KRISTALOGRĀFIJA

Kristalogrāfija- zinātne, kas pēta kristālus, to īpašības, ārējo formu un rašanās cēloņus, kas ir tieši saistīti ar mineraloģiju, matemātiku (Dekarta koordinātu sistēma), fiziku un ķīmiju (kristālu rašanās un augšanas jautājums). Pirmie darbi bija to izdarījis Platons, Pitagors utt.

Līdz 19. gadsimta sākumam kristalogrāfija bija aprakstoša. Bet jau 19. gadsimta sākumā tika attīstīta matemātika un fizika, tāpēc savu attīstību ieguva arī kristalogrāfija. Īpaši 20. gadsimta vidū, kad parādījās jaunas tehnoloģijas, kristalogrāfija ieguva eksperimentālu raksturu (kristālu audzēšana un sintezēšana). Līdz šim var izdalīt šādas kristalogrāfijas sadaļas:

Līdz šim var izdalīt šādas kristalogrāfijas sadaļas:

1. Ģeometriskā kristalogrāfija- pēta kristālu ārējo formu un to iekšējās struktūras modeļus.

2. Kristālu ķīmija- pēta attiecības starp kristālu iekšējo struktūru un to ķīmisko sastāvu.

3. Fizikālā un ķīmiskā kristalogrāfija– pēta kristālu veidošanās un augšanas modeļus.

4. Fiziskā kristalogrāfija- pēta kristālu fizikālās īpašības (optiskās, termiskās, elektriskās u.c.), kur dažas jomas ir izveidojušās kā atsevišķas zinātnes (kristālu optika).

Cietās vielas kristāliskas un amorfas

Cietās vielas iedala:

1. amorfs, kur elementārdaļiņas atrodas nejauši, neregulāri, kas noved pie izotropijas īpašības (vienādas matērijas īpašības jebkurā virzienā). Amorfie ķermeņi ir nestabili un ar laiku kļūst kristāliski (dekristalizācija).

2. kristālisks, ko raksturo sakārtots elementārdaļiņu izvietojums, kas rada kristālisku struktūru, ko attēlo telpiskais režģis.

Kristālisks (telpiskais) režģis

Kristāla šūna- elementārdaļiņu kopa, kas atrodas bezgalīgas paralēlskaldņu kopas atbilstošajos punktos, kas pilnībā aizpilda telpu, ir vienādi, paralēli orientēti un blakus veselām virsmām (1. att.).

Telpiskā režģa struktūras elementi:

1. Mezgli- elementārdaļiņas, kas režģī ieņem noteiktu pozīciju.

2. Rinda- mezglu kopa, kas atrodas uz vienas taisnas līnijas caur noteiktu vienādu intervālu, ko sauc par rindas intervālu.

3. plakana sieta- mezglu kopums, kas atrodas vienā plaknē.

4. elementārā šūna- viens paralēlskaldnis, kura atkārtošanās veido telpisku režģi.

Matemātiķis Ogists Bravais pierādīja, ka var būt tikai 14 principiāli atšķirīgi režģi. Vienības šūnu parametri nosaka kristāla režģa veidu.

Kristāls- ciets ķermenis, kam ir regulāra daudzskaldņa forma, kurā elementārdaļiņas ir regulāri izkārtotas kristāla režģa veidā.

Kristālu ierobežojošie elementi:

sejas (gludas plaknes);

ribas (seju krustošanās līnijas);

virsotne (malu krustošanās punkts).

Kristāla ārējās formas saistība ar iekšējo struktūru

1. Plakanie sieti atbilst kristāla virsmām.

2. Rindas atbilst malām.

3. Mezgli atbilst virsotnēm.

Bet tikai tās plakanas acis un rindas atbilst tām virsmām un malām, kurām ir vislielākās retikulārs blīvums ir mezglu skaits uz plakana režģa laukuma vienību vai rindas garuma vienību.

No šejienes Eilers atvasināja likumu: "Skalu un virsotņu skaita summa ir vienāda ar malu skaitu plus 2."

Kristālu pamatīpašības

Kristālu regulārā iekšējā struktūra telpiskā režģa formā nosaka tos svarīgākās īpašības:

1. Vienveidība ir vienādas kristāla īpašības paralēlos virzienos.

2. Anizotropija- dažādas kristāla īpašības neparalēlos virzienos (piemēram, ja minerāls disten ("sten" - pretestība) tiek skrāpēts gar pagarinājumu, tad tā cietība ir 4,5, un, ja šķērsvirzienā, tad cietība ir 6 -6,5).

3. Spēja sevi ierobežot– labvēlīgos augšanas apstākļos kristāls iegūst regulāra daudzskaldņa formu.

4. Simetrija.

Kristāla simetrija

Simetrija – (no grieķu "sim" - līdzīgs, "metrios" - mērījums, attālums, izmērs) - kristāla identisku skaldņu, šķautņu, virsotņu regulāra atkārtošanās attiecībā pret dažiem ģeometriskiem palīgattēliem (taisna līnija, plakne, punkts). Ģeometriskos palīgattēlus, ar kuru palīdzību atklāj kristāla simetriju, sauc par simetrijas elementiem.

Kristāla simetrijas elementi ietver simetrijas asi (L - no angļu valodas līnijas - līnija), simetrijas plakni (P - no angļu spēles - plakne), simetrijas centru (C - no angļu valodas centra - centrs ).

Simetrijas ass- taisna līnija, pagriežot to par 360 °, kristāls vairākas reizes tiek apvienots ar sākotnējo stāvokli.

Elementārais griešanās leņķis a - var būt vienāds ar 60°, 90°, 120°, 180°.

Simetrijas ass secība ir kristāla kombināciju skaits ar tā sākotnējo stāvokli griešanās laikā par 360°.

Kristālā iespējamas otrās, trešās, ceturtās un sestās kārtas simetrijas asis. Piektās un vairāk nekā sestās simetrijas asis nenotiek. Simetrijas asu secību apzīmē ar L 6 , L 4 , L 3 , L 2 .

Iespējamais tādas pašas kārtas simetrijas asu skaits ir šāds:

L 2 — 0, 1, 2, 3, 4, 6;

L 4 - 0, 1, 3;

Simetrijas plakne- plakne, kas sadala kristālu divās spoguļa vienādās daļās.

Simetrijas centrs- punkts kristāla iekšpusē, kurā līnijas krustojas un sadalās uz pusēm, savienojot pretējas identiskas virsmas, malas vai kristāla virsotnes. No šīs definīcijas izriet noteikums: ja kristālā ir simetrijas centrs, tad katrai sejai jābūt pretējai, vienādai, paralēlai un apgriezti vērstai sejai.

Ierasts visu pieejamo simetrijas elementu kopumu rakstīt rindā, bez pieturzīmēm starp tiem, bet vispirms norāda simetrijas asis, sākot no augstākās kārtas, pēc tam simetrijas plakni un tālāk. pēdējā vieta, ja tāds ir, tiek reģistrēts simetrijas centrs.

Kristālu klasifikācija

Atbilstoši tajos esošo simetrijas elementu kopumam kristāli tiek apvienoti klasēs. Zinātnieks F. Hesels tālajā 1830. gadā ar matemātiskiem aprēķiniem nonāca pie secinājuma, ka kristālos kopumā ir iespējamas 32 dažādas simetrijas elementu kombinācijas. Tā ir simetrijas elementu kopa, kas nosaka klasi.

Klases tiek apvienotas singonijās. Klases, kuras raksturo viens vai vairāki identiski simetrijas elementi, tiek grupētas vienā singonijā. Zināms singonijs 7.

Pēc simetrijas pakāpes singonijas tiek apvienotas lielākās apakšnodaļās - kategorijās: augstākā, vidējā, zemākā (tabula).

Kristālu formas

1. Vienkāršs - kristāli, kuros visas sejas ir vienādas formas un vienāda izmēra. Starp vienkāršajām formām izšķir:

slēgts - pilnībā aizveriet telpu ar sejām (regulāri daudzskaldņi);

atvērts - tie pilnībā neaizver telpu un, lai tās aizvērtu, tiek izmantotas citas vienkāršas formas (prizmas utt.)

2. Vienkāršu formu kombinācija - kristāls, uz kura tiek izstrādātas sejas, kas atšķiras viena no otras pēc formas un izmēra. Cik dažādu veidu šķautņu ir uz kristāla, šajā kombinācijā piedalās tikpat daudz vienkāršu formu.

Vienkāršu formu nomenklatūra

Nosaukums ir balstīts uz seju skaitu, seju formu, formas griezumu. Vienkāršo formu nosaukumos ir izmantoti grieķu termini:

· mono- tikai viens;

· di, bi- divi, divreiz;

· trīs- trīs, trīs, trīs reizes;

· tetra- četras, četras, četras reizes;

· penta- pieci, pieci;

· heksa- seši, seši;

· octa- astoņi, astoņi;

· dodeka- divpadsmit, divpadsmit;

· hedrons- mala;

· gonio- stūris;

· sin- līdzīgs;

· pinakos- galds, dēlis;

· klīnika- slīpums;

· poli- daudz;

· rocknos- slīps, nelīdzens.

Piemēram: piecstūris dodekaedrs (pieci, leņķis, divpadsmit - 12 piecstūri), tetragonāla dipiramīda (četrstūris pie pamatnes un divas piramīdas).

Kristalogrāfisko asu sistēmas

Kristalogrāfiskās asis- virzieni kristālā paralēli tā malām, kas ņemti par koordinātu asis.X ass ir III, y ass ir II, z ass ir I.

Kristalogrāfisko asu virzieni sakrīt ar telpiskā režģa rindām vai ir tām paralēli. Tāpēc dažreiz I, II, III asis apzīmējumu vietā tiek izmantoti atsevišķu segmentu apzīmējumi a, b, c.

Kristalogrāfisko asu veidi:

1. Taisnstūra trīsasu sistēma (2. att.). Rodas, ja virzieni ir orientēti perpendikulāri viens otram. Izmanto kubiskā (a=b=c), tetragonālā (a=b≠c) un rombveida (a≠b≠c) sistēmās.

2. Četru asu sistēma (3. att.). Ceturtā ass ir vērsta vertikāli, un tai perpendikulārā plaknē ir novilktas trīs asis 120° leņķī. Izmanto sešstūra un trigonāla kristāliem, a=b≠c

3. slīpi sistēma (4. att.). a=γ=90°, b≠90°, a≠b≠c. To izmanto monoklīniskās sistēmas kristālu uzstādīšanai.

4.
Slīpa sistēma (5. att.). a≠γ≠b≠90°, a≠b≠c. Izmanto triklīnikas kristāliem.

Veselo skaitļu likums

Šis ir viens no svarīgākajiem kristalogrāfijas likumiem, saukts arī par Haija likumu, dubulto attiecību racionalitātes likumu, parametru attiecību racionalitātes likumu. Likums saka: "Divkāršās attiecības parametriem, ko nogriež jebkuras divas kristāla skaldnes tā trīs krustošanās malās, ir vienādas ar veselu skaitļu un salīdzinoši mazu skaitļu attiecību."

1. Izvēlamies trīs neparalēlas malas, kas krustojas punktā O. Šīs malas ņemam par kristalogrāfiskām asis (6. att.).

2. Uz kristāla izvēlamies divas skaldnes A 1 B 1 C 1 un A 2 B 2 C 2, un plakne A 1 B 1 C 1 nav paralēla plaknei A 2 B 2 C 2, un punkti atrodas uz kristalogrāfiskās asis.

3. Segmentus, kas nogriezti ar skaldnēm uz kristalogrāfiskajām asīm, sauc par skaldnes parametriem. Mūsu gadījumā OA 1 , OA 2 , OB 1 , OB 2 , OC 1 , OC 2 .

, kur p, q, r ir racionāli un salīdzinoši mazi skaitļi.

Likumu izskaidro kristāla režģa uzbūve. Kā asis izvēlētie virzieni atbilst telpiskā režģa rindām.

Sejas simboli

Lai iegūtu sejas simbolu, jums jāiestata kristāls attiecīgajās kristalogrāfiskajās asīs, pēc tam atlasiet viena seja– seja, kuras parametri pa katru kristalogrāfisko asi tiek ņemti par mērvienību (citiem vārdiem sakot, kā skalas segmentu). Rezultātā parametru attiecība raksturos sejas stāvokli kristalogrāfiskajās asīs.

Ērtāk ir izmantot nevis parametrus, bet gan sejas indeksi– daudzumi, kas apgriezti parametriem: . Indeksi ir rakstīti cirtaini (piemēram, raksturojiet vienkāršu formu kopumā (hkl) vai (hhl)) vai iekavas (attiecas tieši uz konkrētu seju, piem. (hhl) vai (hlh) ) bez pieturzīmēm. Ja iegūts negatīvs indekss, tad to var parādīt ar vektora zīmi - (hkl). Indeksus var apzīmēt arī ar skaitliskām vērtībām, piemēram, (321), (110) vai (hk0). "0" - nozīmē, ka seja ir paralēla asij.

Kristālu veidošanās veidiiekšā

Kristāli var veidoties no visiem agregētajiem vielas stāvokļiem gan dabiskos, gan laboratorijas apstākļos.

Gāzveida stāvoklis - sniegpārslas (ledus kristāli), sarma, plāksne, dabiskais sērs (vulkāna izvirdumu laikā sēra kristāli nosēžas uz krāteru sienām); rūpniecībā - joda, magnija kristāli. Sublimācija- kristālu veidošanās process no gāzveida vielas.

Šķidrais stāvoklis - kristālu veidošanās no kausējuma un no šķīduma. Visu intruzīvo iežu veidošanās notiek no kušanām (mantijas magmatiskā kausēšana), kad galvenais faktors ir temperatūras pazemināšanās. Bet visizplatītākā ir kristālu veidošanās no šķīdumiem. Dabā šie procesi ir visizplatītākie un intensīvākie. Īpaši kristālu veidošanās no šķīdumiem raksturīga žūstošiem ezeriem.

Cietais stāvoklis galvenokārt ir amorfas vielas pārejas process kristāliskā (dekristalizācija), dabas apstākļišie procesi notiek aktīvi augstas temperatūras ak un spiediens.

Kristālu rašanās

Šķīdumi atšķiras pēc vielas koncentrācijas pakāpes tajos:

nepiesātināts (nepiesātināts) - jūs varat pievienot vielu, un tā turpinās šķīst;

piesātināts - vielas pievienošana neizšķīst, tā izgulsnējas;

pārsātināts (pārsātināts) - veidojas, ja piesātināts šķīdums nonāk apstākļos, kad vielas koncentrācija ievērojami pārsniedz šķīdības robežu; šķīdinātājs sāk iztvaikot vispirms.

Piemēram, NaCl kristāliskā kodola veidošanās:

1. Viendimensijas kristāls (jonu piesaistes dēļ veidojas virkne), (7. att.);

2. 2D kristāls (plakans režģis), (8. att.);

3. Primārais kristāliskais režģis (kristāla kodols ar aptuveni 8 vienību šūnām), (9. att.).

Katram kristālam ir sava veidošanās ķēde (sāls kristālam - kubs), taču mehānisms vienmēr būs vienāds. Reālos apstākļos, kā likums, par kristalizācijas centru kalpo vai nu svešs piemaisījums (smilšu graudiņš), vai mazākā vielas daļiņa, no kuras tiks uzbūvēts kristāls.

kristālu augšana

Līdz šim ir divas galvenās teorijas, kas apraksta kristālu augšanu. Pirmo no tiem sauc par Kossel-Stransky teoriju. (10. att.). Saskaņā ar šo teoriju daļiņas pie kristāla pieķeras galvenokārt tādā veidā, ka tiek atbrīvota lielākā enerģija. Tas izskaidrojams ar to, ka jebkurš process norit "vieglāk", ja tiek atbrīvota enerģija.

BET- tiek atbrīvots maksimālais enerģijas daudzums (kad daļiņa sasniedz šo trīsstūra leņķi).

B- izdalīsies mazāk enerģijas (dihedral leņķis).

AT- tiek atbrīvots minimāls enerģijas daudzums, visticamākais gadījums.

Augšanas laikā daļiņas vispirms nonāks pozīcijā BET, tad iekšā B un beidzot iekšā AT. Jauns slānis nesāks augt uz kristāla, kamēr slānis nav pilnībā uzbūvēts.

Šī teorija pilnībā izskaidro kristālu augšanu ar ideālām gludām virsmām ar seju augšanas mehānismu pa slāņiem.

Bet XX gadsimta 30. gados tika pierādīts, ka kristāla virsmas vienmēr ir izkropļotas vai tām ir kādi defekti, tāpēc reālos apstākļos kristāla virsmas ir tālu no ideāli gludām plaknēm.

Otro teoriju ierosināja G.G. Lemleins, ņemot vērā faktu, ka kristālu sejas nav ideālas, izstrādāja dislokācijas (dislokācijas augšanas) - pārvietošanās teoriju. Skrūvju dislokācijas dēļ uz kristāla virsmas vienmēr ir “pakāpiens”, pie kura visvieglāk pieķeras augoša kristāla daļiņas. Dislokācijas teorija un, in jo īpaši skrūvju dislokācijas teorija (11., 12. att.), vienmēr ļauj turpināt seju augšanu, jo vienmēr ir vieta labvēlīgai daļiņas piestiprināšanai pie izmežģīta kristāla režģa. Šādas augšanas rezultātā sejas virsma iegūst spirālveida struktūru.

Abas teorijas, perfekta un nepilnīga kristālu augšana, papildina viena otru, katra balstās uz tiem pašiem likumiem un principiem un pilnībā ļauj raksturot visus kristāla augšanas jautājumus.

Fašu pieauguma temps

Malu pagrieziena ātrums- tā plaknei normālā segmenta vērtība, pa kuru laika vienībā pārvietojas dotā seja (13. att.).

Dažādu kristāla virsmu augšanas ātrums ir atšķirīgs. Fasetes ar lielāku griešanās ātrumu pakāpeniski samazinās, tās tiek aizstātas ar augošām virsmām ar zemu pagrieziena ātrumu, un tās var pilnībā izzust no kristāla virsmas. (14. att.). Pirmkārt, uz kristāla veidojas sejas ar vislielāko retikulāro blīvumu.

Malu augšanas ātrums ir atkarīgs no daudziem faktoriem:

iekšējā un ārējā. No iekšējiem faktoriem vislielāko ietekmi uz seju augšanas ātrumu atstāj to retikulārais blīvums, ko izsaka Bravai likums: "Kristāls ir pārklāts ar sejām ar lielāku retikulāro blīvumu un zemāko augšanas ātrumu."

Faktori, kas ietekmē augoša kristāla formu

Faktorus iedala iekšējos (kas tieši saistīts ar jonu vai atomu vai kristāliskā režģa īpašībām) un ārējos: spiedienu, kā arī:

1. Koncentrācijas plūsmas. Kad kristāls aug šķīdumā, tā tuvumā atrodas nedaudz augstākas temperatūras apgabals (daļiņas ir piestiprinātas tā, lai atbrīvotos pēc iespējas vairāk enerģijas) un ar samazinātu šķīduma blīvumu (augošais kristāls tiek barots) (15. att. ). Izšķīstot viss notiek otrādi.

Plūsmām ir divējāda loma: plūsmas, kas nepārtraukti virzās uz augšu, nes jaunas matērijas daļas, taču tās arī izkropļo kristālu formu. Barošana notiek tikai no apakšas, mazāk no sāniem un gandrīz neviena no augšas. Audzējot kristālus laboratorijas apstākļos, viņi cenšas izslēgt koncentrācijas plūsmu ietekmi, kam izmanto dažādas metodes: kristālu dinamiskās augšanas metodi, šķīduma mākslīgās sajaukšanas metodi u.c.

2. Šķīduma koncentrācija un temperatūra. Vienmēr ietekmējiet kristālu formu.

Šķīduma koncentrācijas ietekme uz alauna kristālu formu (koncentrācija palielinās no 1 līdz 4):

1 - kristāls oktaedra formā;

2.3 - vairāku vienkāršu formu kombinācija;

4 - kristāls ar dominējošu oktaedriskas sejas attīstību, forma tuvojas sfēriskai.

Temperatūras ietekme uz epsomītu:

Paaugstinoties temperatūrai, epsomīta kristāli iegūst biezāku prizmatisku formu, bet zemā temperatūrā - plānu lēcu.

3. Svešvielu piemaisījumi. Piemēram, alauna oktaedrs, augot šķīdumā ar boraksa piejaukumu, pārvēršas par kubu.

4. Citi.

Fasešu leņķu noturības likums

Vēl 17. gadsimta vidū, 1669. gadā, dāņu zinātnieks Steno pētīja vairākus kvarca kristālus un saprata, ka neatkarīgi no tā, cik ļoti kristāls ir deformēts, leņķi starp skaldnēm paliek nemainīgi. Sākumā pret likumu izturējās vēsi, taču pēc 100 gadu ilgas izpētes, ko veica Lomonosovs un franču zinātnieks Romeu-Delille, neatkarīgi viens no otra apstiprināja šo likumu.

Līdz šim likumam ir cits nosaukums - Steno-Lomonosova-Romas-Deliļas likums). Sejas leņķu noturības likums: "Visos vienas un tās pašas vielas kristālos leņķi starp attiecīgajām skaldnēm un malām ir nemainīgi." Šis likums ir izskaidrojams ar kristāla režģa uzbūvi.

Lai izmērītu leņķus starp sejām, tiek izmantota goniometra ierīce (līdzīgi transportiera un lineāla maisījumam). Lai iegūtu precīzākus mērījumus, optiskais goniometrs, ko izgudroja E.S. Fjodorovs.

Zinot leņķus starp vielas kristāla skaldnēm, ir iespējams noteikt vielas sastāvu.

Kristālu savstarpēji augi

Starp kristālu augšanas veidiem izšķir divas galvenās grupas:

1. Neregulāri - kristālu saaugumi, kas nav savstarpēji saistīti un nav orientēti savā starpā telpā (druze).

2. Regulāri:

paralēli;

Dvīņi.

Paralēlais salaidums kristāli ir vairāki vienas un tās pašas vielas kristāli, kas var būt dažāda izmēra, bet orientēti paralēli viens otram, kristāla režģis šajā savienojumā ir tieši savienots vienā.

sceptera locītava- mazāki kvarca kristāli aug kopā ar lielāku kristālu.

Dubultspēles

Dubults- dabisks divu kristālu saaugums, kurā viens kristāls ir otra spoguļattēls vai viena dvīņa puse tiek noņemta no otras, pagriežot par 180°. No mineraloģijas viedokļa jebkurā dvīnī vienmēr ir redzams iekšējais reentants leņķis. (16. att.).

Dvīņu elementi:

1. Dvīņu plakne - plakne, kurā atspīd divas dvīņa daļas.

2. Dvīņu ass - ass, ap kuru griežoties viena puse no dvīņa pārvēršas par otro.

3. Fusion plakne - plakne, pa kuru abas dvīņu daļas atrodas blakus viena otrai. Īpašos gadījumos dvīņu plakne un saplūšanas plakne sakrīt, bet vairumā gadījumu tas tā nav.

Visu trīs dvīņu elementu kombinācija un raksturs nosaka sadraudzības likumus: "spinels", "gallic" utt.

Dīgšanas dvīņi Viens kristāls izaug cauri citam kristālam. Ja ir iesaistīti vairāki kristāli, attiecīgi izšķir tējas, četrkāršus utt. (atkarībā no kristālu skaita).

Polisintētiskie dvīņi- virkne dvīņu kristālu, kas sakārtoti tā, ka katrs divi blakus esošie kristāli atrodas viens pret otru dvīņu orientācijā, un kristāli, kas iet cauri vienam, ir orientēti paralēli viens otram (17. att.).

Polisintētiskā sadraudzība uz dabīgiem kristāliem bieži izpaužas kā plānas paralēlas izšķilšanās (dvīņu šuves).

Dabisko kristālu formas

Starp kristāliem ir ierasts atšķirt:

· ideāls- tie kristāli, kuros visas vienas vienkāršās formas skaldnes ir vienādas pēc izmēra, formas, attāluma no kristāla centra;

· īsts- saskarties ar noteiktām novirzēm no ideālajām formām.

Dabiskajos (īstos) kristālos vienas formas seju nevienmērīgā attīstība rada mazākas simetrijas iespaidu. (18. att.).

Īstos kristālos sejas ir tālu no matemātiski pareizām plaknēm, jo uz īstu kristālu virsmām ir dažādi sarežģījumi ēnojumu, rakstu, bedrīšu, izaugumu veidā, t.i. skulptūras. Piešķirt: parketam līdzīgu rakstu, ēnojumu uz sejas, vicinālus (tie ir mazi kristāla sejas laukumi, nedaudz novirzīti no sejas virziena). Īstos kristālos ļoti izplatītas ir sarežģītas kristālu formas.

Atkāpjoties no normāliem augšanas apstākļiem, skeleta kristāli- kristāli, uz kuriem pārsvarā ir attīstītas malas un virsotnes, un sejas atpaliek attīstībā (piemēram, sniegpārslas). Pretskeleta kristāli- pārsvarā ir attīstītas šķautnes, savukārt malas un virsotnes atpaliek attīstībā (kristāls iegūst noapaļotu formu, šādā formā ļoti bieži sastopams dimants).

Ir arī savīti kristāli, sadalīti, deformēti.

Kristālu iekšējā struktūra

Kristālu iekšējā struktūra ļoti bieži ir zonāla. Katra maiņa ķīmiskais sastāvsšķīdums, kurā aug kristāls, rada savu slāni. Zonālā struktūra ir saistīta ar pulsācijām un barības šķīdumu ķīmiskā sastāva izmaiņām, t.i. atkarībā no tā, ko kristāls ēda jaunībā, tas mainīs, piemēram, zonu krāsu.

Šķērspārrāvumā redzama sektorāla struktūra, kas ir cieši saistīta ar zonējumu un ir saistīta ar barotnes sastāva izmaiņām.

Ieslēgumi kristālos

Visi ieslēgumi ir sadalīti homogēnos un neviendabīgos. Tos arī iedala pēc veidošanās laika:

1. Atlikums (relikts) - cieta fāze, kas pārstāv vielu, kas pastāvēja pat pirms kristāla augšanas.

2. Sinģenētisks - ieslēgumi, kas radušies, augot kristāliem.

3. Epigēns – rodas pēc kristālu veidošanās.

Vislielāko interesi par kristalogrāfiju rada atlikušie un sinģenētiskie ieslēgumi.

Metodes ieslēgumu pētīšanai kristālos

I.P. Ermakovs un Yu.A. Dolgovs sniedza lielu ieguldījumu ieslēgumu izpētē, un mūsdienās ir divas galvenās metodes ieslēgumu pētīšanai kristālos:

1. Homogenizācijas metode– metožu grupa, kuras pamatā ir ieslēgumu pārvēršanas viendabīgā stāvoklī princips; parasti tas tiek panākts ar apkuri. Piemēram, burbuļi kristālā ir šķidri, un, uzkarsējot līdz noteiktai temperatūrai, tie kļūst viendabīgi, t.i. šķidrums kļūst par gāzi. Galvenokārt šī metode darbojas uz caurspīdīgiem kristāliem.

2. Atšifrēšanas metode- mainot temperatūru un spiedienu, kristāls un tā ieslēgumi tiek izvadīti no līdzsvara un ieslēgumi tiek novesti līdz eksplozijai.

Rezultātā tiek iegūti dati par kristāla veidošanās temperatūru un spiedienu ar slēgtām gāzēm, šķidrumiem vai cieto fāzi ieslēguma veidā.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Izmitināts vietnē http://www.allbest.ru/

1 . vispārīgās īpašībasģeoloģiskās disciplīnas

Minerāloloģijas, kristalogrāfijas un petrogrāfijas zinātnes vēsturiski ir atdalījušās no zinātnes par zemes materiāla sastāvu, uzbūvi un attīstības vēsturi, ko sauc ģeoloģija.

Kristalogrāfija pēta dažādu minerālu kristālu veidošanos, formu un fizikāli ķīmiskās īpašības.

Metalogrāfija- zinātne, kas pēta metālu uzbūvi un īpašības un nosaka attiecības starp to sastāvu, struktūru un īpašībām.

Mineraloģija izcēlās kā zinātne par dabīgiem ķīmiskiem savienojumiem, ko sauc par minerāliem. Mineraloģija pēta minerālu sastāvu un struktūru, to veidošanās un maiņas apstākļus.

Petrogrāfija- zinātne par iežiem, to sastāvu, uzbūvi, klasifikāciju, rašanās apstākļiem.

Šīs zinātnes ir nesaraujami saistītas ar metalurģijas un citu nozaru praktiskajām vajadzībām. Nav nevienas nozares, kurā netiktu izmantoti minerāli dabiska forma vai jebkuras no tām iegūtas sastāvdaļas. Dažādās nozarēs strādājošiem speciālistiem nepieciešamas zināšanas par derīgajiem izrakteņiem, to sastāvu, dažādām īpašībām un praktiskā pielietojuma jomām.

Minerāli sauc dažādu fizikāli ķīmisko procesu rezultātā (bez jebkādas iejaukšanās) zemes garozā, ūdens čaulā vai atmosfērā radušos ķīmiskos elementus vai savienojumus.

Minerāli var būt viens ķīmiskais elements: dimants (C); grafīts (C); sērs (S); zelts (Au) vai var būt savienojumi ar nemainīgu vai mainīgu sastāvu:

Savienojumi ar nemainīgu sastāvu (lavīna, kvarcs, kalcijs)

Mainīga sastāva savienojumi: olivīni pēc sastāva no Mg 2 (SiO 4) forsterīta līdz Fe 2 (SiO 4) fajalītam.

Lielākā daļa minerālu ir cietas, kristāliskas vielas. Lai gan atsevišķi minerāli ir atrodami kriptokristāliskā formā (parasti koloīdā izkliedētā) stāvoklī.

Dabā minerāli var būt izkaisīti sīku daļiņu veidā vai lielās kopās. Tajā pašā laikā tajā var rasties vienas un tās pašas vielas minerāli atšķirīga forma. Tas rada grūtības jebkurā klintī iekļauto minerālu ārējā noteikšanā.

Šobrīd ir zināmi aptuveni 3800 dažādu minerālu, no kuriem tikai 250-300 ir plaši izplatīti un tiem ir praktiska vērtība. Tās ir melno, krāsaino metālu un reto metālu rūdas, izejvielas ražošanai celtniecības materiāli, ķīmiskās rūpniecības izejvielas, dārgakmeņi un citi akmeņi.

Tā kā minerāliem ir pareizs regulārs atomu izvietojums, to kristāliskās struktūras dēļ šķidrumi, gāzes, mākslīgie cietie ķermeņi un dabiskās atmosfēras vielas.

Minerāli atšķiras viens no otra ķīmiskā sastāva un kristāla struktūras ziņā.

Tiek saukti minerāli, kuriem ir vienāda kristāliskā struktūra, bet atšķiras ķīmiskais sastāvs izomorfs.

Tiek saukti minerāli ar vienādu ķīmisko sastāvu, bet atšķirīgu kristāla struktūru polimorfs(polimorfo minerālu piemērs: dimants un grafīts).

1.1 Minerālu morfoloģija (minerālu atrašanas veidi dabā)

Dabā minerāli ir atrodami šādos veidos:

atsevišķi kristāli;

Dubultspēles;

vienības.

duplelgänger sauc par tādu dabisku divu kristālu saaugšanu, kurā vienu indivīdu no cita var iegūt vai nu atspīdējot noteiktā plaknē (dvīnis), vai rotējot ap noteiktu asi (dvīnis).

Visbiežāk minerāli rodas nejaušu neregulāru agregātu veidā. agregāti. Agregāti var sastāvēt no viena minerāla kristāliem (monominerālie agregāti) vai vairākiem pildvielām (poliminerālie agregāti).

Agregāti ir sadalīti:

rupji graudaini (vairāk nekā 5 mm);

Vidēji graudaini (1-5 mm);

Smalki graudaini (mazāk par 1 mm).

Agregātus veidojošo graudu formas ir: zvīņainas, šķiedrainas, zemes. Izšķir šādus agregātu morfoloģiskos veidus:

Drusas ir labi veidotu kristālu savstarpēji izaugumi, kas atšķiras pēc augstuma un ir dažādi orientēti, bet vienā galā piestiprināti pie kopīgas plakanas vai ieliektas pamatnes.

Izdalījumi ir minerālu veidojumi, kas aizpilda tukšumus akmeņos. Tukšumu aizpildīšana notiek pakāpeniskas vielu nogulsnēšanās rezultātā uz to sienām no perifērijas līdz centram.

Konkrecijas - noapaļotas formas veidojumi, parasti ar radiāli starojošu vai čaulas struktūru. Atšķirībā no sekrēcijas, vielas nogulsnēšanās notiek no centra uz perifēriju.

Oolīti ir nelieli sfēriski veidojumi ar koncentrisku apvalka struktūru.

Pseidolīti - veidojumi, kas pēc formas līdzīgi oolītiem, bet tiem nav koncentriskas čaulas struktūras.

Dendrīti ir kokiem līdzīgi agregāti, kas atgādina papardes lapas, koku zarus.

1.2 Fizikālās īpašības minerālvielas

Galvenās minerālu fizikālās īpašības, kas ļauj tos noteikt pēc ārējām pazīmēm, ir: krāsa, līniju krāsa, nokrāsa, spīdums, caurspīdīguma pakāpe, cietība, šķelšanās, lūzums, īpatnējais svars, magnētisms, trauslums, kaļamība, elastība utt.

Krāsa ir viena no minerālvielām raksturīgajām fizikālajām īpašībām. Vienam un tam pašam minerālam, atkarībā no ķīmiskā sastāva, struktūras, mehāniskajiem un ķīmiskajiem piemaisījumiem, krāsa var būt dažāda. Pēc krāsas var spriest par derīgo izrakteņu veidošanās apstākļiem un to piederību konkrētai atradnei.

Akadēmiķis A.E. Fersmans izšķir trīs minerālkrāsu veidus: idiohromatisko, alohromatisko un pseidohromatisko.

Idiohromatisks - sava minerāla krāsa.

Allohromatisks - svešu mehānisku piemaisījumu klātbūtnes minerālā sekas.

Pseidohromatisks - gaismas staru difrakcijas parādība no jebkādām iekšējām plaisām.

Svītru krāsa- minerāla atstāta pēda uz neglazēta porcelāna šķīvja. Šī ir sasmalcināta minerālpulvera krāsa.

krāsas maiņa- parādība, kad minerālam papildus galvenajai krāsai plānā virsmas slānī ir papildu krāsa.

Šķelšanās- dažu minerālu spēja sadalīties vai sadalīties pa noteiktām plaknēm, veidojot gludas, vienmērīgas, spīdīgas virsmas.

1.3 Minerālu ģenēze (apmēramminerālu veidošanās dabā)

Minerālu veidošanās procesus var iedalīt:

1) Endogēns (rodas zemes iekšienē un saistīts ar magmatisko darbību);

2) Eksogēni (rodas uz zemes virsmas, izpaužas atmosfēras aģentu iedarbībā un ūdens šķīdumu virsmā, kā arī organismu bioķīmiskajā darbībā (oksidācijā, sadalīšanās);

3) Metamorfs (rodas iepriekš izveidojušos iežu transformācijas rezultātā, mainoties fizikālajiem un ķīmiskajiem apstākļiem.

Paragenehirminerālvielas.

Paraģenēze ir minerālu kopīga sastopamība dabā, pateicoties kopējam to veidošanās procesam. Minerālvielas var veidoties secīgi vai vienlaicīgi.

1.4 Pmetrogrāfijaes

Petrogrāfija- zinātne, kas pēta iežus, to minerālo un ķīmisko sastāvu, struktūru, izplatību un veidošanās apstākļus.

klintis sauc par minerālu agregātiem ar vairāk vai mazāk nemainīgu ķīmisko un minerālu sastāvu, kas aizņem ievērojamas zemes garozas platības. Ieži var būt monominerālie, kas sastāv no viena minerāla, un poliminerālie, kas ietver vairākus minerālus.

Monominerāls ieži - kaļķakmens un marmors (sastāv no minerāla kalcīta), kvarcīts (sastāv no kvarca).

Poliminerāls ieži - granīts (galvenie iežu veidojošie minerāli ir laukšpats (mikroklīns, ortoklāze, plagioklāzs), kvarcs un vizla (biotīts, muskovīts).

Ir zināmi apmēram tūkstotis iežu veidu, kas atbilstoši veidošanās apstākļiem (ģenēzei) tiek iedalīti trīs klasēs:

1. Magnētisks( vai maldīgs). Tie veidojas no magmas, kas sasalusi Zemes zarnās vai uz tās virsmas; tie ir tipiski augstas temperatūras veidojumi.

2. Nogulumieži. Tie ir pildīti un pārveidoti iepriekš izveidojušos iežu iznīcināšanas produkti, organismu atliekas un to vielmaiņas produkti; Nogulumiežu veidošanās notiek uz Zemes virsmas parastā temperatūrā un normālā spiedienā, galvenokārt ūdens vidē.

3. Metamorfisks. Veidojas uz lieli dziļumi nogulumiežu un magmatisko iežu izmaiņu dēļ dažādu endogēno procesu ietekmē (augsta temperatūra un spiediens, no magmas izdalītās gāzveida vielas utt.).

2 . Kristalogrāfijas pamati

Kristalogrāfija tiek iedalīta: ģeometriskā kristalogrāfija, kristālķīmiskā un fizikālā kristalogrāfija.

Ģeometriskā kristalogrāfijaņem vērā vispārīgos kristālisko vielu uzbūves modeļus, kas veido to kristālus, kā arī kristālu simetriju un sistemātiku.

kristāla ķīmija pēta attiecības starp kristāliskas vielas struktūrām un ķīmiskajām īpašībām, kā arī kristālu struktūru aprakstu

Fizikālā kristalogrāfija apraksta kristālu fizikālās īpašības (mehāniskās, optiskās, termiskās, elektriskās un magnētiskās).

2 .1 Pamatiģeometriskā kristalogrāfija

Kristāliskā stāvokļa iezīmes. Vārds "kristāls" vienmēr ir saistīts ar ideju par vienas vai otras formas daudzskaldni. Tomēr kristāliskām vielām raksturīga ne tikai spēja dot noteiktas formas veidojumus. Kristālisko ķermeņu galvenā iezīme ir to anizotropija- vairāku īpašību (stiepes izturība, siltumvadītspēja, saspiežamība utt.) atkarība no virziena kristālā.

Creetēraudi- cietie ķermeņi, kas izveidoti ģeometriski regulāru daudzskaldņu formā.

a) akmens sāls b) kvarcs; c) magnetīts

1. attēls. Kristāli

Kristālu ierobežojuma elementi ir: plaknes - sejas; malu krustojuma līnijas - ribas; malu krustošanās punkti - virsotnes.

Izmitināts vietnē http://www.allbest.ru/

Izmitināts vietnē http://www.allbest.ru/

2. attēls. Kristālu ierobežojuma elementi

Elementārās daļiņas (atomi, joni vai molekulas) kristālos atrodas telpiskā režģa formā.

Telpiskais režģis ir punktu sistēma, kas atrodas paralēlskaldņu virsotnēs, kas ir paralēli un blakus visās skaldnēs, bez atstarpēm, kas aizpilda telpu.

3. attēls. Kristāla telpiskais režģis

minerālu kristālisks plastmasas metāls

Tiek saukti elementāri paralēlskaldņi, kas veido kristāla telpisko režģi elementāras šūnas.

Šādas šūnas parametri ir: trīs leņķi starp, kas tiek uzskatīti par galvenajām asīm, un trīs attālumu segmenti (A, B, C) starp mezgliem gar šīm asīm.

4. attēls. Vienības šūnu parametri

Noteikts daļiņu izkārtojums kristālos telpiskā režģa formā nosaka vairākas īpašas kristālisku vielu īpašības - viendabīgumu, anizotropiju, spēju pašgriezt, t.i. aug regulāru daudzskaldņu formā).

Vienveidība nozīmē, ka kristālu īpašības ir vienādas visos tā punktos.

Anizotropija kristāli slēpjas to fizisko īpašību (mehānisko, optisko un citu) atšķirībās dažādos virzienos.

Spēja sevi ierobežot slēpjas faktā, ka labvēlīgos augšanas apstākļos tie veido regulārus daudzskaldņus, kuru virsmas ir plakani telpiskā režģa režģi.

Ja neregulāras formas kristālu gabalu ievieto šķīdumā ar atbilstošiem apstākļiem, tad pēc kāda laika tas iegūs šķautnes un iegūs regulāra daudzskaldņa formu, kas raksturīga šīs vielas kristāliem.

No kubiskā akmens sāls kristāla piesātinātā šķīdumā izgrieztas bumbiņas pārvēršana atpakaļ kubiskā kristālā.

5. attēls. Transformācijas shēma

Minerāla kristālus visbiežāk raksturo noteikta veida seju klātbūtne, lai gan retos gadījumos viena un tā paša minerāla kristālu ārējās formas var atšķirties atkarībā no veidošanās apstākļiem.

Ģeometriskās kristalogrāfijas likumiem ir liela nozīme kristālu izpētē.

Pirmais likums:Fasešu leņķu noturības likums-Stena likums: dažādiem vienas un tās pašas vielas kristāliem, neatkarīgi no izmēra un formas, starp attiecīgajām virsmām dotajos apstākļos ir nemainīgs.

6. attēls. Dažādi kvarca kristāli

Otrais likums-parametru attiecību racionalitātes likums. Ajui likums.

Uz viena kristāla var atrast tikai tādas figūras, kuru seju parametri attiecas uz vienkāršas formas seju parametriem, kas ņemti par galveno, kā racionālie skaitļi.

Kristāla simetrija

Kristāla simetrija slēpjas regulārā identisku seju, malu, stūru atkārtošanās šajā kristālā.

Nosacīti attēli, attiecībā uz kuriem tiek novērota simetrija, tiek saukti par simetrijas elementiem. Tie ietver: simetrijas plakni, simetrijas asi, centru un virsotni.

Simetrijas plakne- šī ir iedomāta plakne, kas sadala kristālisko daudzskaldni divās vienādās daļās, no kurām viena ir otras spoguļattēls.

Simetrijas plakņu skaitu kristālos norāda skaitlis simetrijas plaknes nosacītā simbola burta P priekšā.

Kristāliem nevar būt vairāk par deviņām simetrijas plaknēm.

Simetrijas ass- iedomāta taisna līnija, kas iet cauri kristālam un, pagriežot par 360 °, figūra tiek apvienota ar sevi noteiktu skaitu reižu (n reizes). Ass nosaukumu vai tā secību nosaka kombināciju skaits pilna apgrieziena laikā ap kristāla asi (360 grādi).

Kristāliem ir otrās, trešās, ceturtās un sestās kārtas asis.

Simetrijas asis apzīmē ar burtu L un simbolu, kas norāda simetrijas ass secību (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Papildus parastajām simetrijas asīm ir arī inversijas un spoguļ-rotācijas asis. Ja tie ir pieejami, lai izlīdzinātu figūru ar sevi, rotācijai ap asi ir jāpievieno 180 ° pagriešana ap asi, kas ir perpendikulāra dotajai (inversija), vai spoguļatspīdums no plaknes.

Simetrijas centrs C sauc par punktu, kas sadala uz pusēm jebkuru līniju, kas iet caur to, novilkta līdz krustojumam ar figūras sejām.

1867. gadā A.V. Gadolins matemātiski parādīja, ka ir iespējama 32 kristālisko formu simetrijas veidu pastāvēšana, no kurām katru raksturo noteikta simetrijas elementu kombinācija.

Visu veidu kristālu simetrijas veidi ir sadalīti trīs kategorijās: apakšējā, vidējā un augstākā. Zemākās kategorijas kristāliem nav augstākas kārtas asis - augstākas par otro; vidējo kategoriju raksturo viena augstākas kārtas ass, augstākajai - vairākas šādas asis. Kategorijas ir sadalītas kristālu sistēmās vai singonijās.

Singonija ir simetrijas elementu kopa ar vienādu vienas kārtas asu skaitu. Pavisam ir septiņas singonijas: triklīniskā, monoklīniskā, rombiskā, trigonāla, sešstūra, kubiskā, tetragonāla.

Zemākā kategorija ietver trīs singonijas - triklīnisko, monoklinisko un rombisko. Triklīnisko kristālu sistēmas kristālos nav ne asu, ne simetrijas plakņu: var nebūt arī simetrijas centra. Monoklīniskajiem kristāliem var būt gan ass, gan simetrijas plakne, bet tiem nevar būt vairākas asis vai simetrijas plaknes. Rombisko sistēmu raksturo vairāku simetrijas elementu klātbūtne - vairākas asis vai plaknes.

Nepieciešams nosacījums augstas simetrijas kristālu veidošanai ir tos veidojošo daļiņu simetrija. Tā kā lielākā daļa molekulu nav simetriskas, augstas simetrijas kristāli veido tikai nelielu daļu no kopējā zināmā skaita.

Ir zināmi daudzi gadījumi, kad viena un tā pati viela pastāv dažādās kristāliskās formās, t.i. atšķiras pēc iekšējās struktūras un līdz ar to arī pēc fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Tādu parādību sauc polimorfisms.

Starp kristāliskajiem ķermeņiem šī parādība arī bieži tiek novērota izomorfisms- atomu, jonu vai molekulu īpašība aizvietot vienam otru kristāla režģī, veidojot jauktus kristālus. Jauktie kristāli ir pilnīgi viendabīgi maisījumi cietvielas ir cieti aizstāšanas risinājumi. Tāpēc mēs varam teikt, ka izomorfisms ir spēja veidot aizvietojošus cietus šķīdumus.

Kristālu formas

Papildus simetrijas elementiem kristālus raksturo arī to ārējā forma. Tātad kubam un oktaedram ir vienādi simetrijas elementi, bet ārējā forma un skaldņu skaits atšķiras.

kristāla forma ir visu tās seju kolekcija. Atšķirt vienkāršas un sarežģītas formas.

vienkārša forma sauc tādu formu, kuras visas skaldnes ir savienotas viena ar otru ar simetrijas elementiem jeb, citiem vārdiem sakot, tie ir kristāli, kas sastāv no identiskām virsmām, kurām ir simetrisks izvietojums (kubs, oktaedrs, tetraedrs)

Vienkāršas formas var būt vai nu telpas ciklu noslēdzošas (slēgtas formas), vai atvērtas, neaizverot telpu no visām pusēm.

Atvērtās vienkāršas veidlapas ietver:

Monoedrs, divskaldnis, pinanoīds, piramīdas, prizmas

Slēgtās vienkāršās veidlapas ietver:

Dipiramīdas, romboedrs, tetraedrs, kubs, oktaedrs utt.

7. attēls. Vienkāršas kristāla formas

Sarežģīta forma vai kombinācija sauc tādu formu, kas sastāv no divām vai vairākām vienkāršām formām, t.i. kristāla virsmas ir vairāku veidu, un tās nav savstarpēji saistītas ar simetrijas elementiem.

Vienkāršas un sarežģītas kristālu formas dabā ir ārkārtīgi reti sastopamas. Reālu kristālu novirzes no aprakstītajām vienkāršajām formām izraisa nevienmērīga seju attīstība, jo kristāla veidošanos ietekmē vides apstākļi, kuros tas veidojas.

Dažreiz līdz ar atsevišķu monokristālu veidošanos rodas to dažādie savstarpēji augi. Viens no šādiem gadījumiem ir divu vai vairāku kristālu dvīņu veidošanās, kas aug kopā nepareizā stāvoklī. Tādu procesu sauc sadraudzība. Šādu starpaugu veidošanos parasti izraisa dažādas kristalizācijas procesa komplikācijas (temperatūras izmaiņas, šķīdumu koncentrācija utt.)

Ir primārie (rodas kristalizācijas laikā) dvīņi un sekundārie dvīņi, kas rodas jebkādas ietekmes rezultātā.

Papildus vienas vielas kristālu savstarpējai augšanai ir iespējama regulāra kristālu savstarpēja saaugšana dažādas vielas vai vienas vielas polimorfās modifikācijas, kristalizējoties dažādās singonijās. Šo procesu sauc - epitaksija.

3 . Kristālu ķīmijas pamati

Kristālu iekšējā struktūra galu galā nosaka visas tā īpašības: kristālu formu, fizikālās un ķīmiskās īpašības.

Telpiskais režģis- šī ir punktu sistēma, kas atrodas vienādu paralēli orientētu un blakus esošu paralēlskaldņu virsotnēs gar visu virsmu, aizpildot telpu bez atstarpēm.

Telpiskais režģis sastāv no bezgalīga vienāda izmēra un formas paralēlskaldņu (elementāršūnu) kopas. Franču zinātnieks O. Brave 1855. gadā konstatēja, ka ir tikai 14 telpisko režģu veidi (8. attēls). Šīs šūnas ir sadalītas divās grupās:

1) Primitīvs, kura visi mezgli atrodas tikai elementāršūnu virsotnēs.

2) Sarežģīti mezgli, kas atrodas ne tikai elementāršūnu virsotnēs, bet arī uz virsmām, malām un tilpumā.

1 - triklīnika;

2 un 3 - monoklīniska;

4,5,6 un 7 - rombveida;

8 - sešstūrains;

9 - romboedris;

10 un 11 - tetragonāls;

12,13 un 14 ir kub.

8. attēls. Četrpadsmit telpiskie režģi O. Brave

Papildus iepriekšminētajām kristālu struktūras klasifikācijām pēc telpisko režģu veida ir kristālu struktūras iedalījums tipos ķīmiskās saites starp atomiem kristālā.

Ir šādi ķīmisko saišu veidi:

A) jonu

B) metāls

B) kovalentā vai molekulārā

D) Van - der - Waals vai atlikums

D) ūdeņradis

Jonu ( heteropolārā) saite tiek novērota jonu kristāliskajās struktūrās un rodas starp diviem vienmērīgi lādētiem joniem. Savienojumi ar jonu saitēm labi šķīst ūdens šķīdumos. Šādi savienojumi slikti vada elektrību.

kovalents(homeopolārā) saite tiek veikta atomu un daļēji jonu kristāliskajās struktūrās, jo blakus atomos parādās kopīgi elektroni. Šī saite ir ļoti spēcīga, kas izskaidro minerālu palielināto cietību ar kovalento saiti. Minerāli ar šo saiti ir labi izolatori un nešķīst ūdenī.

metāls savienojums izpaužas tikai atomu ēkās. To raksturo fakts, ka atomu kodoli atrodas kristāla režģa mezglos, it kā iegremdēti gāzē, kas sastāv no brīviem elektroniem, kas pārvietojas kā gāzes daļiņas. Atoms nodod savus elektronus un kļūst par pozitīvi lādētu jonu. Dotie elektroni nav piešķirti nevienam atomam, bet ir it kā plaši izmantoti.

Šis savienojums nosaka konstrukcijas izturību. Brīva elektronu kustība nosaka šādas īpašības: laba elektrovadītspēja un siltumvadītspēja, metālisks spīdums, kaļamība (piemēram, vietējie metāli)

Furgons - der-Vāls (atlikušais) saite ir starp divām molekulām. Lai gan katra molekula ir elektrostatiski neitrāla un visi lādiņi tajā ir līdzsvaroti, daudzas molekulas ir dipols, t.i. visu molekulas pozitīvi lādēto daļiņu smaguma centrs nesakrīt ar visu negatīvi lādēto daļiņu smaguma centru. Tā rezultātā vienas molekulas dažādas daļas iegūst noteiktu lādiņu. Sakarā ar to starp abām molekulām rodas atlikušās saites. Van der Vālsa spēki ir ļoti mazi. Kristāliskās struktūras ar šo saiti ir labi dielektriķi, tām raksturīga zema cietība un trauslums. Šis saišu veids ir raksturīgs organiskiem savienojumiem. Tādējādi mēs varam teikt, ka saites raksturs nosaka visas kristālisko vielu pamatīpašības.

Jāņem vērā, ka kristāliem var būt viena veida saites, šādus kristālus sauc homodēmisks un jauktie saišu veidi, tādus kristālus sauc heterodēmisks.

Vairākos minerālos (ledus kristālos) svarīga loma ir ūdeņraža saitēm. Tie rodas vienas molekulas ūdeņraža atoma mijiedarbības rezultātā ar blakus esošo molekulu slāpekļa, skābekļa, hlora atomu. Ūdeņraža saites ir stiprākas par van der Vālsa saitēm, taču daudz vājākas par visiem citiem saišu veidiem.

3 .1 Atomu un jonu rādiusi. Koordinācijacijas numurs. Struktūras motīvi

Atomi un joni, kas veido dažādu minerālu kristālu struktūras, atrodas dažādos attālumos viens no otra. Šīs vērtības ir atkarīgas no jonu lādiņa, termodinamiskajiem apstākļiem utt.

Šo vērtību sauc par atomu (jonu rādiuss). Atomic (unviens) rādiuss sauc par minimālo attālumu, kādā dotā atoma sfēras centrs var tuvoties blakus esošo atomu virsmai.

Tiek saukts tuvāko atomu (jonu) skaits, kas ieskauj doto atomu (jonu). koordinācijas numurs.

Ir trīs veidi, kā attēlot kristāla struktūras.

1 Struktūru ar sfērām attēlošanas metode.

2 Struktūru attēlošanas metode, zīmējot bumbiņu smaguma centrus.

3 Struktūru attēlošanas metode ar koordinācijas daudzskaldni - šī metode ir ērta sarežģītu konstrukciju attēlošanai. Tā kā dažādi minerāli sastāv no dažādu formu kristāliskām struktūrām (oktaedrs, kubs utt.).

Kristālisko vielu struktūru nosaka gan pašu koordinācijas daudzskaldņu forma, gan to kombinācijas mijiedarbības raksturs, t.i. struktūras motīvs.

Ir šādi struktūru motīvi:

1 Struktūras koordinācijas motīvs.Šajā gadījumā visi koordinācijas daudzskaldņi ir savienoti viens ar otru ar kopīgām virsmām un malām.

2 Salaak motīvu struktūra. Atsevišķi koordinācijas daudzskaldņi nesaskaras viens ar otru un ir savienoti ar kopīgiem katjoniem un anjoniem.

3 Ķēdes un lentes motīvi struktūras. Šajā gadījumā koordinācijas daudzskaldņi ir savienoti viens ar otru bezgalīgās ķēdēs, kas izstieptas vienā virzienā.

4 slāņains motīvs struktūras. Koordinācijas daudzskaldņi ir savienoti viens ar otru bezgalīgos slāņos divās dimensijās. Slāņa ietvaros atsevišķi daudzskaldņi atrodas tuvu viens otram. Atsevišķi slāņi atrodas ievērojamā attālumā viens no otra.

5 Rāmja motīvs struktūras. Šajā gadījumā visas koordinācijas figūras ir savienotas viena ar otru tikai ar vienu virsotni rāmjos, kas ir bezgalīgi trīs dimensijās.

Kristālu iestatīšanas struktūru motīvs nosaka daudzas fizikālās īpašības.

Tādējādi kristālisko vielu fizikālās īpašības galvenokārt nosaka pašu atomu un jonu sastāvs, kas veido kristāliskās struktūras (īpatnējais svars, krāsa), saites veids (elektriskā vadītspēja, siltumvadītspēja, cietība, kaļamība, šķīdība) , un struktūras motīvs (cietība).

4 . Defekti kristālos

Metāla kristāli parasti ir mazi. Tāpēc metāla izstrādājums sastāv no ļoti liela skaita kristālu.

Šādu struktūru sauc par polikristālisku. Polikristāliskā agregātā atsevišķi kristāli nespēj iegūt pareizo formu. Tiek saukti neregulāras formas kristāli polikristāliskā agregātā graudi, vai kristalīti. Tomēr šis nosacījums nav vienīgais. Aukstā plastiskā deformācija (velmēšana, vilkšana utt.) noved pie labvēlīgas graudu orientācijas (tekstūra). Prioritārās orientācijas pakāpe var būt dažāda un var atšķirties no nejauša sadalījuma līdz stāvoklim, kurā visi kristāli ir orientēti vienādi.

Ar ļoti lēnu siltuma noņemšanu kristalizācijas laikā, kā arī ar citu speciālu metožu palīdzību var iegūt metāla gabalu, kas ir monokristāls, t.s. viens kristāls. Liela izmēra monokristāli (sver vairākus simtus gramu) tiek izgatavoti zinātniskiem pētījumiem, kā arī dažām īpašām tehnoloģiju nozarēm (pusvadītājiem).

Pētījumi liecina, ka grauda iekšējā kristāliskā struktūra nav pareiza.

Tiek sauktas novirzes no ideālā atomu izvietojuma kristālos defektiem. Tiem ir liela, dažkārt izšķiroša ietekme uz kristālisko vielu īpašībām.

Rada nepareizs atsevišķu atomu izvietojums kristāla režģī punktu defekti. Kristālā, kas sastāv no identiskiem atomiem, piemēram, metāla kristālā, kādā režģa daļā viens no atomiem var nebūt. Tās vietā būs dobums, ap to - deformēta struktūra. Tādu defektu sauc vakance. Ja dotās vielas atoms vai piemaisījuma atoms iekrīt starp atomiem režģa vietās, tad iegulšanas defekts(9. attēls).

Attēls kļūst sarežģītāks, pārejot no metāla kristāla uz jonu kristālu. Šeit jāievēro elektroneitralitāte, tāpēc defektu veidošanās ir saistīta ar lādiņu pārdali. Tādējādi katjonu vakances parādīšanos pavada anjonu vakances parādīšanās; šāda veida jonu kristāla defektu sauc par defektu Šotkijs. Jona ievadīšanu intersticiālajā vietā pavada brīvas vietas parādīšanās tās bijušajā vietā, ko var uzskatīt par pretējās zīmes lādiņa centru; šeit mums ir defekts Frenkels. Šie vārdi doti par godu austriešu zinātniekam Šotkim un padomju fiziķim Ya.I. Frenkels.

Punktu defekti rodas dažādu iemeslu dēļ, tostarp daļiņu termiskās kustības rezultātā. Vakances var pārvietoties ap kristālu - blakus esošais atoms iekrīt tukšumā, tā vieta tiek atbrīvota utt. Tas izskaidro difūziju cietās vielās un sāls un oksīda kristālu jonu vadītspēju, kas kļūst pamanāma augstā temperatūrā.

Papildus punktveida defektiem, kas tiek aplūkoti kristālos, vienmēr ir arī dislokācijas- defekti, kas saistīti ar atomu rindu pārvietošanos. Dislokācijas ir mala un skrūve. Pirmie ir radušies ar atomiem piepildītu plakņu lūzumu dēļ; otrs - ar tai perpendikulāras ass savstarpēju nobīdi. Dislokācijas var pārvietoties ap kristālu; šis process notiek kristālisko materiālu plastiskās deformācijas laikā.

Iedomājieties, ka kristāla režģī nez kāpēc parādījās papildu atomu pusplakne, t.s. ārpusplaknes(10. attēls). Šādas plaknes 3-3 mala veidojas līnijas defekts(nepilnība) no režģa, ko sauc malas dislokācija. Malas dislokācija var izstiepties garumā pāri daudziem tūkstošiem režģa parametru, tā var būt taisna, bet var arī izliekties vienā vai otrā virzienā. Robežā tas var savērpties spirālē, veidojot skrūves dislokāciju. Ap dislokāciju rodas elastīga režģa deformācijas zona. Attālums no defekta centra līdz režģa vietai bez kropļojumiem tiek pieņemts vienāds ar dislokācijas platumu, tas ir mazs un vienāds ar vairākiem atomu attālumiem.

a - vakances; b - aizvietots atoms; iegultais atoms

9. attēls. Punktu defektu shēma

10. attēls. Dislokācija kristāla režģī

11. attēls. Dislokācijas pārvietošana

Sakarā ar režģa izkropļojumu dislokāciju apgabalā (11. attēls, a), pēdējais tiek viegli pārvietots no neitrālās pozīcijas, un blakus esošā plakne, pārejot uz starpstāvokli (11. attēls, b), pārvēršas par papildu. plakne (11. attēls, c), veidojot dislokāciju gar malas atomiem. Tādējādi dislokācija var pārvietoties (vai drīzāk, pārraidīt kā stafetes sacensības) pa noteiktu plakni (slīdēšanas plakni), kas atrodas perpendikulāri ārpusplaknei. Saskaņā ar mūsdienu priekšstatiem parastajos tīrajos metālos dislokācijas blīvums, t.i. dislokāciju skaits 1 cm 3 pārsniedz miljonu.Metālu mehāniskās īpašības ir atkarīgas no dislokāciju skaita un jo īpaši no to kustības un vairošanās spējas.

Tādējādi kristāla struktūras regularitāti pārkāpj divu veidu defekti - punkts ( vakances) un lineārs ( dislokācijas). Vakances nepārtraukti pārvietojas režģī, kad tam blakus esošais atoms nonāk "caurumā", atstājot savu veco vietu tukšu. Temperatūras un atomu termiskās mobilitātes paaugstināšanās palielina šādu notikumu skaitu un palielina vakanču skaitu.

Lineārie defekti nepārvietojas spontāni un haotiski, piemēram, vakances. Tomēr pietiek ar nelielu spriegumu, lai dislokācija sāktu kustēties, veidojot plakni, un griezumā slīdēšanas līniju. NO(12. attēls). Kā minēts iepriekš, ap dislokācijām tiek izveidots deformēta kristāla režģa lauks. Kristāla režģa deformācijas enerģiju raksturo t.s Burgeru vektors.

12. attēls. Bīdes plakne (C) kā dislokācijas kustības pēda (A-A); B-ekstraplāns

Ja ap dislokāciju + ir novilkta kontūra ABCD (13. attēls), tad kontūras BC posms sastāvēs no sešiem segmentiem, bet posms AB no pieciem. Starpība BC-AD=b, kur b ir Burgers vektora lielums. Ja vairākas dislokācijas (kristāla režģa deformācijas zonas, kas pārklājas vai saplūst) ir apvilktas ar kontūru, tad tās vērtība atbilst katras dislokācijas Burgers vektoru summai. Spēja pārvietot dislokācijas ir saistīta ar Burgers vektora lielumu.

13. attēls. Shēma Burgers vektora noteikšanai lineārai dislokācijai

4.1 Virsmas defekti

Virsmas režģa defekti ietver kraušanas defektus un graudu robežas.

Iepakojuma defekts. Parastas pilnīgas dislokācijas kustības laikā atomi secīgi nonāk no viena līdzsvara stāvokļa otrā, un daļējas dislokācijas kustības laikā atomi pārvietojas jaunās pozīcijās, kas nav raksturīgas konkrētajam kristālrežģim. Rezultātā materiālā parādās iepakojuma defekts. Kraušanas defektu parādīšanās ir saistīta ar daļēju dislokāciju kustību.

Gadījumā, ja kraušanas bojājuma enerģija ir liela, dislokācijas sadalīšana daļējās ir enerģētiski nelabvēlīga, un gadījumā, ja kraušanas defekta enerģija ir zema, dislokācijas tiek sadalītas daļējās un kraušanas. starp tiem parādās kļūme. Materiāli ar zemu sakraušanas defektu enerģiju ir stiprāki nekā materiāli ar augstu sakraušanas bojājumu enerģiju.

graudu robežas ir šaurs pārejas apgabals starp diviem neregulāras formas kristāliem. Graudu robežu platums, kā likums, ir 1,5–2 starpatomu attālumi. Tā kā atomi pie graudu robežām ir pārvietoti no līdzsvara stāvokļa, graudu robežu enerģija tiek palielināta. Graudu robežas enerģija būtībā ir atkarīga no blakus esošo graudu kristālisko režģu nepareizās orientācijas leņķa. Pie maziem nepareizas orientācijas leņķiem (līdz 5 grādiem) graudu robežas enerģija ir praktiski proporcionāla nepareizas orientācijas leņķim. Pie nepareizas orientācijas leņķiem, kas pārsniedz 5 grādus, dislokāciju blīvums pie graudu robežām kļūst tik liels, ka dislokācijas serdeņi saplūst.

Graudu robeženerģijas (Egr) atkarība no nepareizas orientācijas leņķa (q). qsp 1 un qsp 2 - īpašu robežu nepareizas orientācijas leņķi.

Atsevišķos blakus esošo graudu nepareizas orientācijas leņķos graudu robežu enerģija strauji samazinās. Šādas graudu robežas sauc par īpašām. Attiecīgi robežu nepareizas orientācijas leņķus, pie kuriem robežu enerģija ir minimāla, sauc par īpašiem leņķiem. Graudu rafinēšana noved pie metāla materiālu elektriskās pretestības palielināšanās un dielektriķu un pusvadītāju elektriskās pretestības samazināšanās.

5 . Atomu-kristāliskā struktūra

Jebkura viela var būt trīs agregācijas stāvokļos - cietā, šķidrā un gāzveida.

Cieta viela gravitācijas ietekmē saglabā savu formu, un šķidrums izplatās un iegūst trauka formu. Tomēr šī definīcija nav pietiekama, lai raksturotu vielas stāvokli.

Piemēram, cietais stikls karsējot kļūst mīkstāks un pakāpeniski pārvēršas šķidrā stāvoklī. Arī apgrieztā pāreja notiks raiti – šķidrais stikls sabiezē līdz ar temperatūras pazemināšanos un, visbeidzot, sabiezē līdz "cietam" stāvoklim. Stiklam nav noteiktas pārejas temperatūras no šķidruma uz “cieto” stāvokli, un nav temperatūras (punkta) krasām īpašību izmaiņām. Tāpēc ir dabiski uzskatīt "cieto" stiklu par stipri sabiezinātu šķidrumu.

Tāpēc pāreja no cietas uz šķidrumu un no šķidra uz cietā stāvoklī(kā arī no gāzveida uz šķidrumu) notiek noteiktā temperatūrā, un to pavada krasas īpašību izmaiņas.

Gāzēs daļiņu (atomu, molekulu) izvietojumā nav likumsakarības; daļiņas pārvietojas nejauši, atgrūž viena otru, un gāzei ir tendence aizņemt pēc iespējas lielāku tilpumu.

Cietās vielās atomu izvietojums ir noteikts, regulārs, savstarpējās pievilkšanās un atgrūšanās spēki ir līdzsvaroti, cietais ķermenis saglabā savu formu.

14. attēls. Cietā, šķidrā un gāzveida stāvokļa apgabali atkarībā no temperatūras un spiediena

Šķidrumā daļiņas (atomi, molekulas) saglabā tikai t.s slēgt pasūtījumu, tie. kosmosā regulāri atrodas neliels skaits atomu, nevis visa tilpuma atomi, kā tas ir cietā ķermenī. Īsā diapazona kārtība ir nestabila: tā vai nu rodas, vai pazūd enerģētisko termisko vibrāciju ietekmē. Tādējādi šķidrais stāvoklis it kā ir starpposms starp cietu un gāzveida; atbilstošos apstākļos ir iespējama tieša pāreja no cieta stāvokļa uz gāzveida stāvokli bez starpkausēšanas, sublimācija(14. attēls). Raksturo pareizs, regulārs daļiņu (atomu, molekulu) izvietojums telpā kristāliskais stāvoklis.

Kristālisko struktūru var iedomāties kā telpisku režģi, kura mezglos atrodas atomi (15. attēls).

Metālos kristāla režģa mezglos ir nevis atomi, bet gan pozitīvi lādēti, un starp tiem pārvietojas brīvie elektroni, bet parasti saka, ka kristāla režģa mezglos ir atomi.

15. attēls. Elementārā kristāla šūna (vienkāršā kubiskā)

5. 2 Metālu kristāla režģi

Kristālisko stāvokli galvenokārt raksturo noteikts, regulārs atomu izvietojums telpā . Tas nosaka, ka kristālā katram atomam ir vienāds tuvāko atomu skaits - kaimiņi, kas atrodas vienādā attālumā no tā. Metāla atomu (jonu) vēlme atrasties pēc iespējas tuvāk vienam otram, blīvākam, noved pie tā, ka metālu atomu savstarpējās izkārtošanās kombināciju skaits kristālos ir mazs.

Ir vairākas shēmas un metodes atomu savstarpējā izvietojuma kristālā variantu aprakstīšanai. Atomu savstarpējais izvietojums vienā no plaknēm parādīts atomu izkārtojuma diagrammā (15. attēls). Caur atomu centriem novilktas iedomātas līnijas veido režģi, kura mezglos atrodas atomi (pozitīvi lādēti nav); šis tā sauktais kristāla plakne. Vairāki kristālogrāfisko plakņu atkārtojumi, kas sakārtoti paralēli reproducē telpiskais kristāla režģis, kuru mezgli ir atomu (jonu) atrašanās vieta. Tiek mērīti attālumi starp blakus esošo atomu centriem angstroms(1 A 10–8 cm) vai collā kiloix - kX x (1 kX=1,00202 A). Atomu savstarpējo izvietojumu telpā un vērtību starp atomu attālumiem nosaka ar rentgenstaru difrakcijas analīzi. Atomu izvietojums kristālā ir ļoti ērti attēlots telpisku shēmu veidā, t.s. elementāras kristāliskās šūnas. Zem elementārā kristāla šūnas ir domāts mazākais atomu komplekss, kas, atkārtojoties telpā, ļauj reproducēt telpisko kristāla režģi. Vienkāršākais kristāla šūnu veids ir kubiskais režģis. Vienkāršā kubiskā režģī atomi nav pietiekami cieši salikti. Metāla atomu vēlme ieņemt vietas, kas ir vistuvāk viena otrai, noved pie cita veida režģu veidošanās: kubiskā ķermeņa centrā( 16. attēls, a), kubiskā seja centrēta( 16. attēls, b) unsešstūraina cieši iesaiņota(16. attēls , e). Tāpēc metāliem ir lielāks blīvums nekā nemetāliem.

Apļi, kas attēlo atomus, atrodas kuba centrā un gar tā virsotnēm (uz ķermeni centrēts kubs) vai šķautņu centros un gar kuba virsotnēm (kubs ar seju) vai sešstūra formā. , kuras iekšpusē ir arī puse ievietots sešstūris, kura augšējās plaknes trīs atomi atrodas sešstūra prizmas (sešstūra režģa) iekšpusē.

16. attēlā redzamā kristāla režģa attēlveidošanas metode ir nosacīta (tāpat kā jebkura cita). Var būt pareizāk atomus attēlot kristāla režģī kontaktu lodīšu veidā (16. attēlā redzamās diagrammas pa kreisi). Tomēr šāds kristāla režģa attēls ne vienmēr ir ērts par pieņemto (labās diagrammas 16. attēlā).

a - kubiskā ķermeņa centrā;

b - kubiskā seja centrēta;

c-sešstūrains cieši iesaiņots

16. attēls. Elementārās kristāla šūnas

6 . Metālu kristalizācija

6 .1 Trīs vielas stāvokļi

Jebkura viela, kā zināms, var būt trīs agregācijas stāvokļi: gāzveida, šķidra un cieta. Tīros metālos noteiktās temperatūrās notiek agregācijas stāvokļa izmaiņas: kušanas temperatūrā cietais stāvoklis tiek aizstāts ar šķidru stāvokli, šķidrais stāvoklis viršanas temperatūrā kļūst gāzveida. Pārejas temperatūras ir atkarīgas no spiediena (17. attēls), bet pastāvīgā spiedienā tās ir diezgan noteiktas.

Kušanas temperatūra ir īpaši svarīga metāla īpašību konstante. Tas atšķiras dažādiem metāliem ļoti plašā diapazonā - no mīnus 38,9 ° C, dzīvsudrabam - viskausējamākajam metālam, kas istabas temperatūrā ir šķidrā stāvoklī, līdz 3410 ° C ugunsizturīgākajam metālam - volframam.

Kausējamo metālu (alvas, svina utt.) zemā izturība (cietība) istabas temperatūrā galvenokārt ir saistīta ar to, ka šiem metāliem istabas temperatūra ir mazāka no kušanas temperatūras nekā ugunsizturīgiem metāliem.

Pārejot no šķidruma uz cietu stāvokli, veidojas kristāliskais režģis, parādās kristāli. Tādu procesu sauc kristalizācija.

Sistēmas enerģētisko stāvokli, kurā ir milzīgs skaits daļiņu (atomu, molekulu), ko sedz termiskā kustība, raksturo īpaša termodinamiskā funkcija F, t.s. bezmaksas enerģija (brīvā enerģija F= (U - TS), kur U - sistēmas iekšējā enerģija; T- absolūtā temperatūra; S-entropija).

17. attēls. Šķidrā un kristāliskā stāvokļa brīvās enerģijas izmaiņas atkarībā no temperatūras

Temperatūrā, kas vienāda ar T s, šķidrā un cietā stāvokļa brīvā enerģija ir vienāda, metāls abos stāvokļos ir līdzsvarā. Šī temperatūra T s un ēst līdzsvars vai teorētiskā kristalizācijas temperatūra.

Tomēr, kad T s kristalizācijas (kušanas) process nevar notikt, jo noteiktā temperatūrā

Lai sāktu kristalizāciju, ir nepieciešams, lai process būtu termodinamiski labvēlīgs sistēmai un to pavada sistēmas brīvās enerģijas samazināšanās. No līknēm, kas parādītas 17. attēlā, var redzēt, ka tas ir iespējams tikai tad, kad šķidrums ir atdzesēts zem punkta T s. Temperatūru, kurā praktiski sākas kristalizācija, var saukt faktiskā kristalizācijas temperatūra.

Šķidruma atdzišanu zem līdzsvara kristalizācijas temperatūras sauc hipotermija. Šie iemesli arī nosaka, ka apgrieztā transformācija no kristāliskā stāvokļa uz šķidru stāvokli var notikt tikai virs temperatūras T s šo fenomenu sauc pārkaršana.

Pārdzesēšanas vērtība vai pakāpe ir starpība starp teorētisko un faktisko kristalizācijas temperatūru.

Ja, piemēram, antimona teorētiskā kristalizācijas temperatūra ir 631°C un pirms kristalizācijas procesa sākuma šķidrais antimons tika pārdzesēts līdz 590°C un kristalizējies šajā temperatūrā, tad pārdzesēšanas pakāpe. P nosaka starpība 631-590=41°C. Metāla pārejas procesu no šķidruma uz kristālisku stāvokli var attēlot ar līknēm koordinātēs laiks - temperatūra (18. attēls).

Metāla dzesēšanu šķidrā stāvoklī pavada pakāpeniska temperatūras pazemināšanās, un to var saukt par vienkāršu dzesēšanu, jo stāvoklī nav kvalitatīvu izmaiņu.

Kad tiek sasniegta kristalizācijas temperatūra, temperatūras-laika līknē parādās horizontāla platforma, jo siltuma atdalīšanu kompensē kristalizācijas laikā izdalītais siltums latentais kristalizācijas siltums. Kristalizācijas beigās, t.i. pēc pilnīgas pārejas uz cietu stāvokli temperatūra atkal sāk pazemināties, un kristāliskā cietā viela atdziest. Teorētiski kristalizācijas procesu attēlo līkne 1 . 2. līkne parāda faktisko kristalizācijas procesu. Šķidrumu nepārtraukti atdzesē līdz atdzesēšanas temperatūrai T p , zem teorētiskās kristalizācijas temperatūras T s. Atdzesējot zem temperatūras T s tiek radīti enerģijas apstākļi, kas nepieciešami kristalizācijas procesa norisei.

18. attēls. Dzesēšanas līknes kristalizācijas laikā

6 .2 Mehānismskristalizācijas process

Vēl 1878. gadā D.K. Černovs, pētot lietā tērauda struktūru, norādīja, ka kristalizācijas process sastāv no diviem elementārprocesiem. Pirmais process ir mazāko kristālu daļiņu dzimšana, ko Černovs nosauca par "rudimentiem", un tagad tos sauc mikrobi, vai kristalizācijas centri. Otrais process sastāv no kristālu augšanas no šiem centriem.

Tiek saukts augt spējīga dīgļa minimālais izmērs kritiskais embrija izmērs, un tādu embriju sauc ilgtspējīga.

Kristālisko veidojumu forma

Faktisko kristalizācijas interesi sarežģī dažādu faktoru darbība, kas procesu ietekmē tik spēcīgi, ka pārdzesēšanas pakāpes loma var kļūt kvantitatīvi sekundāra.

Kristalizācijas laikā no šķidra stāvokļa tādi faktori kā siltuma noņemšanas ātrums un virziens, neizšķīdušo daļiņu klātbūtne, šķidruma konvekcijas strāvu klātbūtne utt. kļūst ārkārtīgi svarīgi procesa ātrumam un formai. no izveidotajiem kristāliem.

Kristāls aug ātrāk siltuma noņemšanas virzienā nekā otrā virzienā.

Ja augoša kristāla sānu virsmā parādās tuberkuloze, tad kristāls iegūst spēju augt sānu virzienā. Rezultātā veidojas kokam līdzīgs kristāls, t.s dendrīts, kura shematiskā uzbūve, kuru pirmo reizi attēlojis D.K.Černovs, parādīta 19.attēlā.

19. attēls. Dendrīta shēma

Lieta struktūra

Lietā lietņa struktūra sastāv no trim galvenajām zonām (20. attēls). Pirmā zona – āra smalkgraudaina miza 1, kas sastāv no dezorientētiem maziem kristāliņiem – dendritiem. Pirmajā saskarē ar veidnes sienām plānā blakus esošā šķidrā metāla slānī notiek straujš temperatūras gradients un pārdzesēšanas parādība, kas izraisa lielu kristalizācijas centru veidošanos. Rezultātā garoza iegūst smalkgraudainu struktūru.

Otrā lietņa zona - kolonnu kristālu zona 2. Pēc pašas garozas veidošanās mainās siltuma atdalīšanas apstākļi (termiskās pretestības, veidnes sienas temperatūras paaugstināšanās un citu iemeslu dēļ), temperatūras gradients blakus esošajā šķidrā metāla slānī strauji samazinās un līdz ar to. , tērauda pārdzesēšanas pakāpe samazinās. Rezultātā no neliela skaita kristalizācijas centru sāk augt kolonnu kristāli, kas parasti ir orientēti uz garozas virsmu (ti, siltuma noņemšanas virzienā).

Lieta trešā zona - vienāda kristāla zona3 . Lieta centrā vairs nav noteikta siltuma pārneses virziena. “Cietošā metāla temperatūrai ir laiks gandrīz pilnībā izlīdzināties dažādos punktos, un šķidrums pārvēršas it kā putrīgā stāvoklī, jo dažādos tā punktos veidojas kristālu rudiments. Tālāk rudimenti aug ar cirvjiem - zariem dažādos virzienos, kas satiekas viens ar otru ”(Černovs D.K.). Šī procesa rezultātā veidojas vienāda struktūra. Kristāla kodoli šeit parasti ir dažādi sīki ieslēgumi, kas atrodas šķidrā tēraudā, vai nejauši iekļuvuši tajā, vai nav izšķīduši šķidrajā metālā (-ugunsizturīgie komponenti).

Liela nozīme ir kolonnu un vienādainu kristālu zonas relatīvajam sadalījumam lietņa tilpumā.

Kolonnu kristālu zonā metāls ir blīvāks, tajā ir mazāk čaulu un gāzes burbuļu. Tomēr kolonnu kristālu savienojumiem ir zema izturība. Tiek saukta kristalizācija, kas noved pie kolonnu kristālu zonu savienojuma transkristalizācija.

Šķidram metālam ir lielāks tilpums nekā kristalizētajam, tāpēc kristalizācijas laikā veidnē ielietajam metālam samazinās tilpums, kas noved pie tukšumu veidošanās, t.s. saraušanās čaumalas; saraušanās dobumi var būt vai nu koncentrēti vienā vietā, vai izkaisīti pa visu lietņa tilpumu vai tā daļā. Tos var piepildīt ar gāzēm, kas šķīst šķidrā metālā, bet izdalās kristalizācijas laikā. Akā deoksidēta t.s mierīgs tērauds, ieliets veidnē ar izolētu pagarinājumu, lietņa augšējā daļā veidojas saraušanās dobums, un visa lietņa tilpums satur nelielu skaitu gāzes burbuļu un dobumu (21. attēls, a). nepietiekami deoksidēti, t.s verdošs tērauds, satur čaumalas un tulznas (21. attēls, b).

20. attēls. Tērauda lietņa uzbūves shēma

21. attēls. Rukuma dobumu un tukšumu sadalījums mierīgos (a) un vārošos (b) tēraudos

7 . Metāla deformācija

7.1 Elastīgā un plastiskā deformācija

Sprieguma pielikšana materiālam izraisa deformāciju. Deformācija var būt elastīgs, pazūd pēc slodzes noņemšanas, un plastmasas, paliek pēc izkraušanas.

Elastīgajām un plastiskajām deformācijām ir būtiska fiziska atšķirība.

Elastīgās deformācijas laikā ārēja spēka ietekmē mainās attālums starp atomiem kristāla režģī. Noņemot slodzi, tiek novērsts cēlonis, kas izraisīja starpatomu attāluma izmaiņas, atomi atgriežas sākotnējās vietās un deformācija pazūd.

Plastiskā deformācija ir pavisam cits, daudz sarežģītāks process. Plastiskās deformācijas laikā viena kristāla daļa pārvietojas (nobīdās) attiecībā pret otru. Ja slodze tiek noņemta, kristāla pārvietotā daļa vairs neatgriezīsies savā vecajā vietā; deformācija saglabāsies. Šīs nobīdes konstatē ar mikrostrukturālo pārbaudi, kā parādīts, piemēram, 22. attēlā.

...

Līdzīgi dokumenti

Minerālu kā kristālisku un amorfu ķermeņu morfoloģija, Mosa skala. Makroskopiskajā diagnostikā izmantoto minerālu īpašības. Akmeņu laikapstākļi. Enerģijas avots, faktori, laikapstākļu veidi, ģeoloģiskais rezultāts: dēdēšanas garoza.

tests, pievienots 29.01.2011


Minerālu optiskās un elektriskās īpašības, derīgo izrakteņu izmantošanas jomas zinātnē un tehnikā. "Fosfātu" klases minerālu raksturojums. Klasiskie nogulumieži, grafīta atradnes, atradņu ģenētisko tipu raksturojums.

tests, pievienots 20.12.2010


Minerālu ģenēzes kā jebkuru ģeoloģisko veidojumu rašanās procesa izpēte. Galvenie ģenēzes veidi: endogēns, eksogēns un metamorfs. Kristālu audzēšanas metodes: no tvaika, hidrotermiskā šķīduma, šķidrās un cietās fāzes.

abstrakts, pievienots 23.12.2010


Ķermeņa deformācija kā ķermeņa formas un tilpuma izmaiņas ārējo spēku ietekmē, tās šķirnes: elastīga, plastiska, paliekoša, trausla. Kroku struktūra, to sastāvdaļas un izpēte, morfoloģiskā klasifikācija, ģeoloģiskie apstākļi izglītība.

prezentācija, pievienota 23.02.2015


Kristālu klasifikācijas principi. Volframāta klases minerālu fizikālās īpašības, izcelsme un pielietojums. Amorfo ķermeņu pazīmes. Kristālisko vielu īpašības. Nogulumiežu izcelsmes melnās metalurģijas minerāli, to veidošanās mehānisms.

tests, pievienots 03.04.2012


Minerālu morfoloģija, to īpašības, sastāva un struktūras atkarība. Mineraloģijas attīstība, saikne ar citām zemes zinātnēm. Minerālu formas dabā. Dabisko un mākslīgo minerālu pieradums, to īpatnējais blīvums un trauslums. Mosa cietības skala.

prezentācija, pievienota 25.01.2015


Minerālu jēdziens un vieta dabā, to uzbūve un nozīme cilvēka organismā, veselībai nepieciešamo devu noteikšana. Minerālu izpētes vēsture no seniem laikiem līdz mūsdienām. Minerālu klasifikācija, to fizikālās un ķīmiskās īpašības.

abstrakts, pievienots 22.04.2010


Minerālu fizikālās īpašības un to izmantošana kā diagnostikas pazīmes. Iežu jēdziens un to klasifikācijas pamatprincipi. Dabas aizsardzība derīgo izrakteņu atradņu attīstībā. Ģeoloģisko griezumu sastādīšana.

kontroles darbs, pievienots 16.12.2015


Oksīdu veidošanās, kas saistīta ar dažādiem ģeoloģiskiem procesiem: endogēniem, eksogēniem un metamorfiem. Arsenolīta – reta minerāla, arsēna oksīda – fizikālās īpašības. Ķīmiskā formula, morfoloģija, šķirnes un kvarca veidošanās.

prezentācija, pievienota 02.05.2016


Minerālu ģenēzes, paraģenēzes, tipomorfisma un citu ģenētisko pazīmju definīcija un izpratne. Ģenētiskās mineraloģijas nozīme. Derīgo izrakteņu izmaiņas dažādu ģeoloģisko un fizikāli ķīmisko procesu laikā un dažādos zemes garozas apgabalos.

materiāliem
elektroniskā inženierija
2. lekcija
Ph.D., asoc. Marončuks I.I.

Kristalogrāfijas pamati

IEVADS
Lielākā daļa mūsdienu strukturālo materiālu, t.sk
un kompozīts - tās ir kristāliskas vielas. Kristāls
ir regulāri sakārtotu atomu kolekcija,
veidojot regulāru struktūru, kas spontāni radās no
nesakārtotā vide ap viņu.
Atomu simetriskā izkārtojuma iemesls ir
kristāla tieksme uz brīvās enerģijas minimumu.
Kristalizācija (kārtības rašanās no haosa, tas ir, no risinājuma,
pāris) notiek ar tādu pašu neizbēgamību kā, piemēram, process
krītošie ķermeņi. Savukārt tiek sasniegta minimālā brīvā enerģija
ar vismazāko virsmas atomu daļu struktūrā, tāpēc
pareizas iekšējās atomu struktūras ārējā izpausme
kristāliskie ķermeņi ir kristālu šķautne.
1669. gadā dāņu zinātnieks N. Stenons atklāja leņķu noturības likumu:
leņķi starp atbilstošajām kristāla virsmām ir nemainīgi un
raksturīga šai vielai. Katrs cietais ķermenis sastāv no
mijiedarbojošās daļiņas. Šīs daļiņas, atkarībā no
matērijas daba, var būt atsevišķi atomi, atomu grupas,
molekulas, joni utt. Attiecīgi attiecības starp tām ir:
atomu (kovalentā), molekulārā (Van der Wals saite), jonu
(polārais) un metālisks.

Mūsdienu kristalogrāfijā ir četras
virzieni, kas zināmā mērā ir saistīti ar vienu
citi:
- ģeometriskā kristalogrāfija, kas pēta dažādas
kristālu formas un to simetrijas likumi;
- strukturālā kristalogrāfija un kristāla ķīmija,
kas pēta atomu telpisko izvietojumu
kristāli un tā atkarība no ķīmiskā sastāva un
kristālu veidošanās apstākļi;
- kristāla fizika, kas pēta iekšējo ietekmi
kristālu struktūra pēc to fizikālajām īpašībām;
- fizikālā un ķīmiskā kristalogrāfija, kas pēta
mākslīgo kristālu veidošanās jautājumi.

TELPISKĀ REŽĒGU ANALĪZE
Telpiskā režģa jēdziens un elementārs
šūna
Pētot jautājumu par ķermeņu kristālisko uzbūvi
Pirmkārt, jums ir jābūt skaidrai izpratnei par
termini: "telpiskais režģis" un "elementārs".
šūna". Šie termini tiek lietoti ne tikai
kristalogrāfijā, bet arī vairākās saistītās zinātnēs
apraksti par to, kā tie ir izvietoti telpā
materiāla daļiņas kristāliskajos ķermeņos.
Kā zināms, kristāliskajos ķermeņos, atšķirībā no
amorfas materiāla daļiņas (atomi, molekulas,
joni) ir sakārtoti noteiktā secībā, uz
noteiktā attālumā viens no otra.

Telpiskais režģis ir diagramma, kas parāda
materiāla daļiņu izvietojums telpā.
Telpiskais režģis (att.) faktiski sastāv no
komplekti
identisks
paralēlskaldnis,
kuras
pilnībā, bez atstarpēm, aizpildiet vietu.
Materiāla daļiņas parasti atrodas mezglos
režģis - tā malu krustošanās punkti.
Telpiskais režģis

Elementārā šūna ir
vismazāk
paralēlskaldnis, ar
ar kuru jūs varat
veidot kopumu
telpiskais režģis
caur nepārtrauktu
paralēli pārsūtījumi
(raidījumi) trijos
telpas virzieni.
Elementārās šūnas veids
attēlā parādīts.
Trīs vektori a, b, c, kas ir elementārās šūnas malas,
sauc par tulkošanas vektoriem. To absolūtā vērtība (a,
b, c) ir režģa periodi vai aksiālās vienības. Injicēts iekšā
apsvērums un leņķi starp tulkošanas vektoriem - α (starp
vektori b, c), β (starp a, c) un γ (starp a, b). Tātad
Tādējādi elementāru šūnu nosaka seši lielumi: trīs
perioda vērtības (a, b, c) un trīs leņķu vērtības starp tām
(α, β, γ).

Vienības šūnu atlases noteikumi
Pētot elementārās šūnas jēdzienus, vajadzētu
ņemiet vērā, ka lielums un virziens
tulkojumus telpiskajā režģī var izvēlēties dažādos veidos, tāpēc vienības šūnas forma un izmērs
būs savādāk.
Uz att. tiek aplūkots divdimensiju gadījums. Parādīts dzīvoklis
režģa sietu un Dažādi ceļi atlases dzīvoklis
elementārā šūna.
Atlases metodes
elementārā šūna

XIX gadsimta vidū. Franču kristalogrāfs O. Brave
ierosināja šādus nosacījumus elementāra izvēlei
šūnas:
1) elementāršūnas simetrijai jāatbilst
telpiskā režģa simetrijas;
2) vienādu malu un vienādu leņķu skaits starp malām
jābūt maksimālam;
3) taisnu leņķu klātbūtnē starp ribām to skaits
jābūt maksimālam;
4) ievērojot šos trīs nosacījumus, apjoms
elementārajai šūnai jābūt minimālai.
Pamatojoties uz šiem noteikumiem, Bravais pierādīja, ka pastāv
tikai 14 veidu elementārās šūnas, kuras saņēma
tulkojošo nosaukumu nosaukums, jo tos veidojis
tulkošana - nodošana. Šie režģi atšķiras viens no otra.
citi pēc raidījumu apjoma un virziena, un no šejienes
elementārās šūnas formas un skaita atšķirība
mezgli ar materiāla daļiņām.

Primitīvas un sarežģītas elementāršūnas
Pēc mezglu skaita ar materiāla daļiņām, elementāri
šūnas ir sadalītas primitīvajās un kompleksajās. AT
primitīvas Bravai šūnas, materiālu daļiņas ir
tikai virsotnēs, kompleksā - virsotnēs un papildus
šūnas iekšpusē vai uz tās virsmas.
Kompleksās šūnas ietver uz ķermeni centrētu I,
seja centrēta F un pamatne centrēta C. Att.
tiek parādītas elementāras Bravais šūnas.
Bravais elementārās šūnas: a - primitīvas, b -
centrēts uz pamatni, c – centrēts uz ķermeni, d –
vērsta uz seju

Uz ķermeni centrētajā šūnā ir papildu mezgls
šūnas centrs, kas pieder tikai šai šūnai, tātad
šeit ir divi mezgli (1/8x8+1 = 2).
Seju centrētā šūnā mezgli ar materiāla daļiņām
papildus šūnas virsotnēm atrodas arī visu sešu skaldņu centros.
Šādi mezgli vienlaikus pieder divām šūnām: dotajai un
cits blakus tam. Šīs šūnas daļai katra no šīm
mezgli pieder 1/2 daļai. Tāpēc seju centrētā
šūnai būs četri mezgli (1/8x8+1/2x6 = 4).
Tāpat šūnā, kas centrēta uz bāzi, ir 2 mezgli
(1/8х8+1/2х2 = 2) ar materiāla daļiņām. Pamatinformācija
par elementārajām Bravais šūnām ir norādītas zemāk tabulā. 1.1.
Primitīvā Bravais šūna satur tikai tulkojumus a,b,c
pa koordinātu asīm. Uz ķermeni vērstā šūnā
tiek pievienots vēl viens tulkojums pa telpisko diagonāli -
uz mezglu, kas atrodas šūnas centrā. centrēta sejā
papildus aksiālajiem tulkojumiem a,b,c ir papildu
tulkojums pa seju diagonālēm un pamatnes centrā -
gar sejas diagonāli, kas ir perpendikulāra Z asij.

1.1. tabula
Pamatinformācija par primitīvām un sarežģītām Bravais šūnām
Pamats
Režģa veids Brave
Numurs Major
tulkošanas mezgli
Primitīvais R
1
a,b,c
Korpuss centrēts 2
jā es
a,b,c,(a+b+c)/2
[]
seja centrēta
F
a,b,c,(a+b)/2,(a+c)/2,
(b+c)/2
[]
a,b,c,(a+b)/2
[]
4
Pamatnes centrā С 2
Bāze tiek saprasta kā koordinātu kopa
minimālais mezglu skaits, izteikts aksiāli
vienības, kuras pārraidot var iegūt visu
telpiskais režģis. Pamats ir uzrakstīts dubultā
kvadrātiekavās. Pamata koordinātas dažādām
Bravai šūnu veidi ir norādīti 1.1. tabulā.

Bravai elementārās šūnas
Atkarībā no formas visas Bravais šūnas tiek sadalītas starp
septiņas kristālu sistēmas (sigonijas). Vārds
"Syngonia" nozīmē līdzību (no grieķu σύν - "saskaņā ar,
kopā, blakus", un γωνία - "stūris"). Katra singonija atbilst
daži simetrijas elementi. Tabulā. attiecības
starp režģa periodiem a, b, c un aksiālajiem leņķiem α, β, γ
katra singonija
Singonija
Triklīnika
Monoklīnika
Rombisks
tetragonāls
Sešstūrains
Attiecības starp
režģa periodi un leņķi
a ≠ c ≠ ​​c, α ≠ β ≠ γ ≠ 90º
a ≠ b ≠ c, α = γ = 90º ≠ β
a ≠ b ≠ c, α = β = γ = 90º
a \u003d b ≠ c, α \u003d β \u003d γ \u003d 90º
a = b ≠ c, α = β =90º, γ =120º
Romboedris
kub
a \u003d b \u003d c,
a = b = c,
α = β =γ ≠ 90º
α = β = γ = 90º

Uz att. visi
četrpadsmit veidi
elementāras Bravais šūnas,
izplatīts singonijās.
Sešstūra Bravais šūna
pārstāv
bāzes centrā
sešstūra prizma. Tomēr
viņa bieži tiek attēlota
citādi - tetraedrisa formā
prizmas ar rombu pie pamatnes,
kas pārstāv vienu no
trīs prizmas, kas veido
sešstūrains (attēlā viņa
attēlots ar cietu
līnijas). Tāds tēls
vieglāk un ērtāk, lai gan saistīts ar
principa pārkāpums
simetrijas saskaņošana
(pirmās atlases princips
elementārā šūna saskaņā ar Brava).

Romboedrālajai singonijai
elementārā šūna,
nosacījumus
Drosmīgs, ir primitīvs
romboedrs R, kuram a=b=c un
α=β=γ≠ 90º. Kopā ar R-šūnu
lai aprakstītu romboedrisu
tiek izmantotas konstrukcijas un
sešstūra šūna,
kopš romboedra
šūnu vienmēr var samazināt līdz
sešstūra (att.) un
iedomājieties to kā trīs
primitīvs sešstūrains
šūnas. Šajā sakarā in
romboedriskā literatūra
singonija dažreiz ne atsevišķi
Trīs primitīvi
apsvērt, pasniegt viņu
sešstūra šūnas,
kā šķirne
ekvivalents romboedrim
sešstūrains.

Tā ir pieņemta singonija ar vienādām attiecībām starp
aksiālās vienības apvienot vienā kategorijā. Tāpēc
triklīniskās, monoklīniskās un rombiskās sistēmas
apvienots zemākajā kategorijā (a≠b≠c), tetragonāls,
sešstūrains (un tā atvasinājums romboedrisks) - in
vidēja (a=b≠c), augstākā kategorija (a=b=c) ir
kubiskā sistēma.
Koordinācijas numura jēdziens
Sarežģītās šūnās materiāla daļiņas ir sakrautas vairāk nekā
blīvāks nekā primitīvajos, pilnīgāk aizpildiet tilpumu
šūnas ir vairāk saistītas viena ar otru. Lai raksturotu
Tas ievieš koordinācijas numura jēdzienu.
Dotā atoma koordinācijas numurs ir skaitlis
tuvākie kaimiņu atomi. Ja runa ir par
jona koordinācijas numurs, tad numurs
tai tuvākie pretējās zīmes joni. Vairāk
koordinācijas numurs, tie ar lielāku atomu skaitu vai
joni ir saistīti, jo vairāk vietas aizņem daļiņas,
kompaktāks režģis.

Metālu telpiskie režģi
Starp metāliem visizplatītākie ir telpiskie
režģi ir salīdzinoši vienkārši. Tie lielākoties sakrīt
ar tulkošanas režģiem Bravais: kub
uz ķermeni un seju. Šo mezglos
režģi ir metāla atomi. Režģī
uz ķermeni centrēts kubs (bcc — režģis) katrs atoms
ieskauj astoņi tuvākie kaimiņi, un koordinācija
CC skaits \u003d 8. Metāliem ir bcc režģis: -Fe, Li, Na, K, V,
Cr, Ta, W, Mo, Nb utt.
Seju centrēta kuba režģī (fcc - režģi) KN = 12:
ir jebkuram atomam, kas atrodas šūnas augšpusē
divpadsmit tuvākie kaimiņi, kas ir atomi,
atrodas malu centros. FCC režģī ir metāli:
Al, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Pt, Pb utt.
Kopā ar šiem diviem metāliem (Be, Mg, Sc, -Ti, -Co,
Zn, Y, Zr, Re, Os, Tl, Cd utt.) ir arī sešstūra
kompakts. Šis režģis nav translācijas režģis
Brava, jo to nevar aprakstīt ar vienkāršiem raidījumiem.

Uz att. sešstūra vienības šūna
kompakts režģis. Vienības šūna sešstūra
kompaktais režģis ir sešstūrains
prizma, bet visbiežāk tā ir attēlota formā
tetraedriska prizma, kuras pamats ir rombs
(a=b) ar leņķi γ = 120°. Atomi (b. att.) atrodas virsotnēs
un centrā vienai no divām trīsstūrveida prizmām, kas veidojas
elementārā šūna. Šūnā ir divi atomi: 1/8x8 + 1
=2, tā bāze ir [].
Vienības šūnas augstuma c attiecība pret attālumu a, t.i.
c/a ir vienāds ar 1,633; punktu c un a dažādām vielām
savādāk.
Sešstūrains
kompakts režģis:
a - sešstūrains
prizma, b -
tetraedrisks
prizma.

KRISTALOGRAFISKIE INDEKSI
Plaknes kristalogrāfiskie indeksi
Kristalogrāfijā bieži vien ir jāapraksta savstarpējais
atsevišķu kristāla plakņu izvietojums, tā
norādes, kurām tas ir ērti lietojams
kristalogrāfiskie indeksi. Kristalogrāfija
indeksi sniedz priekšstatu par lidmašīnas atrašanās vietu
vai virzieni attiecībā pret koordinātu sistēmu. Plkst
nav svarīgi, vai tas ir taisnstūrveida vai slīps
koordinātu sistēma, vienāda vai atšķirīga mēroga
segmenti gar koordinātu asīm. Iedomājieties sēriju
paralēlas plaknes, kas iet caur to pašu
telpiskā režģa mezgli. Šīs lidmašīnas
kas atrodas vienādā attālumā viens no otra un
veido paralēlu plakņu saimi. Viņi ir
vienlīdz orientēti telpā un tāpēc
ir vienādi indeksi.

Izvēlamies kādu lidmašīnu no šīs ģimenes un
mēs ieviešam vērā segmentus, kas plaknē
sasprauž pa koordinātu asīm (koordinātu asis x,
y, z parasti apvieno ar elementāra malām
šūnās, skala uz katras ass ir vienāda ar
atbilstošā aksiālā vienība - periods a vai b,
vai c). Segmentu vērtības ir izteiktas aksiāli
vienības.
Plaknes kristalogrāfiskie indeksi (indeksi
Miller) ir trīs mazākie veselie skaitļi,
kas ir apgriezti proporcionāli aksiālo skaitam
mērvienības, ko koordinātē nogriež plakne
cirvji.
Plaknes indeksi tiek apzīmēti ar burtiem h, k, l,
tiek rakstīti pēc kārtas un noslēgti kārtā
iekavas-(hkl).

Indeksi (hkl) raksturo visas saimes plaknes
paralēlas plaknes. Šis simbols nozīmē to
paralēlu plakņu saime griež aksiālo
vienību gar x asi h daļās, pa y asi k
daļās un pa z asi l daļās.
Šajā gadījumā plakne, kas ir vistuvāk koordinātu sākumam,
griež segmentus 1/h uz koordinātu asīm (gar x asi),
1/k (gar y asi), 1/l (gar z asi).
Kristalogrāfisko indeksu atrašanas secība
lidmašīnas.
1. Mēs atrodam plaknes nogrieztos segmentus
koordinātu asis, mērot tās aksiālās vienībās.
2. Mēs ņemam šo daudzumu savstarpējās vērtības.
3. Nododam iegūto skaitļu attiecību pret attiecību
trīs mazākie veselie skaitļi.
4. Rezultātā iegūtie trīs skaitļi ir ievietoti iekavās.

Piemērs. Atrodiet plaknes indeksus, kas nogriežas plkst
koordinātu asis šādi segmenti: 1/2; 1/4; 1/4.
Tā kā segmentu garumi ir izteikti aksiālās vienībās,
mums ir 1/h=1/2; 1/k=1/4; 1/l=1/4.
Atrodiet reciprokus un ņemiet to attiecību
h:k:l = 2:4:4.
Samazinot par diviem, uzrāda iegūto daudzumu attiecību
pret trīs mazāko veselo skaitļu attiecību: h: k: l = 1: 2:
2. Plaknes indeksi raksta iekavās
pēc kārtas, bez komatiem - (122). Tie tiek lasīti atsevišķi
"viens, divi, divi".
Ja plakne krusto kristalogrāfisko asi plkst
negatīvs virziens virs atbilstošā
mīnusa zīme ir novietota virs indeksa. Ja lidmašīna
ir paralēla jebkurai koordinātu asij, tad simbolā
plaknes indekss, kas atbilst šai asij, ir nulle.
Piemēram, simbols (hko) nozīmē, ka lidmašīna
krustojas ar z asi bezgalībā un plaknes indeksu
pa šo asi būs 1/∞ = 0.

Plaknes, kas apgriež katru asi ar vienādu skaitu
aksiālās vienības tiek apzīmētas kā (111). kubikā
to singonijas sauc par oktaedra plaknēm, jo ​​sistēma
šīs plaknes, kas atrodas vienādā attālumā no sākuma,
veido oktaedru - oktaedru att.
Oktaedrs

Plaknes, kas griež pa divām asīm vienādu skaitu aksiālo
vienības un paralēli trešajai asij (piemēram, z asij)
apzīmē ar (110). Kubiskajā singonijā līdzīgi
plaknes sauc par rombiskā dodekaedra plaknēm,
Tātad
kā
sistēma
lidmašīnas
veids
(110)
veidlapas
dodekaedrs (dodeka - divpadsmit), katra seja
kas ir rombs att.
Rombisks
dodekaedrs

Plaknes, kas krusto vienu asi un ir paralēlas divām
citi (piemēram, y un z asis), apzīmē - (100) un
kubiskajā singonijā tiek sauktas par kuba plaknēm, tas ir
līdzīgu plakņu sistēma veido kubu.
Risinot dažādas ar būvniecību saistītas problēmas in
plakņu vienības šūna, koordinātu sistēma
vēlams izvēlēties tā, lai vēlamā plakne
kas atrodas dotajā elementāršūnā. Piemēram,
konstruējot (211) plakni kubiskajā šūnā, sākums
koordinātas var ērti pārsūtīt no mezgla O uz mezglu O'.
Kuba plakne (211)

Dažreiz plaknes indeksi tiek rakstīti cirtaini iekavās
(hkl) Šis ieraksts nozīmē identisku kopas simbolu
lidmašīnas. Šādas plaknes iet caur tiem pašiem mezgliem
telpiskā režģī, kas simetriski atrodas iekšā
telpa
un
raksturots
tas pats
starpplakņu atstatums.
Oktaedra plaknes kubiskajā singonijā pieder pie
viens komplekts (111), tie attēlo oktaedra sejas un
ir šādi indeksi: (111) → (111), (111), (111), (111),
(111), (111), (111), (111).
Visu zvaigznāju plakņu simbolus atrod pēc
permutācijas un izmaiņas indivīda pazīmēs
indeksi.
Rombveida dodekaedra plaknēm apzīmējums
komplekts: (110) → (110), (110), (110),
(110), (101), (101), (101), (101), (011), (011), (011), (011).

MEZGLA KRISTALOGRĀFISKIE INDEKSI
Mezgla kristalogrāfiskie indeksi ir tā
koordinātas, kas ņemtas aksiālo vienību daļās un ierakstītas
dubultās kvadrātiekavas. Šajā gadījumā koordinātas
kas atbilst x asij, parasti apzīmē ar burtu
u, y asij - v, z asij - w. Izskatās mezgla simbols
[]. Dažu mezglu simboli elementāršūnā
attēlā parādīts.
Daži mezgli iekšā
elementārā šūna
(Dažreiz tiek apzīmēts mezgls
kā [])

Kristalogrāfiskie virzienu indeksi
Kristālā, kur visi paralēli virzieni
identiski viens otram, virziens iet cauri
koordinātu izcelsme, raksturo visu doto saimi
paralēli virzieni.
Pozīcija
iekšā
telpa
norādes,
kas iet caur izcelsmi, tiek noteikts
jebkura mezgla koordinātas, kas atrodas uz šī
virziens.
Koordinātas
jebkura
mezgls,
īpašumā
virziens, izteikts aksiālo vienību daļās un
samazināts līdz trīs mazāko veselo skaitļu attiecībai
cipari,
un
tur ir
kristalogrāfisks
indeksi
norādes. Tos apzīmē ar veseliem skaitļiem u, v, w
un ir rakstīti kopā kvadrātiekavās.

Virzienu indeksu atrašanas secība
1. No paralēlo virzienu saimes atlasiet
tāds, kas iet caur izcelsmi, vai
pārvietot šo virzienu paralēli sev
sevi uz izcelsmi vai pārvietojiet izcelsmi
koordinātas uz mezglu, kas atrodas dotajā virzienā.
2. Atrodiet jebkura mezgla koordinātas
dots virziens, izsakot tos aksiālās vienībās.
3. Paņemiet mezgla koordinātu attiecību un novietojiet to uz
mazāko veselo skaitļu attiecība.
4. Noslēdziet iegūtos trīs skaitļus kvadrātā
iekavās.
Svarīgākie virzieni kubiskajā režģī un to
indeksi ir parādīti attēlā.

Daži virzieni kubiskā režģī

KRISTĀLA UN POLĀRA JĒDZIENS
KOMPLEKSS
Kristalogrāfisko projekciju metode balstās uz
viena no kristālu raksturīgajām iezīmēm – likums
leņķa noturība: leņķi starp noteiktām skaldnēm un
kristāla malas vienmēr ir nemainīgas.
Tātad, kristālam augot, mainās seju izmēri, to
forma, bet leņķi paliek nemainīgi. Tāpēc iekšā
kristāls, jūs varat pārvietot visas malas un skaldnes paralēli
mums pašiem vienā telpas punktā; stūrī
attiecība tiek saglabāta.
Tādas
kopums
lidmašīnas
un
norādes,
paralēli plaknēm un virzieniem kristālā un
iet caur vienu punktu sauc
kristāla komplekss, un pats punkts tiek saukts
centrs
komplekss.
Plkst
ēka
kristalogrāfiskās projekcijas kristāls vienmēr aizstāj
kristāliskais komplekss.

Biežāk tiek uzskatīts nevis kristālisks komplekss, bet gan
polārs (reverss).
Polārais komplekss, iegūts no kristāliskā
(tiešs), aizstājot plaknes ar tām normālām, un
virzieni - tām perpendikulāras plaknes.
a
b
Kubs (a), tā kristāliskais (b) un
polārais komplekss (c)
iekšā

KRISTĀLISKO POLITEDRU SIMETRIJS
(NEPĀRTRAUKTA SIMETRIJA)
SIMETRIJS JĒDZIENS
Kristāli dabā pastāv kristāliskā formā
daudzskaldnis. Dažādu vielu kristāli ir atšķirīgi
viens no otra savās formās. Akmens sāls ir kubi;
kalnu kristāls - sešstūrainas prizmas, kas vērstas pret
beidzas; dimants - visbiežāk regulāri oktaedri
(oktaedrs); granāta kristāli - dodekaedri (att.).
Šādi kristāli ir simetriski.

raksturīga
funkciju
kristāli
ir
to īpašību anizotropija: dažādos virzienos tie
dažādi, bet identiski paralēlos virzienos, un
ir vienādi arī simetriskos virzienos.
Kristāliem ne vienmēr ir regulāra forma
daudzskaldnis.
Reālos izaugsmes apstākļos plkst
grūtības brīvā augšanā simetriskas sejas var
attīstīt nevienmērīgu un pareizu ārējo formu
var neizdoties, bet pareiza iekšējā
struktūra ir pilnībā saglabāta, un arī
tiek saglabāta fizikālo īpašību simetrija.
Grieķu vārds "simetrija" nozīmē proporcionalitāti.
Simetriska figūra sastāv no vienādām, identiskām
daļas. Simetrija tiek saprasta kā ķermeņu īpašība vai
ģeometriskas formas, lai apvienotu atsevišķas daļas savā starpā
cits saskaņā ar dažām simetriskām pārvērtībām.
Ģeometriskie attēli, ar kuru palīdzību tiek uzstādīti un
tiek veiktas simetriskas transformācijas, t.s
simetrijas elementi.

Ņemot vērā kristāla ārējās fasēšanas simetriju,
kristālisks
trešdiena
klāt
sevi
kā
nepārtraukts, nepārtraukts, tā sauktais kontinuums (in
tulkots no latīņu valodas krievu valodā - nozīmē nepārtraukts,
ciets). Visi punkti šādā vidē ir tieši vienādi.
Kontinuuma simetrijas elementi apraksta ārējo
kristāliska daudzskaldņa forma, tāpēc tie ir nekustīgi
Tos sauc par makroskopiskās simetrijas elementiem.
Patiesībā
tas pats
kristālisks
trešdiena
ir
diskrēts. Kristāli sastāv no atsevišķām daļiņām
(atomi, joni, molekulas), kas atrodas
telpa
iekšā
formā
nebeidzami
pagarinot
telpiskie režģi. Simetrija izkārtojumā
Šo daļiņu daļa ir sarežģītāka un bagātāka nekā ārējās simetrija
kristālisko daudzskaldņu formas. Tāpēc kopā ar
kontinuums
apsvērts
un
pārtraukums
-
diskrēta, reāla materiāla daļiņu struktūra ar
ar tās simetrijas elementiem, ko sauc
mikroskopiskās simetrijas elementi.

Simetrijas elementi
AT
kristālisks
daudzskaldnis
satikties
vienkārši
elementi
simetrija
(centrā
simetrija,
simetrijas plakne, rotācijas ass) un kompleksais elements
simetrija (inversijas ass).
Simetrijas centrs (vai inversijas centrs) - vienskaitļa punkts
figūras iekšpusē, kad atspoguļojas kurā jebkurš punkts
skaitlim ir ekvivalents pats par sevi, tas ir, abi punkti
(piemēram, virsotņu pāris) atrodas vienā taisnē,
kas iet caur simetrijas centru un vienādā attālumā no
viņu. Simetrijas centra klātbūtnē katra seja
telpiskā
skaitļi
Tā ir
paralēli
un
pretēji vērsta seja, katra mala
atbilst vienādā attālumā, vienāds, paralēls, bet
pretējā mala. Tāpēc centrs
simetrija ir kā spoguļa punkts.

Simetrijas plakne ir plakne, kas
sadala figūru divās daļās, no kurām katra atrodas
attiecībā pret draugu kā objektu un tā spoguļattēlu,
tas ir, divās vienādās daļās
simetrijas plaknes - Р (vecā) un m (starptautiskā).
Grafiski simetrijas plakne ir norādīta ar cietu elementu
līniju. Vienai figūrai var būt viena vai vairākas
simetrijas plaknes, un tās visas krustojas viena ar otru
draugs. Kubam ir deviņas simetrijas plaknes.

Apgriežoties, pagrieziena ass ir tik taisna
kas kādā noteiktā leņķī figūra
apvieno ar sevi. Rotācijas leņķis
nosaka griešanās ass n secību, kas
parāda, cik reižu figūra tiks apvienota ar sevi
ar pilnu apgriezienu ap šo asi (360 °):
Izolētā ģeometriskās formas iespējams
jebkuras kārtas simetrijas asis, bet kristāliski
daudzskaldnis, asu secība ir ierobežota, tā var būt
tikai šādas vērtības: n= 1, 2, 3, 4, 6. In
kristālisks
daudzskaldnis
neiespējami
cirvji
piektās kārtas simetrijas un sestās kārtas augstākās kārtas. Tas seko
no kristāliskās vides nepārtrauktības principa.
Simetrijas asu apzīmējumi: vecie — Ln (L1, L2, L3, L4, L6)
un
starptautiskā
arābu
cipari,
kas atbilst rotācijas ass secībai (1, 2, 3, 4, 6).

Grafiski
rotācijas
daudzstūri:
cirvji
attēlots

Simetrijas klases jēdziens
Katram kristāliskajam daudzskaldnim ir komplekts
simetrijas elementi. Kombinējot viens ar otru, elementi
kristāla simetrijas obligāti krustojas, un tajā pašā laikā
iespējama jaunu simetrijas elementu parādīšanās.
Kristalogrāfijā tiek pierādītas šādas teorēmas
simetrijas elementu pievienošana:
1. Divu simetrijas plakņu krustošanās līnija ir ass
simetrija, kurai griešanās leņķis ir divreiz lielāks par leņķi
starp lidmašīnām.
2. Caur divu simetrijas asu krustpunktu iziet
trešā simetrijas ass.
3. Iekšā
punktu
krustojumos
lidmašīna
simetrija
Ar
tai perpendikulāra vienmērīgas kārtas simetrijas ass
parādās simetrijas centrs.
4. Otrās kārtas asu skaits, perpendikulāri galvenajai
augstākās kārtas simetrijas asis (trešā, ceturtā,
sestais) ir vienāds ar galvenās ass secību.

5. Simetrijas plakņu skaits, kas krustojas gar
augstākās kārtas galvenā ass, kas vienāda ar šīs ass secību.
Simetrijas elementu savstarpējo kombināciju skaits
kristālos ir stingri ierobežots. Viss iespējamais
tiek atvasinātas simetrijas elementu kombinācijas kristālos
stingri matemātiski, ņemot vērā teorēmas
simetrijas elementu pievienošana.
Pilns simetrijas elementu komplekts, kas raksturīgs
doto kristālu sauc par tā simetrijas klasi.
Stingra matemātiska atvasināšana parāda, ka viss
iespējams
priekš
kristālisks
daudzskaldnis
kombinācijas
elementi
simetrija
izsmelts
trīsdesmit divas simetrijas klases.

Telpiskā režģa un elementu attiecības
simetrija
Noteiktu simetrijas elementu klātbūtne nosaka
ģeometrija
telpiskā
režģi,
iespaidīgs
noteikti
noteikumiem
uz
savstarpēja
atrašanās vieta
koordinātu asis un aksiālo vienību vienādība.
Pastāv vispārīgie noteikumi koordinātu asu izvēle,
ņemot vērā kristāla simetrijas elementu kopu.
1. Koordinātu asis ir apvienotas ar speciālajām vai vienotajām
norādes,
neatkārtojas
iekšā
kristāls
rotācijas vai inversijas asis, kurām
ass secība ir lielāka par vienu, un plaknes normālie
simetrija.
2. Ja kristālā ir tikai viens īpašs virziens, ar to
apvienot vienu no koordinātu asīm, parasti Z asi. Divas
pārējās asis atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra
īpašs virziens paralēli kristāla malām.
3. Ja nav īpašu virzienu, koordinātu asis
ir izvēlēti paralēli trim, kas neatrodas vienā plaknē
kristāla malas.

Pamatojoties uz šiem noteikumiem, jūs varat iegūt visus septiņus
kristālu sistēmas vai singonijas. Tie atšķiras
viena no otras pēc mēroga vienību attiecības a, b, c un
aksiālie leņķi. Trīs iespējas: a b c, a=b c, a=b=c
Atļaut
izplatīt
visi
kristalogrāfisks
koordinātu sistēmas (singonija) trīs kategorijās: zemākā, vidējā un augstākā.
Katrai kategorijai ir raksturīga noteikta klātbūtne
simetrijas elementi. Tātad, zemākās kategorijas kristāliem
nav augstākas kārtas asu, tas ir, 3., 4. un 6. asis, bet var būt
otrās kārtas asis, plaknes un simetrijas centrs.
Vidējās kategorijas kristāliem ir augstāka ass
kārtas, un var būt arī otrās kārtas asis, plaknes
simetrija, simetrijas centrs.
Simetriskākie kristāli pieder pie augstākajiem
kategorijām. Viņiem ir vairākas augstākas kārtas asis
(trešā un ceturtā), var būt otrās kārtas asis,
plakne un simetrijas centrs. Tomēr asis nav
sestais pasūtījums.

Diskontinuuma un telpiskās simetrijas jēdziens
grupai
Pieejamība
32
klases
simetrija
kristālisks
daudzskaldnis parāda, ka visa dažādība ārējā
kristāla formas pakļaujas simetrijas likumiem.
Kristālu iekšējās struktūras simetrija, izkārtojums
daļiņām (atomi, joni, molekulas) kristālos vajadzētu būt
būt grūtāk, jo kristālu ārējā forma
ierobežots, un kristāla režģis stiepjas
bezgalīga visos telpas virzienos.
Daļiņu izvietojuma kristālos likumi bija
izveidoja izcilais krievu kristalogrāfs E.S.
Fjodorovs 1891. gadā. Viņi atrada 230 veidus
daļiņu izvietojums telpiskā režģī - 230
telpas simetrijas grupas.

Telpisko režģu simetrijas elementi
Papildus iepriekš aprakstītajiem simetrijas elementiem (centrā
simetrija,
lidmašīna
simetrija,
rotācijas
un
inversijas asis), diskrētā vidē, cits
elementi
simetrija,
saistīti
Ar
bezgalība
telpiskais režģis un periodiska atkārtošanās
daļiņu izkārtojumā.
Apsveriet jaunus simetrijas veidus, kas raksturīgi tikai
atlaides. Tās ir trīs: tulkošana, bīdāmā plakne
atspulgi un spirālveida ass.
Tulkošana ir visu daļiņu pārvietošana paralēli
virzieni tajā pašā virzienā uz to pašu
Izmērs.
Tulkošana ir vienkāršs simetrijas elements,
raksturīgi katram telpiskajam režģim.

Tulkošanas kombinācija ar simetrijas plakni
noved pie ganību atspulgu plaknes parādīšanās,
tulkošanas kombinācija ar rotācijas asi rada
skrūves ass.
Slīdēšanas atstarošanas plakne vai plakne
slīdēšana ir tāda plakne, kad tas atspoguļojas
kam kā spogulī seko tulkojums līdzi
virziens, kas atrodas noteiktā plaknē, pēc daudzuma
vienāds ar pusi no konkrētā identitātes perioda
virzieni, visi ķermeņa punkti ir apvienoti. Zem perioda
identitāti, tāpat kā iepriekš, mēs sapratīsim attālumu
starp punktiem kādā virzienā (piemēram,
periodi a, b, c vienības šūnā ir periodi
identitāte pa koordinātu asīm X, Y, Z).

Spirālveida ass ir taisna līnija, ap kuru notiek rotācija
daži
stūris,
atbilstošs
pasūtījums
cirvji,
Ar
sekojoša tulkošana pa asi ar daudzkārtni
identitātes periods t, apvieno ķermeņa punktus.
Spirālveida ass apzīmējums vispārīgā formā ir nS, kur n
raksturo rotācijas ass secību (n=1, 2, 3, 4, 6) un
St/n ir translācijas apjoms pa asi. Tajā pašā laikā S S=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Tātad otrās kārtas spirālveida asij
tulkojums ir t/2, trešās spirālveida asij
mazākā pārskaitījuma secība t/3.
Otrās kārtas spirālveida ass apzīmējums būs 21.
Daļiņu kombinācija notiks pēc rotācijas ap asi
180°, kam seko translācija virzienā,
paralēli asij, par t/2.
Trešās kārtas spirālveida ass apzīmējums būs 31.
Tomēr ir iespējamas asis ar tulkojumu, kas ir mazākā daudzkārtnis.
Tāpēc ir iespējama spirālveida ass 32 ar translāciju 2t/3.

31. un 32. ass nozīmē rotāciju ap asi par 120°
pulksteņrādītāja virzienā, kam seko maiņa. Šīs skrūves
cirvjus sauc par labām. Ja tiek veikts pagrieziens
pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tad centrālās simetrijas asis
tiek saukti pa kreisi. Šajā gadījumā labās puses 31. ass darbība
identisks ass 32 darbībai pa kreisi un 32 pa labi - 31
pa kreisi.
Var apsvērt arī spirālveida simetrijas asis
ceturtais un sestais pasūtījums: asis 41 un 43 asis 61 un 65, 62
un 64. var būt pa labi un pa kreisi. 21., 42. un asis darbība
63 nav atkarīgs no rotācijas virziena izvēles ap asi.
Tāpēc
viņi
ir
neitrāla.
Nosacīti
spirālveida simetrijas asu apzīmējumi:

Simetrijas telpas grupu apzīmējums
Atstarpes grupas simbols satur pilnu
informācija par kristāla struktūras simetriju. Uz
pirmo vietu atstarpes grupas simbolā liek
burts, kas raksturo Bravai režģa veidu: P primitīvs,
NO
centrēts uz bāzi,
es
ķermeņa centrā, F - sejas centrā. AT
romboedriskā singonija pirmajā vietā izvirzīja burtu R.
Tam seko viens, divi vai trīs cipari vai burti,
norādot
elementi
simetrija
iekšā
vairākums
norādes, līdzīgi kā tas tiek darīts
simetrijas klases apzīmējuma sastādīšana.
Ja struktūrā kādā no galvenajiem virzieniem
abas simetrijas plaknes un
simetrijas asis, priekšroka tiek dota plaknēm
simetriju un atstarpes grupas simbolu
ir uzrakstītas simetrijas plaknes.

Ja ir vairākas asis, priekšroka tiek dota
vienkāršas asis - rotācijas un inversijas, jo to
simetrija ir augstāka par simetriju
skrūvju asis.
Ja ir atstarpes grupas simbols, to var viegli izdarīt
noteikt Bravai režģa veidu, šūnas singoniju, elementus
simetrija galvenajos virzienos. Jā, telpiski
grupa P42/mnm (ditetragonālās dipiramidālās Fedorova grupas
laipns
simetrija,
135
grupa)
raksturo primitīvo Bravai šūnu tetragonālā
singonija (ceturtās kārtas spirālveida ass 42 nosaka
tetragonālā singonija).
Galvenie virzieni ir šādi:
simetrijas elementi. Ar virzienu - Z ass
sakrīt ar spirālveida asi 42, kas ir perpendikulāra
simetrija m. un virzienos (X un Y asis)
n tipa ganīšanas atstarošanas plakne atrodas, in
virziens iet garām simetrijas plaknei m.

Kristālisko ķermeņu struktūras defekti
Ķermeņa defekti ir sadalīti dinamiskos
(pagaidu) un statiskā (pastāvīgā).
1. Dinamiski defekti rodas, kad
mehāniskā, termiskā, elektromagnētiskā
ietekme uz kristālu.
Tie ietver fononus – laika kropļojumus
režģa regularitāte, ko izraisa termiskais
atomu kustība.
2. Statiskie defekti
Atšķiriet punktveida un paplašinātās nepilnības
ķermeņa struktūras.

Punktu defekti: neaizņemtas režģu vietas
(vakances); atoma pārvietošana no mezgla uz starpsienu;
sveša atoma vai jona ievadīšana režģī.
Paplašināti defekti: mežģījumi (mala un
skrūve), poras, plaisas, graudu robežas,
citas fāzes mikroieslēgumi. Parādīti daži defekti
uz attēla.

Pamatīpašības
materiāliem

Galvenās īpašības ir: mehāniskās, termiskās,
elektriskās, magnētiskās un tehnoloģiskās, kā arī to
izturība pret koroziju.
Materiālu mehāniskās īpašības raksturo to iespējamību
izmantošana produktos, kas pakļauti
mehāniskās slodzes. Galvenie šādu īpašību rādītāji
kalpo kā stiprības un cietības parametri. Tie ir atkarīgi ne tikai no
materiālu īpašības, bet arī forma, izmērs un stāvoklis
paraugu virsma, kā arī testa režīmi, pirmkārt,
par ielādes ātrumu, temperatūru, pakļaušanu medijiem un citiem
faktoriem.
Stiprums ir materiālu īpašība pretoties lūzumiem un
arī parauga formas neatgriezeniskas izmaiņas iedarbībā
ārējās slodzes.
Stiepes izturība - maksimālajam atbilstošs spriegums
(parauga iznīcināšanas brīdī) līdz slodzes vērtībai. Attieksme
lielākais spēks, kas iedarbojas uz paraugu uz sākotnējo laukumu
tā šķērsgriezumu sauc par pārrāvuma spriegumu un
apzīmē σv.

Deformācija ir izmaiņas daļiņu relatīvajā izkārtojumā
materiāls. Tās vienkāršākie veidi ir spriedze, saspiešana, locīšana,
vērpjot, pārbīdīt. Deformācija - parauga formas un izmēra izmaiņas iekšā
deformācijas rezultāts.
Deformācijas parametri – relatīvais pagarinājums ε = (l– l0)/l0 (kur
l0 un l ir parauga oriģinālie un pēc deformācijas garumi), bīdes leņķis ir
izmaiņas taisnā leņķī starp stariem, kas izplūst no viena punkta
paraugs, kad tas ir deformēts. Deformāciju sauc par elastīgu, ja
tas pazūd pēc kravas noņemšanas vai plastmasas, ja tā nav
pazūd (neatgriezeniski). Materiālu plastmasas īpašības plkst
nelielas deformācijas bieži tiek atstātas novārtā.
Elastības robeža ir spriegums, pie kura rodas atlikušās deformācijas (t.
e. parauga izkraušanas laikā konstatētās deformācijas) sasniedz
specifikācijās noteiktā vērtība. Parasti uzņemšana
paliekošā deformācija ir 10–3 ÷10–2%. Elastības robeža σу
ierobežo materiāla elastīgo deformāciju laukumu.
Radās moduļa jēdziens kā materiālu elastības raksturlielums
aplūkojot ideāli elastīgus ķermeņus, kuru deformācija ir lineāra
atkarīgs no sprieguma. Ar vienkāršu stiepšanu (saspiešanu)
σ = Eε
kur E ir Janga modulis vai gareniskās elastības modulis, kas
raksturo materiālu izturību pret elastīgām deformācijām (stiepe, spiede); ε ir relatīvais celms.

Griežot materiālu bīdes virzienā un pa normālu pret to
tikai tangenciālie spriegumi
kur G ir bīdes modulis, kas raksturo materiāla elastību pie
mainot parauga formu, kura tilpums paliek nemainīgs; γ ir leņķis
maiņa.
Ar visaptverošu saspiešanu materiālā visos virzienos,
normāls spriegums
kur K ir tilpuma elastības modulis, kas raksturo
materiāla izturība pret parauga tilpuma izmaiņām, nevis
kopā ar tā formas izmaiņām; ∆ - radinieks
lielapjoma saspiešana.
Pastāvīga vērtība, kas raksturo materiālu elastību pie
vienpusējs spriegums, ir Puasona attiecība:
kur ε' ir relatīvā šķērssaspiešana; ε - relatīvs
parauga gareniskais pagarinājums.

Cietība ir materiālu mehāniskā īpašība,
komplekss, kas atspoguļo to izturību, elastību, kā arī
paraugu virsmas slāņa īpašības. Viņa izsaka sevi
materiāla izturība pret vietējo plastmasu
deformācija, kas rodas, ja vairāk nekā
ciets korpuss - ievilkt. Nospiežot ievilkumu paraugā ar
galvenais ir turpmākais izdrukas izmēru mērījums
tehnoloģiskā metode materiālu cietības novērtēšanā. AT
atkarībā no slodzes pielietojuma īpatnībām, konstrukcijas
indenters un cietības skaitļu noteikšana atšķir metodes
Brinels, Rokvels, Vikers, Šors. Mērot
mikrocietība saskaņā ar GOST 9450–76 uz parauga virsmas
paliek nenozīmīga dziļuma nospiedumi, tāpēc tādi
metodi izmanto, ja paraugi ir izgatavoti folijas veidā,
plēves, maza biezuma pārklājumi. Noteikšanas metode
plastmasas cietība ir ievilkums paraugā
sfērisks uzgalis ar secīgu pielietojumu
dažādas slodzes.

Korozija ir fizikāls un ķīmisks process, kurā mainās īpašības, bojājumi
materiālu struktūra un iznīcināšana sakarā ar to sastāvdaļu pāreju uz
ķīmiskie savienojumi ar vides komponentiem. Zem
Korozijas bojājumi attiecas uz jebkuru konstrukcijas defektu
materiāls, kas rodas korozijas rezultātā. Ja mehāniski
efekti paātrina materiālu koroziju, un korozija tos atvieglo
mehāniska iznīcināšana, ir korozija-mehāniska
materiālie bojājumi. Materiālu zudumi korozijas dēļ un izmaksas par
mašīnu un iekārtu aizsardzība pret to nepārtraukti pieaug
sakarā ar cilvēka ražošanas darbības intensificēšanu un
vides piesārņojums ar ražošanas atkritumiem.
Materiālu izturību pret koroziju visbiežāk raksturo ar
izmantojot korozijas izturības parametru - vērtību, apgriezto vērtību
materiāla tehniskā korozijas ātrums noteiktā korozijas sistēmā.
Šīs pazīmes nosacītība slēpjas faktā, ka tā neattiecas uz
materiāls, bet uz korozijas sistēmu. Materiāla izturība pret koroziju
nevar mainīt, nemainot citus korozijas sistēmas parametrus.
Aizsardzība pret koroziju ir korozijas modifikācija
sistēma, kā rezultātā samazinās materiāla korozijas ātrums.

Temperatūras raksturlielumi.
Karstumizturība - materiālu īpašība saglabāt vai nedaudz
mainīt mehāniskos parametrus augstā temperatūrā. Īpašums
metāli lielā mērā iztur gāzu korozīvo iedarbību
temperatūru sauc par karstumizturību. Kā iezīme
kausējamo materiālu lietošanas temperatūras izturība
mīkstināšana.
Karstumizturība - materiālu īpašība ilgstoši izturēt
deformācija un lūzums augstā temperatūrā. to
izmantoto materiālu vissvarīgākā īpašība
temperatūras T > 0,3 Tm. Šādi apstākļi rodas dzinējos
iekšdedzes, tvaika spēkstacijas, gāzes turbīnas,
metalurģijas krāsnis utt.
Zemā temperatūrā (tehnoloģijā - no 0 līdz -269 ° C) palielinās
materiālu statiskā un cikliskā izturība, to
elastība un stingrība, paaugstināta jutība pret trausliem lūzumiem.
Aukstuma trauslums - materiālu trausluma palielināšanās, samazinoties
temperatūra. Materiāla tendenci uz trausliem lūzumiem nosaka
saskaņā ar trieciena pārbaužu rezultātiem paraugiem ar iecirtumu nolaižot
temperatūra.

Materiālu termisko izplešanos reģistrē ar izmēru izmaiņām
un paraugu forma, mainoties temperatūrai. Attiecībā uz gāzēm tas ir saistīts
daļiņu kinētiskās enerģijas palielināšanās, kad tās tiek karsētas, šķidrumiem
un cietie materiāli ir saistīti ar termisko asimetriju
atomu vibrācijas, kuru dēļ starpatomiskie attālumi palielinās
temperatūra paaugstinās.
Kvantitatīvi materiālu termisko izplešanos raksturo
tilpuma izplešanās temperatūras koeficients:
un cietie materiāli - un temperatūras koeficients lineārais
paplašinājumi (TKLR):
- lineārā izmēra, paraugu apjoma izmaiņas un
temperatūra (attiecīgi).
Indekss ξ kalpo, lai apzīmētu termiskās izplešanās apstākļus (parasti -
pie pastāvīga spiediena).
Eksperimentāli αV un αl nosaka ar dilatometriju, kas pēta
ķermeņu lieluma izmaiņu atkarība ārējo faktoru ietekmē.
Īpašs mērinstrumenti– dilatometri – atšķiras
sensoru ierīce un izmēru reģistrācijas sistēmu jutība
paraugi.

Siltuma jauda - siltuma daudzuma attiecība, ko ķermenis saņem laikā
bezgalīgi nelielas izmaiņas tā stāvoklī jebkurā procesā, līdz
ko izraisa pēdējais temperatūras pieaugums:
Saskaņā ar termodinamiskā procesa pazīmēm, kurā
materiāla siltumietilpība, atšķirt siltumietilpību nemainīgā tilpumā
un pastāvīgā spiedienā. Sildīšanas laikā nemainīgā režīmā
spiediens (izobāriskais process) daļa siltuma tiek tērēta izplešanās procesam
paraugs, un daļa - materiāla iekšējās enerģijas palielināšanai. karstums,
ziņots tam pašam paraugam nemainīgā tilpumā (izohorisks process),
tiek tērēts tikai materiāla iekšējās enerģijas palielināšanai.
Īpatnējā siltumietilpība, J/(kg K)], ir siltumietilpības attiecība pret masu
ķermeni. Izšķir īpatnējo siltumu pie nemainīga spiediena (cp) un
nemainīgā tilpumā (cv). Siltuma jaudas attiecība pret daudzumu
vielas sauc par molāro siltumietilpību (cm), J / (mol⋅K). Visiem
vielas ср > сv, retinātām (tuvu ideālam) gāzēm сmp – сmv =
R (kur R = 8,314 J/(mol⋅K) ir universālā gāzes konstante).

Siltumvadītspēja ir enerģijas pārnešana no karstākām ķermeņa daļām uz
mazāk uzkarsē termiskās kustības un mijiedarbības rezultātā
mikrodaļiņas. Šī vērtība raksturo spontāno
cietvielu temperatūras izlīdzināšana.
Izotropiem materiāliem ir spēkā Furjē likums, saskaņā ar kuru
blīvuma vektors siltuma plūsma q ir proporcionāls un pretējs
temperatūras gradienta T virzienā:
kur λ ir siltumvadītspēja [W/(m K)] atkarībā no
agregācijas stāvoklis, atomu un molekulārā struktūra, struktūra,
temperatūra un citi materiāla parametri.
Termiskā difūzija (m2/s) ir mērs
Materiāla siltumizolācijas īpašības:
kur ρ ir blīvums; trešdiena - īpašs karstums materiāls plkst
pastāvīgs spiediens.

Materiālu tehnoloģiskās īpašības raksturo atbilstību
materiālu tehnoloģiskajām ietekmēm pārstrādes produktos laikā. Zināšanas
šīs īpašības ļauj saprātīgi un racionāli izstrādāt un
veikt produktu ražošanas tehnoloģiskos procesus. Galvenā
materiālu tehnoloģiskie raksturlielumi ir apstrādājamība
griešana un spiediens, liešanas parametri, metināmība, tendence uz
deformācija un deformācija termiskās apstrādes laikā utt.
Apstrādājamību raksturo šādi rādītāji:
materiāla apstrādes kvalitāte - apstrādātās virsmas raupjums
un parauga izmēru precizitāte, instrumenta kalpošanas laiks, pretestība
griešana - griešanas ātrums un spēks, skaidu veidošanās veids. Vērtības
rādītājus nosaka griežot paraugus un salīdzina ar
materiāla parametri, kas ņemti par standartu.
Apstrādājamība ar spiedienu tiek noteikta tehnoloģiskajā procesā
plastisko deformāciju testēšanas materiāli. Vērtēšanas metodes
spiediena apstrāde ir atkarīga no materiālu veida un to tehnoloģijas
apstrāde. Piemēram, metālu tehnoloģiskie testi locīšanai
veic, saliekot paraugus iepriekš noteiktā leņķī. Tiek uzskatīts, ka paraugs ir izturējis
testi, ja neparādās lūzums, atslāņošanās, plīsumi, plaisas.
Loksnes un lentes tiek pārbaudītas ekstrūzijai, izmantojot īpašu
nospiediet. Paraugā veidojas sfērisks caurums, kas šobrīd aptur zīmējumu
materiāla plūsmas sasniegšana. Rezultātu nosaka maksimums
akas dziļums nebojātos paraugos.

Tos raksturo pulvermateriālu apstrādājamība ar spiedienu
plūstamība, blīvējamība un formējamība. Noteikšanas metode
plūstamība ir balstīta uz pulvera parauga derīguma termiņa reģistrēšanu
tā spontānas izliešanas process caur kalibrētu
piltuves caurums. Šis parametrs kontrolē aizpildījuma ātrumu.
pulvera materiālu veidnes apstrādei ar spiedienu.
Pulvera sablīvēšanos raksturo parauga tilpuma atkarība
pulveris no spiediena - presēšanas diagramma. Veidojamība - īpašums
pulvera materiāls, lai saglabātu procesā iegūto formu
spiešana.
Materiālu liešanas raksturlielumi - tehnoloģisko kopums
rādītāji, kas raksturo lējumu veidošanos lejot
izkausētus materiālus veidnē. Šķidrums -
izkausētā materiāla īpašība aizpildīt veidni ir atkarīga no
uz kausējuma viskozitāti, kausējuma un pelējuma temperatūru, grādiem
veidnes sieniņu kušanas mitrināšana utt. To vērtē pēc garuma
piepildot ar izkausētu taisnu vai spirālveida kanālu
īpaša veidne. Rukuma lietuve - apjoma samazināšana
izkausēt, pārejot no šķidruma uz cietu stāvokli. Praktiski
saraušanās tiek definēta kā atbilstošo lineāro izmēru attiecība
veidnes un lējumi bezizmēra saraušanās koeficienta veidā,
katram materiālam individuāli.

Metināmība - materiāla īpašība veidot
metinātais savienojums, kura veiktspēja
atbilst pamatmateriāla kvalitātei,
metinātas. Metināmību vērtē pēc
metināto paraugu pārbaudes rezultātus un
pamatmateriāla īpašības metināšanas zonā
šuve. Noteikumi šādu noteikšanai
metālu metināmības rādītāji: mehāniskie
metināto savienojumu īpašības, pieļaujamie režīmi
loka metināšana un virsma, metināšanas kvalitāte
šuves un šuves, ilgstoša izturība
metinātie savienojumi.

Kristalogrāfija ir zinātne par kristāliem, kristāliskiem dabas ķermeņiem. Tā pēta kristālisko vielu formu, iekšējo struktūru, izcelsmi, izplatību un īpašības.

Kristālu galvenās īpašības - anizotropiju, viendabīgumu, pašsadegšanas spēju un nemainīgas kušanas temperatūras klātbūtni nosaka to iekšējā struktūra.

Kristāli ir visi cietie ķermeņi, kuriem ir daudzskaldņa forma, kas izriet no sakārtotas atomu izkārtojuma. Kristalogrāfiju sauc par zinātni par kristāliem, kristāliskiem dabas ķermeņiem. Tā pēta kristālisko vielu formu, iekšējo struktūru, izcelsmi, izplatību un īpašības. Kristāli ir visas cietās vielas, kurām ir daudzskaldņa forma, kas izriet no sakārtotas atomu izkārtojuma. Kubi ir labi veidotu kristālu piemēri...

Virsraksts:

Ir zināmi vairāk nekā pieci tūkstoši kristālu veidu. Viņiem ir atšķirīga forma un atšķirīgs seju skaits. Kristāla forma ir visu tā seju kopums. Vienkārša forma kristalogrāfijā ir identisku seju kopums, ko savieno simetrijas elementi. No vienkāršām formām izšķir slēgtās formas, kas pilnībā noslēdz daļu telpas, piemēram, kubs, oktaedrs; atvērt vienkāršas formas, piemēram, dažādas prizmas, telpa ...

Virsraksts:

Singonija (no grieķu σύν, “saskaņā, kopā” un γωνία, “leņķis” - burtiski “līdzīgs leņķis”) ir viens no kristālu dalījumiem, pamatojoties uz to vienības šūnas formu. Singonija ietver simetrijas klašu grupu, kurām ir viens kopīgs vai raksturīgs simetrijas elements ar vienādu vienību virzienu skaitu. Ir septiņas singonijas: kubiskā, tetragonāla (kvadrātveida), trigonāla, sešstūra, rombveida, monoklīniska, triklīnika.

Virsraksts:

"Simetrija" grieķu valodā nozīmē "proporcija" (atkārtojamība). Simetriski ķermeņi un objekti sastāv no līdzvērtīgām, pareizi atkārtotām daļām telpā. Īpaši daudzveidīga ir kristālu simetrija. Dažādi kristāli ir vairāk vai mazāk simetriski. Tā ir viņu vissvarīgākā un specifiskākā īpašība, kas atspoguļo iekšējās struktūras regularitāti.

Virsraksts:

No ģeometriskās kristalogrāfijas viedokļa kristāls ir daudzskaldnis. Lai raksturotu kristālu formu, mēs izmantojam ierobežojuma elementu jēdzienu. Kristālu ārējo formu veido trīs ierobežojošie elementi: skaldnes (plaknes), malas (šķautņu krustošanās līnijas) un skaldņu leņķi.

Virsraksts:

Kristāli rodas, vielai pārejot no jebkura agregācijas stāvokļa uz cietu stāvokli. Kristālu veidošanās galvenais nosacījums ir temperatūras pazemināšana līdz noteiktam līmenim, zem kura daļiņas (atomi, joni), zaudējot lieko termisko kustību, uzrāda tām piemītošās ķīmiskās īpašības un tiek sagrupētas telpiskā režģī.