
Cr, Ta, W, Mo, Nb, dll.
Pada kisi kubus berpusat muka (kisi fcc) CN = 12:
setiap atom yang terletak di bagian atas sel memiliki
dua belas tetangga terdekat, yaitu atom,
terletak di tengah-tengah wajah. Logam berikut memiliki kisi fcc:
Al, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Pt, Pb, dll.
Selain keduanya, di antara logam (Be, Mg, Sc, -Ti, -Co,
Zn, Y, Zr, Re, Os, Tl, Cd, dll) berbentuk heksagonal
kompak. Kisi ini bukan kisi terjemahan
Berani, karena tidak bisa digambarkan dengan siaran sederhana.

Pada Gambar. sel satuan heksagonal
kisi-kisi kompak. Sel satuan heksagonal
kisi kompak adalah heksagonal
prisma, tetapi paling sering digambarkan dalam bentuk
prisma tetrahedral yang alasnya berbentuk belah ketupat
(a=b) dengan sudut γ = 120°. Atom (Gbr.b) terletak di simpul
dan di tengah salah satu dari dua prisma segitiga yang terbentuk
sel dasar. Sel berisi dua atom: 1/8x8 + 1
=2, basisnya [].
Rasio tinggi sel satuan c dengan jarak a, mis.
c/a sama dengan 1,633; periode c dan a untuk zat yang berbeda
berbeda.
heksagonal
kisi-kisi kompak:
a – heksagonal
prisma, b –
tetrahedral
prisma.

INDEKS KRISTALLOGRAFIS
Indeks bidang kristalografi
Dalam kristalografi sering kali perlu untuk mendeskripsikan timbal balik
susunan masing-masing bidang kristal, itu
arah yang nyaman untuk digunakan
indeks kristalografi. Kristalografi
indeks memberikan gambaran tentang lokasi pesawat
atau arah relatif terhadap sistem koordinat. Pada
tidak masalah apakah itu persegi panjang atau miring
sistem koordinat, skalanya sama atau berbeda
segmen sepanjang sumbu koordinat. Mari kita bayangkan sebuah seri
bidang sejajar yang melalui bidang yang sama
node kisi spasial. Pesawat-pesawat ini
terletak pada jarak yang sama satu sama lain dan
membentuk keluarga bidang paralel. Mereka
berorientasi identik dalam ruang dan karena itu
dicirikan oleh indeks yang sama.

Mari kita pilih pesawat dari keluarga ini dan
mari kita perkenalkan segmen pertimbangan yang berbentuk bidang
memotong sepanjang sumbu koordinat (sumbu koordinat x,
y, z biasanya digabungkan dengan tepi dasar
sel, skala pada setiap sumbu sama dengan
unit aksial yang sesuai - periode a, atau b,
atau c). Nilai segmen dinyatakan dalam aksial
unit.
Indeks bidang kristalografi (indeks
Miller) adalah tiga bilangan bulat terkecil,
yang berbanding terbalik dengan jumlah aksial
unit terputus oleh pesawat pada koordinat
sumbu.
Indeks bidang dilambangkan dengan huruf h, k, l,
ditulis berjajar dan diapit bulat-bulat
tanda kurung- (hkl).

Indeks (hkl) mencirikan semua bidang keluarga
bidang paralel. Simbol ini berarti itu
keluarga bidang sejajar memotong sumbu
satuan sepanjang sumbu x untuk h bagian, sepanjang sumbu y untuk k
bagian dan sepanjang sumbu z menjadi l bagian.
Dalam hal ini, bidang yang paling dekat dengan titik asal koordinat,
memotong ruas 1/jam pada sumbu koordinat (sepanjang sumbu x),
1/k (sepanjang sumbu y), 1/l (sepanjang sumbu z).
Urutan pencarian indeks kristalografi
pesawat.
1. Temukan segmen yang terpotong oleh pesawat di
sumbu koordinat, mengukurnya dalam satuan aksial.
2. Kita ambil nilai kebalikan dari besaran-besaran tersebut.
3. Kita berikan perbandingan angka-angka yang diperoleh dengan perbandingan tersebut
tiga bilangan bulat terkecil.
4. Kami menyertakan tiga angka yang dihasilkan dalam tanda kurung.

Contoh. Temukan indeks bidang yang memotong di
koordinat sumbu segmen berikut: 1/2; 1/4; 1/4.
Karena panjang segmen dinyatakan dalam satuan aksial, maka
kita punya 1/jam=1/2; 1/k=1/4; 1/aku=1/4.
Temukan nilai inversnya dan ambil rasionya
jam: k: aku = 2: 4: 4.
Dikurangi dua, kami menyajikan rasio nilai yang diperoleh
dengan perbandingan tiga bilangan bulat terkecil: h: k: l = 1: 2:
2. Kami menulis indeks bidang dalam tanda kurung
berturut-turut, tanpa koma - (122). Mereka dibaca secara terpisah -
"satu, dua, dua."
Jika bidang tersebut memotong sumbu kristalografi di
arah negatif, di atas arah yang sesuai
Tanda minus ditempatkan di bagian atas indeks. Jika pesawat
sejajar dengan sumbu koordinat apa pun, lalu di simbol
bidang, indeks yang berhubungan dengan sumbu ini adalah nol.
Misalnya lambang (hko) artinya pesawat
memotong sumbu z di tak terhingga dan indeks bidang
sepanjang sumbu ini akan ada 1/∞ = 0.

Pesawat memotong jumlah yang sama pada setiap sumbu
unit aksial ditetapkan sebagai (111). Dalam kubik
sistem mereka disebut bidang segi delapan, karena sistemnya
bidang-bidang ini berjarak sama dari titik asal,
membentuk segi delapan - segi delapan Gambar.
Segi delapan

Pesawat memotong jumlah sumbu yang sama sepanjang dua sumbu
satuan dan sejajar dengan sumbu ketiga (misalnya sumbu z)
ditunjuk (110). Dalam sistem kubik serupa
bidang disebut bidang dodecahedron belah ketupat,
Jadi
Bagaimana
sistem
pesawat
jenis
(110)
formulir
dodecahedron (dodeca – dua belas), masing-masing sisi
diantaranya adalah belah ketupat. Gambar.
Berbentuk belah ketupat
pigura berduabelas segi

Bidang-bidang yang berpotongan pada satu sumbu dan sejajar dengan dua sumbu
lainnya (misalnya, sumbu y dan z) ditetapkan - (100) dan
dalam sistem kubik disebut bidang-bidang kubus, yaitu
sistem bidang-bidang yang sejenis membentuk kubus.
Saat memecahkan berbagai masalah yang berkaitan dengan konstruksi
sel satuan bidang, sistem koordinat
disarankan untuk memilih sehingga pesawat yang diinginkan
terletak pada sel satuan tertentu. Misalnya,
saat membuat bidang (211) dalam sel kubik, permulaan
koordinat mudah ditransfer dari node O ke node O'.
Pesawat kubus (211)

Terkadang indeks bidang ditulis dalam kurung kurawal
(hkl). Entri ini berarti lambang kumpulan yang identik
pesawat. Pesawat-pesawat tersebut melewati titik-titik yang identik
dalam kisi spasial, terletak secara simetris di
ruang angkasa
Dan
dikarakterisasi
sama
jarak antarplanar.
Bidang-bidang segi delapan dalam sistem kubik termasuk dalam
satu set (111), mereka mewakili wajah segi delapan dan
memiliki indeks berikut: (111) →(111), (111), (111), (111),
(111), (111), (111), (111).
Simbol semua bidang himpunan ditemukan oleh
penataan ulang dan perubahan tanda-tanda individu
indeks.
Untuk bidang dodecahedron belah ketupat, notasinya
agregat: (110) → (110), (110), (110),
(110), (101), (101), (101), (101), (011), (011), (011), (011).

INDEKS KRISTALLOGRAFIS NODE
Indeks kristalografi suatu simpul adalah miliknya
koordinat diambil dalam pecahan satuan aksial dan dituliskan
tanda kurung siku ganda. Dalam hal ini, koordinatnya
bersesuaian dengan sumbu x, umumnya dilambangkan dengan huruf
u, untuk sumbu y – v, untuk sumbu z – w. Simbol simpulnya terlihat seperti ini
[]. Simbol beberapa node dalam sel satuan
ditunjukkan pada Gambar.
Beberapa node masuk
sel satuan
(Terkadang sebuah simpul dilambangkan
Bagaimana [])

Indeks arah kristalografi
Dalam kristal yang semua arahnya sejajar
identik satu sama lain, arah yang dilaluinya
asal mula koordinat menjadi ciri seluruh keluarga ini
arah paralel.
Posisi
V
ruang angkasa
arah,
melewati titik asal ditentukan
koordinat setiap node yang terletak di atasnya
arah.
Koordinat
setiap
simpul,
dimiliki
arah, dinyatakan dalam pecahan satuan aksial dan
direduksi menjadi perbandingan tiga bilangan bulat terkecil
angka,
Dan
Ada
kristalografi
indeks
petunjuk arah. Mereka dilambangkan dengan bilangan bulat u, v, w
dan ditulis bersama dalam tanda kurung siku.

Urutan pencarian indeks arah
1. Dari kelompok arah paralel, pilih
salah satu yang melewati titik asal, atau
gerakkan arah ini sejajar dengan dirinya sendiri
ke titik asal koordinat, atau memindahkan titik asal
koordinat ke suatu titik yang terletak pada arah tertentu.
2. Temukan koordinat setiap simpul yang dimilikinya
arah tertentu, dinyatakan dalam satuan aksial.
3. Ambil relasi koordinat titik dan bawa ke
perbandingan tiga bilangan bulat terkecil.
4. Kuadratkan ketiga angka yang dihasilkan
tanda kurung.
Arah paling penting dalam kisi kubik dan mereka
indeks disajikan pada Gambar.

Beberapa arah dalam kisi kubik

KONSEP KRISTAL DAN POLAR
KOMPLEKS
Metode proyeksi kristalografi didasarkan pada
salah satu ciri khas kristal adalah hukumnya
keteguhan sudut: sudut antara permukaan tertentu dan
tepi kristal selalu konstan.
Jadi, ketika kristal tumbuh, ukuran permukaannya berubah
bentuknya, tetapi sudutnya tetap sama. Oleh karena itu di
kristal, Anda dapat memindahkan semua tepi dan permukaan secara paralel
untuk diri kita sendiri pada satu titik di ruang angkasa; sudut
hubungannya tetap sama.
Seperti
keseluruhan
pesawat
Dan
arah,
sejajar dengan bidang dan arah dalam kristal dan
melewati satu titik disebut
kompleks kristal, dan titik itu sendiri disebut
tengah
kompleks.
Pada
bangunan
proyeksi kristalografi kristal selalu diganti
kompleks kristal.

Lebih sering, bukan kompleks kristal yang dipertimbangkan, tapi
kutub (terbalik).
Kompleks polar, diperoleh dari kristal
(langsung) dengan mengganti bidang dengan normal, dan
arah - bidang yang tegak lurus terhadapnya.
A
B
Kubus (a), kristalnya (b) dan
kompleks kutub (c)
V

SIMETRI POLIHEDRON KRISTAL
(SIMETRI KONTINUUM)
KONSEP SIMmetri
Kristal ada di alam dalam bentuk kristal
polihedra. Kristal dari berbagai zat berbeda satu sama lain
satu sama lain dalam bentuknya. Garam batu berbentuk kubus;
kristal batu - prisma heksagonal, menunjuk ke
berakhir; berlian - paling sering segi delapan biasa
(oktahedra); kristal garnet adalah dodecahedron (Gbr.).
Kristal semacam itu memiliki simetri.

Ciri
fitur
kristal
adalah
anisotropi sifat-sifatnya: ke arah yang berbeda
berbeda, tetapi identik dalam arah paralel, dan
juga sama dalam arah simetris.
Kristal tidak selalu memiliki bentuk yang tepat
polihedra.
Dalam kondisi pertumbuhan riil, dengan
kesulitan dalam pertumbuhan bebas, tepi simetris bisa
berkembang tidak merata dan memperbaiki bentuk luar
mungkin tidak berhasil, tetapi internal yang benar
strukturnya juga terpelihara sepenuhnya
simetri sifat fisik dipertahankan.
Kata Yunani "simetri" berarti proporsionalitas.
Bangun simetris terdiri dari sama, identik
bagian. Simetri dipahami sebagai properti benda atau
bentuk geometris untuk menggabungkan bagian-bagian individu satu sama lain
berbeda pada beberapa transformasi simetris.
Gambar geometris dengan bantuan yang
transformasi simetris dilakukan, disebut
elemen simetri.

Mengingat simetri potongan luar kristal,
kristal
Rabu
hadiah
Untuk diriku sendiri
Bagaimana
kontinu, padat, yang disebut kontinum (in
diterjemahkan dari bahasa Latin ke bahasa Rusia - artinya berkelanjutan,
padat). Semua titik dalam lingkungan seperti itu persis sama.
Elemen simetri kontinum menggambarkan bagian luar
bentuknya polihedron kristal, jadi masih ada
disebut elemen simetri makroskopis.
Sebenarnya
sama
kristal
Rabu
adalah
terpisah. Kristal terdiri dari partikel individu
(atom, ion, molekul) yang terletak di
ruang angkasa
V
membentuk
tanpa henti
peregangan
kisi spasial. Simetri dalam susunannya
partikel-partikel ini lebih kompleks dan lebih kaya daripada simetri eksternal
bentuk polihedra kristal. Oleh karena itu, bersama dengan
kontinum
sedang dipertimbangkan
Dan
diskontinuum
-
diskrit, struktur nyata partikel material dengan
dengan unsur-unsur simetrinya disebut
elemen simetri mikroskopis.

Elemen simetri
DI DALAM
kristal
polihedra
bertemu
sederhana
elemen
simetri
(tengah
simetri,
bidang simetri, sumbu putar) dan elemen kompleks
simetri (sumbu inversi).
Pusat simetri (atau pusat inversi) - titik khusus
di dalam suatu gambar, bila dicerminkan di suatu titik mana pun
suatu angka mempunyai ekuivalen dengan dirinya sendiri, yaitu kedua titik tersebut
(misalnya sepasang simpul) terletak pada satu garis lurus,
melewati pusat simetri, dan berjarak sama dari
dia. Jika terdapat pusat simetri, masing-masing sisi
spasial
angka
Memiliki
paralel
Dan
arah yang berlawanan pada masing-masing sisi
bersesuaian berjarak sama, sama, sejajar, tetapi
tepi yang berlawanan arah. Oleh karena itu pusatnya
simetri itu seperti titik cermin.

Bidang simetri adalah bidang yang
membagi gambar menjadi dua bagian yang terletak satu sama lain
relatif terhadap teman sebagai objek dan bayangan cerminnya,
yaitu, menjadi dua bagian yang sama seperti cermin Penunjukan
bidang simetri – P (lama) dan m (internasional).
Secara grafis, bidang simetri ditunjukkan dengan benda padat
garis. Suatu figur mungkin mempunyai satu atau lebih
bidang simetri, dan semuanya saling berpotongan
teman. Kubus mempunyai sembilan bidang simetri.

Sumbu putarnya jadi lurus saat diputar
yang pada sudut tertentu gambarnya
menyatu dengan dirinya sendiri. Sudut rotasi
menentukan urutan sumbu putar n, yang mana
menunjukkan berapa kali suatu angka akan sejajar dengan dirinya sendiri
dengan rotasi penuh pada sumbu ini (360°):
Secara terisolasi bentuk geometris mungkin
sumbu simetri urutan apa pun, tetapi dalam kristal
Dalam polihedra, urutan sumbunya terbatas; bisa saja ada
hanya nilai berikut: n= 1, 2, 3, 4, 6. V
kristal
polihedra
mustahil
sumbu
simetri orde kelima dan lebih tinggi dari orde keenam. Itu mengikuti
dari prinsip kontinuitas medium kristal.
Sebutan sumbu simetri: lama - Ln (L1, L2, L3, L4, L6)
Dan
internasional
Arab
dalam angka,
sesuai dengan urutan sumbu putar (1, 2, 3, 4, 6).

Secara grafis
berputar
poligon:
sumbu
digambarkan

Konsep kelas simetri
Setiap polihedron kristal memiliki satu set
elemen simetri. Menggabungkan satu sama lain, elemen-elemennya
simetri kristal harus berpotongan, dan pada saat yang sama
munculnya elemen simetri baru dimungkinkan.
Teorema berikut dibuktikan dalam kristalografi
penambahan elemen simetri:
1. Garis perpotongan dua bidang simetri adalah sumbu
simetri yang sudut putarnya dua kali sudutnya
antar pesawat.
2. Melalui titik potong dua sumbu simetri melewati
sumbu simetri ketiga.
3.B
titik
persimpangan
pesawat
simetri
Dengan
sumbu simetri orde genap yang tegak lurus terhadapnya
pusat simetri muncul.
4. Banyaknya sumbu orde kedua yang tegak lurus sumbu utama
sumbu simetri orde yang lebih tinggi (ketiga, keempat,
keenam), sama dengan orde sumbu utama.

5. Banyaknya bidang simetri yang berpotongan
sumbu utama orde yang lebih tinggi sama dengan orde sumbu ini.
Banyaknya kombinasi unsur-unsur simetri satu sama lain
dalam kristal sangat terbatas. Semua mungkin
kombinasi elemen simetri dalam kristal diturunkan
secara matematis, dengan mempertimbangkan teorema
penambahan elemen simetri.
Satu set lengkap elemen simetri yang melekat
kristal tertentu disebut kelas simetrinya.
Derivasi matematis yang ketat menunjukkan bahwa segalanya
mungkin
Untuk
kristal
polihedra
kombinasi
elemen
simetri
habis
tiga puluh dua kelas simetri.

Hubungan antara kisi spasial dan elemen
simetri
Kehadiran elemen simetri tertentu menentukan
geometri
spasial
kisi-kisi,
mengesankan
yakin
kondisi
pada
saling
lokasi
sumbu koordinat dan persamaan satuan aksial.
Ada aturan umum pemilihan sumbu koordinat,
dengan mempertimbangkan sekumpulan elemen simetri kristal.
1. Sumbu koordinat digabungkan dengan sumbu khusus atau tunggal
arah,
tidak berulang
V
kristal
sumbu putar atau inversi, yang mana
urutan sumbu lebih besar dari satu, dan normal terhadap bidang
simetri.
2. Jika hanya ada satu arah khusus pada kristal, maka dengan itu
gabungkan salah satu sumbu koordinat, biasanya sumbu Z. Dua
sumbu lainnya terletak pada bidang yang tegak lurus
arah khusus sejajar dengan tepi kristal.
3. Jika tidak ada arah khusus, sumbu koordinat
dipilih sejajar dengan tiga yang tidak terletak pada bidang yang sama
tepi kristal.

Berdasarkan aturan ini, Anda bisa mendapatkan ketujuhnya
sistem kristal, atau sistem. Mereka berbeda
satu sama lain dengan perbandingan satuan skala a, b, c dan
sudut aksial, . Tiga kemungkinan: a b c, a=b c, a=b=c
mengizinkan
mendistribusikan
Semua
kristalografi
sistem koordinat (sistem) dalam tiga kategori rendah, menengah dan tinggi.
Setiap kategori ditandai dengan adanya kategori tertentu
elemen simetri. Jadi, untuk kristal kategori terendah
tidak ada sumbu orde yang lebih tinggi, yaitu sumbu 3, 4 dan 6, tetapi mungkin ada
sumbu orde dua, bidang dan pusat simetri.
Kristal kategori sedang memiliki sumbu yang lebih tinggi
urutan, dan mungkin juga ada sumbu orde kedua, bidang
simetri, pusat simetri.
Kristal yang paling simetris termasuk yang tertinggi
kategori. Mereka memiliki beberapa sumbu tingkat tinggi
(ketiga dan keempat), mungkin ada sumbu orde kedua,
bidang dan pusat simetri. Namun, as rodanya hilang
urutan keenam.

Konsep simetri diskontinum dan spasial
kelompok
Ketersediaan
32
kelas
simetri
kristal
polihedra menunjukkan bahwa seluruh variasi eksternal
bentuk kristal mematuhi hukum simetri.
Simetri struktur internal kristal, susunannya
partikel (atom, ion, molekul) di dalam kristal harus
menjadi lebih sulit karena bentuk luar kristal
terbatas, dan kisi kristal memanjang
tanpa batas ke segala arah ruang.
Hukum susunan partikel dalam kristal adalah
didirikan oleh ahli kristalografi besar Rusia E.S.
Fedorov pada tahun 1891. Dia menemukan 230 cara
susunan partikel dalam kisi spasial - 230
kelompok simetri ruang.

Elemen simetri kisi spasial
Selain elemen simetri yang dijelaskan di atas (tengah
simetri,
pesawat
simetri,
berputar
Dan
sumbu inversi), yang lainnya dimungkinkan dalam lingkungan diskrit
elemen
simetri,
terkait
Dengan
ketakterbatasan
kisi spasial dan pengulangan periodik
dalam susunan partikel.
Mari kita pertimbangkan jenis simetri baru, yang hanya melekat
diskontinuum. Ada tiga di antaranya: terjemahan, bidang geser
refleksi dan sumbu heliks.
Translasi adalah perpindahan semua partikel secara paralel
arah dalam arah yang sama ke arah yang sama
ukuran.
Terjemahan adalah elemen simetri sederhana,
melekat pada setiap kisi spasial.

Kombinasi terjemahan dengan bidang simetri
menyebabkan munculnya bidang refleksi yang merumput,
kombinasi terjemahan dengan sumbu putar tercipta
sumbu sekrup.
Bidang refleksi penggembalaan, atau bidang
meluncur adalah bidang seperti itu, jika dipantulkan
yang seperti di cermin yang kemudian disiarkan bersama
arah yang terletak pada suatu bidang tertentu dengan suatu jumlah
sama dengan setengah periode identitas suatu bilangan tertentu
arah, semua titik tubuh digabungkan. Di bawah periode
identitas, seperti sebelumnya, kita akan memahami jarak
antara titik-titik sepanjang arah tertentu (misalnya,
periode a, b, c dalam sel satuan adalah periode
identitas sepanjang sumbu koordinat X, Y, Z).

Sumbu heliks adalah garis lurus, yang putarannya adalah
beberapa
sudut,
sesuai
dalam urutan
as,
Dengan
terjemahan selanjutnya sepanjang sumbu dengan jumlah yang merupakan kelipatan
periode identitas t, menggabungkan titik-titik tubuh.
Penunjukan sumbu sekrup dalam bentuk umum nS, dimana n
mencirikan urutan sumbu putar (n=1, 2, 3, 4, 6), dan
St/n adalah nilai translasi sepanjang sumbu. Dalam hal ini S S=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Jadi, untuk sumbu heliks orde kedua
terjemahannya adalah t/2, untuk sumbu heliks ketiga
urutan besarnya transfer terkecil t/3.
Penunjukan sumbu heliks orde kedua adalah 21.
Penyelarasan partikel akan terjadi setelah rotasi di sekitar sumbu
180° dengan siaran berikutnya sepanjang arah,
sejajar dengan sumbu, pada t/2.
Penunjukan sumbu heliks orde ketiga adalah 31.
Namun, sumbu dengan terjemahan yang merupakan kelipatan dari terjemahan terkecil dimungkinkan.
Oleh karena itu, sumbu heliks 32 dengan translasi 2t/3 dimungkinkan.

Sumbu 31 dan 32 berarti rotasi pada sumbu sebesar 120°
searah jarum jam diikuti dengan terjemahan. Sekrup ini
sumbunya disebut kanan. Jika giliran dilakukan
berlawanan arah jarum jam, maka sumbu simetri pusat
disebut kaum kiri. Dalam hal ini, aksi sumbu 31 ke kanan
identik dengan aksi sumbu 32 kiri dan 32 kanan - 31
kiri.
Sumbu simetri heliks juga dapat dipertimbangkan
orde keempat dan keenam: sumbu 41 dan 43 sumbu 61 dan 65, 62
dan 64. bisa kanan atau kiri. Aksi sumbu 21, 42 dan
63 tidak bergantung pada pilihan arah putaran pada sumbunya.
Itu sebabnya
Mereka
adalah
netral.
Bersyarat
sebutan sumbu simetri heliks:

Notasi kelompok ruang simetri
Simbol grup ruang berisi lengkap
informasi tentang simetri struktur kristal. Pada
tempat pertama dalam simbol kelompok ruang ditempatkan
huruf yang mencirikan jenis kisi Bravais: P primitif,
DENGAN
berpusat pada pangkalan,
SAYA
berpusat pada tubuh, F - berpusat pada wajah. DI DALAM
Pada sistem rhombohedral, huruf R ditempatkan pada urutan pertama.
Ini diikuti oleh satu, dua atau tiga angka atau huruf,
menunjukkan
elemen
simetri
V
utama
arah, mirip dengan bagaimana hal itu dilakukan ketika
menyusun sebutan untuk kelas simetri.
Jika dalam struktur di salah satu arah utama
bidang simetri dan
sumbu simetri, preferensi diberikan pada bidang
simetri, dan pada lambang kelompok ruang
bidang simetri dicatat.

Jika ada beberapa sumbu, preferensi diberikan kepada
sumbu sederhana - putar dan inversi, karena keduanya
simetri lebih tinggi dari simetri
sumbu sekrup.
Memiliki simbol grup ruang, Anda bisa dengan mudah
menentukan jenis kisi Bravais, sistem sel, elemen
simetri pada arah utama. Ya, spasial
kelompok P42/mnm (kelompok Fedorov ditetragonal-dipyramidal
baik
simetri,
135
kelompok)
mencirikan sel Bravais primitif dalam bentuk tetragonal
syngony (sumbu heliks urutan keempat 42 menentukan
sistem tetragonal).
Petunjuk utamanya adalah sebagai berikut:
elemen simetri. Dengan arah - sumbu Z
sumbu sekrup 42 bertepatan, yaitu tegak lurus
simetri m. Dalam arah dan (sumbu X dan Y)
ada bidang refleksi penggembalaan tipe n, in
arah yang dilalui bidang simetri m.

Cacat pada struktur benda kristal
Cacat tubuh dibagi menjadi dinamis
(sementara) dan statis (permanen).
1. Cacat dinamis terjadi ketika
mekanik, termal, elektromagnetik
pengaruh pada kristal.
Ini termasuk fonon - distorsi sementara
keteraturan kisi yang disebabkan oleh termal
pergerakan atom.
2. Cacat statis
Ada ketidaksempurnaan yang ada dan meluas
struktur tubuh

Cacat titik: simpul kisi kosong
(Lowongan); perpindahan atom dari suatu simpul ke situs interstisial;
masuknya atom atau ion asing ke dalam kisi.
Cacat yang diperluas: dislokasi (tepi dan
sekrup), pori-pori, retakan, batas butir,
mikroinklusi dari fase lain. Beberapa cacat ditampilkan
pada gambar.

Properti dasar
bahan

Sifat utama meliputi: mekanik, termal,
listrik, magnet dan teknologi, serta mereka
tahan korosi.
Sifat mekanik bahan mencirikan kemampuannya
digunakan pada produk yang terpapar
beban mekanis. Indikator utama dari properti tersebut
Parameter kekuatan dan kekerasan digunakan. Mereka tidak hanya bergantung pada
sifat bahannya, tetapi juga bentuk, ukuran dan kondisinya
permukaan sampel, serta mode pengujian, pertama-tama,
pada kecepatan pemuatan, suhu, paparan media dan lain-lain
faktor.
Kekuatan adalah sifat material untuk menahan kehancuran, dan
juga perubahan ireversibel dalam bentuk sampel di bawah pengaruh
beban eksternal.
Kekuatan tarik – tegangan sesuai dengan maksimum
(pada saat kegagalan sampel) ke nilai beban. Sikap
gaya terbesar yang bekerja pada sampel terhadap luas aslinya
penampangnya disebut tegangan putus dan
menunjukkan σв.

Deformasi adalah perubahan susunan relatif partikel-partikel di dalamnya
bahan. Jenis yang paling sederhana adalah peregangan, kompresi, pembengkokan,
torsi, geser. Deformasi adalah perubahan bentuk dan ukuran suatu sampel
akibat deformasi.
Parameter deformasi – perpanjangan relatif ε = (l– l0)/l0 (dimana
l0 dan l – panjang sampel awal dan setelah deformasi), sudut geser –
perubahan sudut siku-siku antara sinar-sinar yang memancar dari satu titik ke dalam
sampel ketika dideformasi. Suatu deformasi disebut elastis jika
itu hilang setelah beban dilepas, atau plastiknya, jika tidak
hilang (tidak dapat diubah). Sifat plastik bahan di
deformasi kecil sering diabaikan.
Batas elastis adalah tegangan di mana sisa deformasi (yaitu
e.deformasi yang terdeteksi selama pembongkaran sampel) jangkauan
nilai yang ditetapkan oleh spesifikasi teknis. Biasanya masuk ke
deformasi sisa adalah 10–3 10–2%. Batas elastis σу
membatasi luas deformasi elastis material.
Konsep modulus sebagai ciri elastisitas bahan pun muncul
ketika mempertimbangkan benda idealnya elastis yang deformasinya linier
tergantung pada tegangan. Dengan peregangan sederhana (kompresi)
σ = ε
dimana E adalah modulus Young, atau modulus elastisitas longitudinal, yang mana
mencirikan ketahanan bahan terhadap deformasi elastis (tegangan, kompresi); ε – deformasi relatif.

Saat menggeser suatu bahan searah dengan arah geser dan sepanjang garis normalnya
hanya tegangan geser yang bekerja
di mana G adalah modulus geser, yang mencirikan elastisitas material pada
mengubah bentuk sampel yang volumenya tetap; γ - sudut
menggeser
Dengan kompresi menyeluruh pada material ke segala arah,
tegangan normal
di mana K adalah modulus elastisitas curah yang menjadi cirinya
ketahanan material terhadap perubahan volume sampel, tidak
disertai dengan perubahan bentuknya; ∆ – relatif
kompresi volumetrik.
Nilai konstan yang mencirikan elastisitas bahan pada
tegangan uniaksial, adalah rasio Poisson:
dimana ε′ – kompresi melintang relatif; ε – relatif
pemanjangan memanjang sampel.

Kekerasan adalah karakteristik mekanis bahan,
secara komprehensif mencerminkan kekuatan, keuletan, serta
sifat lapisan permukaan sampel. Dia mengekspresikan dirinya
ketahanan material terhadap plastik lokal
deformasi yang terjadi ketika lebih dari satu dimasukkan ke dalam sampel
benda padat - indentor. Menekan indentor ke dalam sampel dengan
pengukuran ukuran cetak selanjutnya adalah hal mendasar
metode teknologi untuk menilai kekerasan bahan. DI DALAM
tergantung pada karakteristik penerapan beban, desain
indentor dan penentuan angka kekerasan membedakan metode
Brinell, Rockwell, Vickers, Shore. Saat mengukur
kekerasan mikro menurut GOST 9450–76 pada permukaan sampel
jejaknya masih memiliki kedalaman yang tidak signifikan, jadi ini
metode yang digunakan bila sampel dibuat dalam bentuk foil,
film, pelapis dengan ketebalan kecil. Metode penentuan
kekerasan plastik terdiri dari penekanan ke dalam sampel
ujung bulat dengan aplikasi berurutan
berbagai beban.

Korosi adalah proses fisik dan kimia yang mengubah sifat, kerusakan
struktur dan penghancuran bahan karena peralihan komponennya menjadi
senyawa kimia dengan komponen lingkungan. Di bawah
Kerusakan akibat korosi mengacu pada cacat struktural apa pun
bahan akibat korosi. Jika mekanis
dampaknya mempercepat korosi material, dan korosi memfasilitasinya
kerusakan mekanis, terjadi korosi-mekanis
kerusakan pada bahan. Kerugian material akibat korosi dan biaya
perlindungan mesin dan peralatan darinya terus meningkat
karena intensifikasi aktivitas produksi manusia dan
pencemaran lingkungan akibat limbah produksi.
Paling sering, ketahanan korosi bahan ditandai dengan
menggunakan parameter ketahanan korosi - nilai kebalikannya
laju korosi teknis material dalam sistem korosi tertentu.
Konvensi dari karakteristik ini adalah bahwa hal itu tidak berlaku
material, namun pada sistem korosi. Ketahanan korosi material
tidak dapat diubah tanpa mengubah parameter lain dari sistem korosi.
Perlindungan anti korosi merupakan modifikasi dari korosi
sistem yang menyebabkan penurunan laju korosi material.

Karakteristik suhu.
Tahan panas - sifat bahan untuk ditahan atau tidak dapat dipertahankan
mengubah parameter mekanik pada suhu tinggi. Properti
logam sangat tahan terhadap efek korosif gas
suhu disebut tahan panas. Sebagai ciri khasnya
ketahanan panas dari bahan dengan titik leleh rendah menggunakan suhu
pelunakan.
Tahan panas – kemampuan bahan untuk bertahan dalam waktu lama
deformasi dan kehancuran pada suhu tinggi. Ini
karakteristik paling penting dari bahan yang digunakan
suhu T > 0,3 Tmel. Kondisi seperti ini terjadi pada mesin
pembakaran internal, pembangkit listrik tenaga uap, turbin gas,
tungku metalurgi, dll.
Pada suhu rendah (dalam teknologi - dari 0 hingga –269 ° C) meningkat
kekuatan statis dan siklik bahan, mereka
plastisitas dan ketangguhan, kecenderungan patah getas meningkat.
Kerapuhan dingin - peningkatan kerapuhan material seiring dengan penurunannya
suhu. Kerentanan suatu bahan terhadap patah getas ditentukan oleh
berdasarkan hasil uji tumbukan benda uji dengan lekukan pada saat diturunkan
suhu.

Ekspansi termal material dicatat oleh perubahan dimensi
dan bentuk sampel dengan perubahan suhu. Untuk gas hal ini disebabkan
peningkatan energi kinetik partikel ketika dipanaskan, dalam cairan
dan bahan padat dikaitkan dengan asimetri termal
getaran atom, yang menyebabkan jarak antar atom meningkat
suhu semakin meningkat.
Ekspansi termal material ditandai secara kuantitatif
koefisien suhu ekspansi volumetrik:
dan bahan padat - dan koefisien suhu linier
ekstensi (TCLR):
– perubahan ukuran linier, volume sampel dan
suhu (masing-masing).
Indeks ξ berfungsi untuk menunjukkan kondisi ekspansi termal (biasanya -
pada tekanan konstan).
Secara eksperimental, αV dan αl ditentukan dengan metode dilatometri yang dipelajari
ketergantungan perubahan ukuran tubuh di bawah pengaruh faktor eksternal.
Spesial alat pengukur– dilatometer – bervariasi
desain sensor dan sensitivitas sistem registrasi ukuran
sampel.

Kapasitas panas adalah perbandingan jumlah panas yang diterima suatu benda pada saat
perubahan yang sangat kecil dalam keadaannya dalam proses apa pun, hingga
disebabkan oleh kenaikan suhu terakhir:
Menurut karakteristik proses termodinamika yang menentukannya
kapasitas panas bahan, bedakan kapasitas panas pada volume konstan
dan pada tekanan konstan. Selama pemanasan secara konstan
tekanan (proses isobarik), sebagian panas dihabiskan untuk ekspansi
sampel, dan sebagian untuk meningkatkan energi internal material. Panas,
dikomunikasikan ke sampel yang sama pada volume konstan (proses isokorik),
dihabiskan hanya untuk meningkatkan energi internal material.
Kapasitas panas spesifik, J/(kg K)], – rasio kapasitas panas terhadap massa
tubuh. Perbedaan dibuat antara kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan (cp) dan
pada volume konstan (cv). Rasio kapasitas panas terhadap kuantitas
zat disebut kapasitas panas molar (cm), J/(mol⋅K). Untuk semua
zat ср > сv, untuk gas yang dijernihkan (mendekati ideal) сmp – сmv =
R (dengan R = 8,314 J/(mol⋅K) adalah konstanta gas universal).

Konduktivitas termal adalah transfer energi dari area tubuh yang lebih panas ke
kurang panas sebagai akibat dari pergerakan dan interaksi termal
mikropartikel Nilai ini mencirikan spontanitas
pemerataan suhu padatan.
Untuk bahan isotropik, hukum Fourier berlaku, yang menyatakan bahwa
vektor kepadatan aliran panas q sebanding dan berlawanan
dalam arah gradien suhu T:
dimana λ adalah koefisien konduktivitas termal [W/(m K)], bergantung pada
keadaan agregasi, struktur atom-molekul, struktur,
suhu dan parameter material lainnya.
Koefisien difusivitas termal (m2/s) adalah suatu ukuran
sifat isolasi termal bahan:
dimana ρ – kepadatan; Menikahi - panas spesifik materi di
tekanan konstan.

Sifat teknologi bahan menjadi ciri kepatuhan
bahan terhadap pengaruh teknologi selama pengolahan menjadi produk. Pengetahuan
properti ini memungkinkan Anda merancang dan
melakukan proses teknologi untuk pembuatan produk. Utama
karakteristik teknologi bahan adalah kemampuan kerja
pemotongan dan tekanan, parameter pengecoran, kemampuan las, kecenderungan
deformasi dan lengkungan selama perlakuan panas, dll.
Kemampuan mesin pemotongan dicirikan oleh indikator-indikator berikut:
kualitas pemrosesan bahan - kekasaran permukaan yang diproses
dan keakuratan dimensi sampel, umur pahat, ketahanan
pemotongan - kecepatan dan kekuatan potong, jenis pembentukan chip. Nilai-nilai
indikator ditentukan saat menggiling sampel dan dibandingkan dengan
parameter material yang diambil sebagai standar.
Kemampuan kerja tekanan ditentukan selama teknologi
bahan uji untuk deformasi plastis. Metode penilaian
kemampuan kerja dengan tekanan tergantung pada jenis bahan dan teknologinya
pengolahan. Misalnya, pengujian teknologi logam untuk pembengkokan
dilakukan dengan membengkokkan sampel pada sudut tertentu. Sampel dianggap bertahan
pengujian, jika tidak ada kerusakan, delaminasi, robekan, atau retakan yang muncul di dalamnya.
Lembaran dan pita diuji untuk ekstrusi menggunakan alat khusus
tekan. Sebuah lubang berbentuk bola terbentuk di sampel, menghentikan peregangan saat ini
mencapai fluiditas material. Hasilnya ditentukan oleh yang terbesar
kedalaman lubang pada sampel yang tidak rusak.

Kemampuan proses tekanan dari bahan bubuk menjadi ciri khasnya
fluiditas, kekompakan dan sifat mampu bentuk. Metode penentuan
Fluiditas didasarkan pada pencatatan waktu kadaluwarsa suatu sampel bubuk
proses kebangkitan spontannya melalui kalibrasi
lubang corong. Kecepatan pengisian bergantung pada parameter ini
bahan cetakan bubuk untuk pemrosesan tekanan.
Kekompakan serbuk ditandai dengan ketergantungan volume sampel
bubuk versus tekanan – diagram pengepresan. Sifat mampu bentuk - properti
bahan bubuk untuk mempertahankan bentuk yang diperoleh selama proses
mendesak.
Karakteristik pengecoran bahan adalah seperangkat teknologi
indikator yang mencirikan pembentukan coran dengan penuangan
bahan cair ke dalam cetakan. Fluiditas -
kemampuan bahan cair untuk mengisi cetakan tergantung pada
pada viskositas lelehan, suhu leleh dan cetakan, derajat
membasahi dinding cetakan dengan lelehan, dll. Dinilai berdasarkan panjangnya
mengisi saluran lurus atau spiral dengan lelehan
cetakan pengecoran khusus. Penyusutan pengecoran - pengurangan volume
meleleh selama transisi dari cair ke padat. Praktis
penyusutan ditentukan sebagai rasio dimensi linier yang sesuai
cetakan dan coran berupa koefisien penyusutan tak berdimensi,
individu untuk setiap bahan.

Kemampuan las adalah sifat suatu bahan untuk dibentuk
sambungan las, yang kinerjanya
sesuai dengan kualitas bahan dasar,
lasan. Kemampuan las dinilai oleh
hasil pengujian sampel las dan
karakteristik bahan dasar pada daerah yang dilas
lapisan Aturan telah ditetapkan untuk menentukan hal-hal berikut
indikator kemampuan las logam: mekanis
sifat sambungan las, mode yang diizinkan
pengelasan busur dan permukaan, kualitas las
sambungan dan las, kekuatan jangka panjang
sambungan las.

Kristalografi adalah ilmu tentang kristal, benda alami kristal. Ia mempelajari bentuk, struktur internal, asal usul, distribusi dan sifat zat kristal.

Sifat utama kristal - anisotropi, homogenitas, kemampuan membakar dirinya sendiri, dan adanya titik leleh yang konstan - ditentukan oleh struktur internalnya.

Kristal adalah semua padatan yang mempunyai bentuk polihedron yang dihasilkan dari susunan atom yang teratur. Kristalografi disebut ilmu tentang kristal, benda alami kristal. Ia mempelajari bentuk, struktur internal, asal usul, distribusi dan sifat zat kristal. Kristal adalah semua padatan yang mempunyai bentuk polihedron yang dihasilkan dari susunan atom yang teratur. Contoh kristal yang terbentuk dengan baik adalah kubus...

Menuju:

Lebih dari lima ribu jenis kristal diketahui. Mereka memiliki bentuk yang berbeda dan jumlah tepi yang berbeda. Bentuk kristal adalah totalitas seluruh permukaannya. Dalam kristalografi, bentuk sederhana adalah kumpulan permukaan identik yang dihubungkan oleh elemen simetri. Di antara bentuk-bentuk sederhana, terdapat bentuk-bentuk tertutup yang menutup seluruh bagian ruang, misalnya kubus, segi delapan; membuka bentuk-bentuk sederhana, misalnya berbagai prisma, ruang...

Menuju:

Singoni (dari bahasa Yunani σύν, “menurut, bersama-sama,” dan γωνία, “sudut” - secara harfiah berarti “sudut serupa”) adalah salah satu pembelahan kristal berdasarkan bentuk sel satuannya. Syngony mencakup sekelompok kelas simetri yang memiliki satu elemen simetri umum atau karakteristik dengan jumlah arah satuan yang sama. Ada tujuh sistem: kubik, tetragonal (persegi), trigonal, heksagonal, belah ketupat, monoklinik, triklinik.

Menuju:

“Simetri” yang diterjemahkan dari bahasa Yunani berarti “proporsionalitas” (pengulangan). Benda dan benda simetris terdiri dari bagian-bagian yang setara yang berulang secara teratur dalam ruang. Simetri kristal sangat bervariasi. Kristal yang berbeda memiliki simetri yang kurang lebih. Ini adalah properti mereka yang paling penting dan spesifik, yang mencerminkan keteraturan struktur internal.

Menuju:

Dari sudut pandang kristalografi geometris, kristal adalah polihedron. Untuk mengkarakterisasi bentuk kristal, kami menggunakan konsep elemen pembatas. Bentuk luar kristal terdiri dari tiga elemen pembatas: permukaan (bidang), tepi (garis perpotongan permukaan) dan sudut segi.

Menuju:

Kristal muncul ketika suatu zat bertransisi dari keadaan agregasi apa pun menjadi padat. Kondisi utama untuk pembentukan kristal adalah penurunan suhu ke tingkat tertentu, di bawahnya partikel (atom, ion), setelah kehilangan gerakan termal berlebih, menunjukkan sifat kimia yang melekat dan dikelompokkan ke dalam kisi spasial.