KRYSTALOGRAFIA

Krystalografia- nauka zajmująca się badaniem kryształów, ich właściwościami, kształtem zewnętrznym i przyczynami ich występowania, bezpośrednio związana z mineralogią, matematyką (układ współrzędnych kartezjańskich), fizyką i chemią (zagadnienie powstawania i wzrostu kryształów). wykonane przez Platona, Pitagorasa itp. .

Do początku XIX wieku krystalografia miała charakter opisowy. Ale już na początku XIX wieku opracowano matematykę i fizykę, więc krystalografia również otrzymała swój rozwój. Szczególnie w połowie XX wieku, wraz z pojawieniem się nowych technologii, krystalografia nabrała charakteru eksperymentalnego (hodowanie i synteza kryształów). Do tej pory można wyróżnić następujące działy krystalografii:

Do tej pory można wyróżnić następujące działy krystalografii:

1. Krystalografia geometryczna- bada kształt zewnętrzny kryształów i wzory ich struktury wewnętrznej.

2. Chemia kryształów- bada związek między strukturą wewnętrzną kryształów a ich składem chemicznym.

3. Krystografia fizyczna i chemiczna– bada wzorce powstawania i wzrostu kryształów.

4. Krystalografia fizyczna- bada właściwości fizyczne kryształów (optyczne, termiczne, elektryczne itp.), w których niektóre dziedziny wykształciły się jako odrębne nauki (optyka kryształów).

Substancje stałe krystaliczne i amorficzne

Bryły dzielą się na:

1. amorficzny, gdzie cząstki elementarne są rozmieszczone losowo, nieregularnie, co prowadzi do posiadania właściwości izotropii (te same właściwości materii w dowolnym kierunku). Ciała amorficzne są nietrwałe iz czasem stają się krystaliczne (dekrystalizacja).

2. krystaliczny, charakteryzujący się uporządkowanym układem cząstek elementarnych, które tworzą strukturę krystaliczną reprezentowaną przez sieć przestrzenną.

Sieć krystaliczna (przestrzenna)

Kryształowa komórka- zestaw cząstek elementarnych umieszczonych w odpowiednich punktach nieskończonego zestawu równoległościanów, które całkowicie wypełniają przestrzeń, są równe, zorientowane równolegle i przylegają wzdłuż całych ścian (rys. 1).

Elementy przestrzennej struktury sieciowej:

1. Węzły- cząstki elementarne zajmujące określoną pozycję w sieci.

2. Wiersz- zbiór węzłów położonych na tej samej linii prostej przez pewien równy przedział, zwany przedziałem rzędu.

3. płaska siatka- zestaw węzłów znajdujących się w tej samej płaszczyźnie.

4. komórka elementarna- pojedynczy równoległościan, którego powtórzenie tworzy siatkę przestrzenną.

Matematyk Auguste Bravais udowodnił, że może istnieć tylko 14 fundamentalnie różnych sieci. Parametry komórki elementarnej określają rodzaj sieci krystalicznej.

Kryształ- ciało stałe o kształcie wielościanu foremnego, w którym cząstki elementarne ułożone są regularnie w formie sieci krystalicznej.

Kryształowe elementy ograniczające:

twarze (gładkie płaszczyzny);

żebra (linie przecięcia twarzy);

wierzchołek (punkt przecięcia krawędzi).

Związek zewnętrznego kształtu kryształu ze strukturą wewnętrzną

1. Płaskie oczka odpowiadają kryształowym ścianom.

2. Rzędy odpowiadają krawędziom.

3. Węzły odpowiadają wierzchołkom.

Ale tylko te płaskie siatki i rzędy odpowiadają ścianom i krawędziom, które mają największe siatkowa gęstość to liczba węzłów na jednostkę powierzchni płaskiej siatki lub jednostkę długości rzędu.

Stąd Euler wyprowadził prawo: „Suma liczby ścian i wierzchołków jest równa liczbie krawędzi plus 2.”

Podstawowe właściwości kryształów

Regularna struktura wewnętrzna kryształów w postaci sieci przestrzennej determinuje ich najważniejsze właściwości:

1. Jednolitość są te same właściwości kryształu w kierunkach równoległych.

2. Anizotropia- różne właściwości kryształu w kierunkach nierównoległych (np. jeśli mineralny rozdęcie ("sten" - odporność) jest zarysowany wzdłuż wydłużenia, to jego twardość wynosi 4,5, a jeśli w kierunku poprzecznym, to twardość wynosi 6 -6,5).

3. Zdolność do samoograniczenia– w sprzyjających warunkach wzrostu kryształ przybiera kształt regularnego wielościanu.

4. Symetria.

Symetria kryształu

Symetria – (z greckiego "sym" - podobny, "metrios" - miara, odległość, rozmiar) - regularne powtarzanie identycznych ścian, krawędzi, wierzchołków kryształu względem niektórych pomocniczych obrazów geometrycznych (prosta, płaszczyzna, punkt). Pomocnicze obrazy geometryczne, za pomocą których ujawnia się symetria kryształu, nazywane są elementami symetrii.

Elementy symetrii kryształu obejmują oś symetrii (L - z linii angielskiej - linia), płaszczyznę symetrii (P - z gry angielskiej - płaszczyzna), środek symetrii (C - z centrum angielskiego - środek ).

Oś symetrii- linia prosta, obracając ją o 360 °, kryształ kilkakrotnie łączy się z jego początkową pozycją.

Podstawowy kąt obrotu a - może wynosić 60°, 90°, 120°, 180°.

Rząd osi symetrii to liczba kombinacji kryształu z jego pozycją początkową podczas obrotu o 360°.

W krysztale możliwe są osie symetrii drugiego, trzeciego, czwartego i szóstego rzędu. Osie symetrii piątej i większej niż szósta nie istnieją. Kolejność osi symetrii oznaczono przez L 6 , L 4 , L 3 , L 2 .

Możliwa liczba osi symetrii tego samego rzędu jest następująca:

L2 - 0, 1, 2, 3, 4, 6;

L4 - 0, 1, 3;

Płaszczyzna symetrii- płaszczyzna dzieląca kryształ na dwie lustrzane części.

Środek symetrii- punkt wewnątrz kryształu, w którym linie przecinają się i przecinają, łącząc przeciwległe identyczne ściany, krawędzie lub wierzchołki kryształu. Z tej definicji wynika zasada: jeśli w krysztale znajduje się środek symetrii, to każda ściana musi mieć przeciwną, równą, równoległą i odwrotnie skierowaną ścianę.

Przyjęło się pisać w linii sumę wszystkich dostępnych elementów symetrii, bez żadnych znaków interpunkcyjnych między nimi, przy czym najpierw wskazuje się osie symetrii, zaczynając od najwyższego rzędu, następnie płaszczyznę symetrii, a na ostatnie miejsce, jeśli istnieje, rejestrowany jest środek symetrii.

Klasyfikacja kryształów

Zgodnie z całością zawartych w nich elementów symetrii kryształy łączy się w klasy. W 1830 r. naukowiec F. Hessel na podstawie obliczeń matematycznych doszedł do wniosku, że możliwe są w sumie 32 różne kombinacje elementów symetrii w kryształach. To zestaw elementów symetrii definiuje klasę.

Zajęcia połączone są w syngonie. Klasy charakteryzujące się jednym lub kilkoma identycznymi elementami symetrii są zgrupowane w jedną syngonię. Syngonium znane 7.

Zgodnie ze stopniem symetrii syngonie są łączone w większe podpodziały - kategorie: wyższa, środkowa, dolna (tabela).

Formy kryształowe

1. Proste - kryształy, w których wszystkie twarze mają ten sam kształt i ten sam rozmiar. Wśród form prostych wyróżnia się:

zamknięte - całkowicie zamknij przestrzeń twarzami (zwykłe wielościany);

otwarte - nie zamykają całkowicie przestrzeni, a do ich zamknięcia stosuje się inne proste formy (pryzmaty itp.)

2. Połączenie prostych form – kryształu, na którym rozwijane są twarze różniące się od siebie kształtem i wielkością. Ile różnych rodzajów faset znajduje się na krysztale, ta sama liczba prostych form uczestniczy w tej kombinacji.

Nazewnictwo prostych kształtów

Nazwa jest oparta na liczbie twarzy, kształcie twarzy, przekroju kształtu. Nazwy form prostych używają terminów greckich:

· mononukleoza- tylko jeden;

· di, bi- dwa-, dwa razy;

· trzy- trzy, trzy, trzy razy;

· tetra- cztero-, cztero-, czterokrotnie;

· penta- pięć, pięć;

· heksa- sześć-, sześć;

· okta- osiem, osiem;

· dodeca- dwanaście, dwanaście;

· hedrona- Brzeg;

· gonio- narożnik;

· syn- podobny;

· pinakos- stół, deska;

· Cline- nachylenie;

· poli- dużo;

· rocknos- skośne, nierówne.

Na przykład: pięciokąt (pięć, kąt, dwanaście - 12 pięciokątów), dwupiramida czworokątna (czworokąt u podstawy i dwie piramidy).

Układy osi krystalograficznych

Osie krystalograficzne- kierunki w krysztale równoległe do jego krawędzi, które są traktowane jako osie współrzędnych, oś x to III, oś y to II, oś z to I.

Kierunki osi krystalograficznych pokrywają się z rzędami sieci przestrzennej lub są do nich równoległe. Dlatego czasami zamiast oznaczeń osi I, II, III stosuje się oznaczenia pojedynczych segmentów a, b, c.

Rodzaje osi krystalograficznych:

1. Układ trójosiowy prostokątny (rys. 2). Występuje, gdy kierunki są zorientowane prostopadle do siebie. Stosowany w układach sześciennych (a=b=c), tetragonalnych (a=b≠c) i rombowych (a≠b≠c).

2. Układ czteroosiowy (rys. 3). Czwarta oś jest zorientowana pionowo, a trzy osie są narysowane pod kątem 120° w płaszczyźnie prostopadłej do niej. Używany do kryształów sześciokątnych i trygonalnych, a=b≠c

3. skośny system (rys. 4). a=γ=90°, b≠90°, a≠b≠c. Służy do instalowania kryształów systemu jednoskośnego.

4.
Układ skośny (ryc. 5). a≠γ≠b≠90°, a≠b≠c. Używany do kryształów trójskośnych.

Prawo liczb całkowitych

Jest to jedno z najważniejszych praw krystalografii, zwane także prawem Haüy'a, prawem racjonalności stosunków podwójnych, prawem racjonalności stosunków parametrów. Prawo mówi: „Podwójne stosunki parametrów odciętych przez dowolne dwie ściany kryształu na jego trzech przecinających się krawędziach są równe stosunkom liczb całkowitych i stosunkowo małych liczb”.

1. Wybieramy trzy nierównoległe krawędzie przecinające się w punkcie O. Traktujemy te krawędzie jako osie krystalograficzne (Rys. 6).

2. Wybieramy dwie ściany A 1 B 1 C 1 i A 2 B 2 C 2 na krysztale, a płaszczyzna A 1 B 1 C 1 nie jest równoległa do płaszczyzny A 2 B 2 C 2 , a punkty leżą na osie krystalograficzne.

3. Odcinki odcięte przez ściany na osiach krystalograficznych nazywamy parametrami ściany. W naszym przypadku OA 1 , OA 2 , OB 1 , OB 2 , OC 1 , OC 2 .

, gdzie p, q, r są liczbami wymiernymi i stosunkowo małymi.

Prawo wyjaśnia struktura sieci krystalicznej. Kierunki wybrane jako osie odpowiadają rzędom sieci przestrzennej.

Symbole twarzy

Aby uzyskać symbol twarzy, należy ustawić kryształ w odpowiednich osiach krystalograficznych, a następnie wybrać jedna twarz– twarz, której parametry wzdłuż każdej osi krystalograficznej są przyjmowane jako jednostka miary (innymi słowy, jako segment skali). W rezultacie stosunek parametrów będzie charakteryzował położenie lica w osiach krystalograficznych.

Wygodniej jest używać nie parametrów, ale indeksy twarzy– wielkości odwrotne do parametrów: . Indeksy są napisane kręcone (na przykład scharakteryzuj prostą formę jako całość (hkl) lub (hhl)) lub nawiasy (odnoszą się bezpośrednio do konkretnej twarzy, np. (hh) lub (hlh) ) bez znaków interpunkcyjnych. Jeśli uzyskany zostanie indeks ujemny, to można go przedstawić za pomocą znaku wektora - (hkl). Indeksy mogą być również oznaczane wartościami liczbowymi, takimi jak (321), (110) lub (hk0). „0” – oznacza, że ​​twarz jest równoległa do osi.

Sposoby powstawania kryształóww

Kryształy mogą powstawać ze wszystkich skupisk materii, zarówno w warunkach naturalnych, jak i laboratoryjnych.

Stan gazowy - płatki śniegu (kryształy lodu), szron, płytka nazębna, siarka rodzima (podczas erupcji wulkanicznych kryształy siarki osadzają się na ścianach kraterów); w przemyśle - kryształy jodu, magnezu. Sublimacja- proces powstawania kryształów z substancji gazowej.

Stan ciekły - tworzenie kryształów ze stopu iz roztworu. Powstawanie wszystkich natrętnych skał następuje z wytopów (wytopów magmowych płaszcza), gdy głównym czynnikiem jest spadek temperatury. Ale najczęstszym jest tworzenie kryształów z roztworów. W naturze procesy te są najczęstsze i najbardziej intensywne. Zwłaszcza tworzenie kryształów z roztworów jest typowe dla suszenia jezior.

Stan stały to głównie proces przejścia substancji amorficznej w krystaliczną (dekrystalizacja), in naturalne warunki te procesy są aktywne wysokie temperatury ah i ciśnienia.

Pojawienie się kryształów

Roztwory różnią się stopniem stężenia substancji w nich:

nienasycony (nienasycony) - możesz dodać substancję, która będzie nadal się rozpuszczać;

nasycony - dodanie substancji nie prowadzi do jej rozpuszczenia, wytrąca się;

przesycony (przesycony) - powstaje, gdy nasycony roztwór znajdzie się w warunkach, w których stężenie substancji znacznie przekracza granicę rozpuszczalności; rozpuszczalnik zaczyna najpierw parować.

Na przykład tworzenie krystalicznego jądra NaCl:

1. Kryształ jednowymiarowy (ze względu na przyciąganie jonów powstaje szereg), (rys. 7);

2. kryształ 2D (płaska siatka), (rys. 8);

3. Pierwotna sieć krystaliczna (jądro krystaliczne około 8 komórek elementarnych), (rys. 9).

Każdy kryształ ma swój własny łańcuch powstawania (dla kryształu soli - sześcian), ale mechanizm zawsze będzie taki sam. W rzeczywistych warunkach za centrum krystalizacji służy z reguły albo obce zanieczyszczenie (ziarno piasku), albo najmniejsza cząstka substancji, z której zbudowany zostanie kryształ.

wzrost kryształów

Do chwili obecnej istnieją dwie główne teorie opisujące wzrost kryształów. Pierwsza z nich nazywana jest teorią Kossla-Strańskiego. (rys. 10). Zgodnie z tą teorią cząstki przyczepiają się do kryształu głównie w taki sposób, że uwalniana jest największa energia. Wyjaśnia to fakt, że każdy proces przebiega „łatwiej”, jeśli energia jest uwalniana.

ALE- maksymalna ilość energii jest uwalniana (kiedy cząstka uderza w ten trójścienny kąt).

B- zostanie uwolniona mniejsza energia (kąt dwuścienny).

W- uwalniana jest minimalna ilość energii, najbardziej nieprawdopodobny przypadek.

Podczas wzrostu cząsteczki najpierw zajmą pozycję ALE, potem w B i wreszcie w W. Nowa warstwa nie zacznie rosnąć na krysztale, dopóki warstwa nie zostanie całkowicie zbudowana.

Teoria ta w pełni wyjaśnia wzrost kryształów o idealnie gładkich ścianach z mechanizmem narastania ścianek warstwa po warstwie.

Ale w latach 30. XX wieku udowodniono, że powierzchnie kryształów są zawsze zniekształcone lub mają jakieś defekty, dlatego w rzeczywistych warunkach powierzchnie kryształów są dalekie od idealnie gładkich płaszczyzn.

Druga teoria została zaproponowana przez G.G. Lemmlein, biorąc pod uwagę fakt, że ściany kryształów nie są idealne, opracował teorię dyslokacji (wzrost dyslokacji) - przemieszczenia. Ze względu na przemieszczenie śruby, na powierzchni kryształu zawsze znajduje się „krok”, do którego najłatwiej przyczepiają się cząsteczki rosnącego kryształu. Teoria dyslokacji i in w szczególności teoria zwichnięcia śruby (Rys. 11, 12), zawsze umożliwia kontynuację wzrostu ścian, ponieważ zawsze jest miejsce na korzystne przyłączenie cząstki do przemieszczonej sieci krystalicznej. W wyniku takiego wzrostu powierzchnia twarzy nabiera spiralnej struktury.

Obie teorie, doskonały i niedoskonały wzrost kryształów, uzupełniają się wzajemnie, każda z nich opiera się na tych samych prawach i zasadach i pozwala w pełni scharakteryzować wszystkie zagadnienia wzrostu kryształów.

Tempo wzrostu aspektu

Szybkość narastania krawędzi- wartość odcinka prostopadłego do jego płaszczyzny, po którym dana ściana porusza się w jednostce czasu (Rys. 13).

Tempo wzrostu różnych ścian kryształów jest różne. Fasety o wyższej szybkości narastania stopniowo zmniejszają swój rozmiar, są zastępowane przez rosnące ściany o niskim narastaniu i mogą całkowicie zniknąć z powierzchni kryształu. (Rys. 14). Przede wszystkim na krysztale rozwijają się twarze o największej gęstości siatkowatej.

Tempo wzrostu krawędzi zależy od wielu czynników:

wewnętrzny i zewnętrzny. Spośród czynników wewnętrznych największy wpływ na tempo wzrostu ścian ma ich gęstość siatkowa, co wyraża prawo Bravaisa: „Kryształ pokryty jest ścianami o większej gęstości siatkowatej i najmniejszym tempie wzrostu”.

Czynniki wpływające na kształt rosnącego kryształu

Czynniki dzielą się na wewnętrzne (co jest bezpośrednio związane z właściwościami jonów lub atomów lub sieci krystalicznej) i zewnętrzne: ciśnienie, a także:

1. Koncentracja przepływów. Gdy kryształ rośnie w roztworze, w jego pobliżu znajduje się obszar o nieco wyższej temperaturze (cząstki są przyłączone tak, aby uwolnić jak najwięcej energii) i o zmniejszonej gęstości roztworu (rosnący kryształ jest zasilany) (rys. 15 ). Po rozpuszczeniu wszystko dzieje się na odwrót.

Strumienie pełnią podwójną rolę: strumienie stale poruszające się w górę przynoszą nowe porcje materii, ale także zniekształcają kształt kryształów. Karmienie odbywa się tylko od dołu, mniej z boków, a prawie wcale z góry. Hodując kryształy w warunkach laboratoryjnych starają się wykluczyć wpływ przepływów stężeń, dla których stosują różne metody: metodę dynamicznego wzrostu kryształów, metodę sztucznego mieszania roztworu itp.

2. Stężenie i temperatura roztworu. Zawsze wpływaj na kształt kryształów.

Wpływ stężenia roztworu na kształt kryształów ałunu (stężenie wzrasta od 1 do 4):

1 - kryształ w postaci ośmiościanu;

2.3 - połączenie kilku prostych form;

4 - kryształ z dominującym rozwojem twarzy oktaedrycznej, kształt zbliża się do kuli.

Wpływ temperatury na epsomit:

Wraz ze wzrostem temperatury kryształy epsomitu nabierają grubszego pryzmatycznego kształtu, aw niskiej temperaturze - cienkiej soczewki.

3. Zanieczyszczenia ciałami obcymi. Na przykład ośmiościan z ałunu zamienia się w sześcian, gdy rośnie w roztworze z domieszką boraksu.

4. Inne.

Prawo stałości kątów fasetowych

W połowie XVII wieku, w 1669 roku, duński naukowiec Steno zbadał kilka kryształów kwarcu i zdał sobie sprawę, że bez względu na to, jak bardzo kryształ jest zniekształcony, kąty między ścianami pozostają niezmienione. Początkowo prawo było traktowane chłodno, ale po 100 latach badań Łomonosowa i francuskiego naukowca Romeu-Delille, niezależnie od siebie, potwierdzili to prawo.

Do tej pory prawo ma inną nazwę - prawo Steno-Łomonosowa-Rzym-Delille). Prawo stałości kątów twarzy: „We wszystkich kryształach tej samej substancji kąty między odpowiednimi ścianami i krawędziami są stałe”. To prawo tłumaczy się strukturą sieci krystalicznej.

Do pomiaru kątów między twarzami używa się urządzenia goniometru (podobnego do połączenia kątomierza i linijki). Aby uzyskać dokładniejsze pomiary, goniometr optyczny wynaleziony przez E.S. Fiodorow.

Znając kąty między ścianami kryształu substancji, można określić skład substancji.

Przerosty kryształów

Wśród przerostów kryształów wyróżnia się dwie główne grupy:

1. Nieregularne - przerosty kryształów, które nie są ze sobą połączone i nie są zorientowane między sobą w przestrzeni (druz).

2. Regularne:

równoległy;

Bliźnięta.

Łączenie równoległe kryształy to kilka kryształów tej samej substancji, które mogą mieć różne rozmiary, ale zorientowane równolegle do siebie, sieć krystaliczna w tym splocie jest bezpośrednio połączona w jedno.

berło wspólne- mniejsze kryształy kwarcu rosną razem z większym kryształem.

Debel

Podwójnie- naturalny przerost dwóch kryształów, w którym jeden kryształ jest lustrzanym odbiciem drugiego lub jedna połówka bliźniaka jest odrywana od drugiej poprzez obrócenie o 180°. Z punktu widzenia mineralogii u każdego bliźniaka zawsze widoczny jest wewnętrzny kąt wklęsły. (rys. 16).

Elementy bliźniacze:

1. Płaszczyzna bliźniacza - płaszczyzna, w której odbijają się dwie części bliźniaka.

2. Oś bliźniacza - oś, wokół której jedna połowa bliźniaka zamienia się w drugą.

3. Płaszczyzna fuzji - płaszczyzna, wzdłuż której dwie części bliźniaka przylegają do siebie. W szczególnych przypadkach płaszczyzna bliźniacza i płaszczyzna fuzji pokrywają się, ale w większości przypadków tak nie jest.

Połączenie i natura wszystkich trzech elementów bliźniaka określają prawa bliźniactwa: „spinel”, „galus” itp.

Kiełkujące bliźnięta Jeden kryształ przerasta inny. Jeśli w grę wchodzi kilka kryształów, odpowiednio rozróżnia się trójniki, czwórki itp. (w zależności od liczby kryształów).

Bliźniaki polisyntetyczne- szereg bliźniaczych kryształów ułożonych tak, że każde dwa sąsiednie są usytuowane względem siebie w orientacji bliźniaczej, a kryształy przechodzące przez jeden są zorientowane równolegle do siebie (Rys. 17).

Bliźniacze polisyntetyczne na naturalnych kryształach często przejawiają się w postaci cienkich równoległych kreskowań (bliźniaczych szwów).

Formy naturalnych kryształów

Wśród kryształów zwyczajowo rozróżnia się:

· ideał- te kryształy, w których wszystkie ściany o tym samym prostym kształcie mają ten sam rozmiar, kształt, odległość od środka kryształu;

· prawdziwy- spotykają się z pewnymi odchyleniami od idealnych form.

W naturalnych (prawdziwych) kryształach nierównomierny rozwój lic o tym samym kształcie sprawia wrażenie mniejszej symetrii. (Rys. 18).

W prawdziwych kryształach twarze są dalekie od matematycznie poprawnych płaszczyzn, ponieważ na licach prawdziwych kryształów występują różne komplikacje w postaci cieniowania, wzorów, wgłębień, narośli, tj. rzeźby. Przydziel: wzór przypominający parkiet, cieniowanie na twarzy, wicynale (są to małe obszary twarzy kryształu, lekko przesunięte od kierunku twarzy). W prawdziwych kryształach bardzo często występują skomplikowane formy kryształów.

Odbiegając od normalnych warunków wzrostu, kryształy szkieletowe- kryształy, na których przeważają krawędzie i wierzchołki, a powierzchnie są opóźnione w rozwoju (np. płatki śniegu). Kryształy przeciwszkieletowe- przeważają fasety, natomiast krawędzie i wierzchołki są opóźnione w rozwoju (kryształ nabiera zaokrąglonego kształtu, bardzo często w tej formie występuje diament).

Są też kryształy skręcone, rozszczepione, zdeformowane.

Wewnętrzna struktura kryształów

Struktura wewnętrzna kryształów jest bardzo często strefowa. Każda zmiana skład chemiczny roztwór, w którym rośnie kryształ, tworzy własną warstwę. Struktura strefowa wynika z pulsacji i zmian w składzie chemicznym roztworów nawozowych, tj. w zależności od tego, co kryształ jadł w młodości, zmieni się np. kolor stref.

W poprzecznym pęknięciu widoczna jest struktura sektorowa, która jest ściśle związana z podziałem na strefy i wynika ze zmian w składzie ośrodka.

Inkluzje w kryształach

Wszystkie wtrącenia są podzielone na jednorodne i niejednorodne. Są one również podzielone ze względu na czas formacji na:

1. Pozostałość (relikt) - faza stała, reprezentująca substancję, która istniała jeszcze przed wzrostem kryształu.

2. Syngenetyczne - inkluzje, które powstały wraz ze wzrostem kryształów.

3. Epigeniczny - powstający po utworzeniu kryształów.

Najbardziej interesujące dla krystalografii są wtrącenia resztkowe i syngenetyczne.

Metody badania inkluzji w kryształach

IP Ermakow i Yu.A. Dolgov wniósł wielki wkład w badanie inkluzji, a dziś istnieją dwie główne metody badania inkluzji w kryształach:

1. Metoda homogenizacji– grupa metod opartych na zasadzie przekształcania wtrąceń w stan jednorodny; z reguły osiąga się to przez ogrzewanie. Na przykład bąbelki w krysztale są płynne, a po podgrzaniu do określonej temperatury stają się jednorodne, tj. ciecz staje się gazem. Głównie ta metoda działa na przezroczystych kryształach.

2. Metoda deszyfrowania- poprzez zmianę temperatury i ciśnienia kryształ i jego wtrącenia wytrącają się z równowagi, a wtrącenia doprowadzane są do eksplozji.

W rezultacie uzyskuje się dane o temperaturze i ciśnieniu powstawania kryształu z zamkniętymi gazami, cieczami lub fazą stałą w postaci inkluzji.

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Hostowane na http://www.allbest.ru/

1 . ogólna charakterystyka dyscyplin geologicznych

Nauki mineralogii, krystalografii i petrografii oddzieliły się historycznie od nauki o składzie materialnym, budowie i historii rozwoju ziemi zwanej geologia.

Krystalografia bada powstawanie, kształt i właściwości fizykochemiczne kryształów tworzących różne minerały.

Metalografia- nauka badająca strukturę i właściwości metali oraz ustalająca związek między ich składem, strukturą i właściwościami.

Mineralogia wyróżniał się jako nauka o naturalnych związkach chemicznych zwanych minerałami. Mineralogia zajmuje się badaniem składu i struktury minerałów, warunków ich powstawania i przemian.

Petrografia- nauka o skałach, ich składzie, budowie, klasyfikacji, warunkach występowania.

Nauki te są nierozerwalnie związane z praktycznymi potrzebami przemysłu metalurgicznego i innych. Nie ma jednej branży, w której nie wykorzystuje się minerałów naturalna forma lub dowolne składniki od nich wywodzące się. Znajomość minerałów, ich składu, różnych właściwości i obszarów praktycznego zastosowania jest niezbędna specjalistom pracującym w różnych gałęziach przemysłu.

Mskładniki mineralne nazwać pierwiastki lub związki chemiczne powstałe w skorupie ziemskiej, skorupie wodnej lub atmosferze w wyniku różnych procesów fizykochemicznych (bez żadnej ingerencji).

Minerały mogą być jednym pierwiastek chemiczny: diament (C); grafit (C); siarka (S); złoto (Au) lub mogą być związkami o stałym lub zmiennym składzie:

Związki o stałym składzie (drąg lawinowy; kwarc; wapń)

Związki o zmiennym składzie: oliwiny o składzie od forsterytu Mg 2 (SiO 4) do fajalitu Fe 2 (SiO 4) .

Większość minerałów to stałe, krystaliczne substancje. Chociaż poszczególne minerały występują w postaci kryptokrystalicznej (zwykle w stanie rozproszonym koloidowo).

W naturze minerały mogą być rozproszone w postaci drobnych cząstek lub występować w dużych skupiskach. Jednocześnie minerały tej samej substancji mogą występować w inna forma. Powoduje to trudności w zewnętrznym określeniu minerałów zawartych w dowolnej skale.

Obecnie znanych jest około 3800 różnych minerałów, z których tylko 250-300 jest rozpowszechnionych i ma wartość praktyczną. Są to rudy żelaza, metali nieżelaznych i metali rzadkich, surowce do produkcji materiały budowlane, surowce dla przemysłu chemicznego, kamienie szlachetne i inne.

Ponieważ minerały mają prawidłowy regularny układ atomów, ze względu na swoją strukturę krystaliczną, ciecze, gazy, sztuczne ciała stałe i naturalne substancje atmosferyczne.

Minerały różnią się między sobą składem chemicznym i strukturą krystaliczną.

Minerały, które mają tę samą strukturę krystaliczną, ale różnią się składem chemicznym, nazywane są izomorficzny.

Nazywa się minerały o tym samym składzie chemicznym, ale innej strukturze krystalicznej polimorficzny(przykład minerałów polimorficznych: diament i grafit).

1.1 Morfologia minerałów (formy znajdowania minerałów w przyrodzie)

W naturze minerały występują w postaci:

monokryształy;

Debel;

jednostki.

sobowtór nazwany takim naturalnym przerostem dwóch kryształów, w którym jeden osobnik można uzyskać od drugiego albo przez odbicie w określonej płaszczyźnie (bliźniak) albo przez obrót wokół określonej osi (bliźniak).

Najczęściej minerały występują w postaci przypadkowych nieregularnych agregatów. agregaty. Kruszywa mogą składać się z kryształów jednego minerału (agregaty monomineralne) lub kilku agregatów (agregaty polimineralne).

Kruszywa dzielą się na:

gruboziarnisty (powyżej 5 mm);

Średnioziarnisty (1-5 mm);

Drobnoziarnisty (mniej niż 1 mm).

Formy ziaren tworzących agregaty to: łuskowate, włókniste, ziemiste. Wyróżnia się następujące morfologiczne typy agregatów:

Druzy są przerostami dobrze uformowanych kryształów, różnej wysokości i różnie zorientowanych, ale przymocowanych jednym końcem do wspólnej płaskiej lub wklęsłej podstawy.

Wydzieliny to formacje mineralne, które wypełniają puste przestrzenie w skałach. Wypełnianie pustych przestrzeni następuje w wyniku stopniowego osadzania się substancji na ich ścianach od obrzeża do środka.

Konkrecje - formacje o zaokrąglonym kształcie, zwykle o strukturze promieniście promienistej lub skorupowej. W przeciwieństwie do sekrecji, osadzanie się substancji odbywa się od środka do obrzeży.

Oolity to małe kuliste formacje o koncentrycznej strukturze powłoki.

Pseudoolity - formacje podobne w kształcie do oolitów, ale nie posiadające koncentrycznej struktury skorupowej.

Dendryty to skupiska drzewiaste przypominające liście paproci, gałęzie drzew.

1.2 Właściwości fizyczne minerały

Do głównych właściwości fizycznych minerałów pozwalających na ich określenie na podstawie cech zewnętrznych należą: barwa, barwa linii, odcień, połysk, stopień przezroczystości, twardość, rozszczepienie, pękanie, ciężar właściwy, magnetyzm, kruchość, ciągliwość, elastyczność itp.

Kolor jest jedną z charakterystycznych właściwości fizycznych minerałów. Dla tego samego minerału w zależności od składu chemicznego, struktury, zanieczyszczeń mechanicznych i chemicznych można zmieniać kolor. Kolorem można ocenić warunki powstawania minerałów i ich przynależności do konkretnego złoża.

Akademik A.E. Fersman wyróżnia trzy rodzaje kolorów mineralnych: idiochromatyczne, allochromatyczne i pseudochromatyczne.

Idiochromatyczny - własna barwa minerału.

Allochromatyczny - konsekwencja obecności w minerale wtrąceń obcych zanieczyszczeń mechanicznych.

Pseudochromatyczny - zjawisko dyfrakcji promieni świetlnych z wszelkich wewnętrznych pęknięć.

Kolor kreski- ślad pozostawiony przez minerał na nieszkliwionej porcelanowej płytce. To jest kolor pokruszonego proszku mineralnego.

odbarwienie- zjawisko polegające na tym, że minerał oprócz głównego koloru w cienkiej warstwie powierzchniowej posiada dodatkowy kolor.

Łupliwość- zdolność niektórych minerałów do rozszczepiania się lub rozszczepiania wzdłuż pewnych płaszczyzn z utworzeniem gładkich, równych, błyszczących powierzchni.

1.3 Geneza mineralna (okołotworzenie minerałów w przyrodzie)

Procesy powstawania minerałów można podzielić na:

1) Endogenny (występujący wewnątrz ziemi i związany z aktywnością magmową);

2) egzogenne (występujące na powierzchni ziemi, objawiające się działaniem czynników atmosferycznych i powierzchni roztworów wodnych, a także biochemiczną aktywnością organizmów (utlenianie, rozkład);

3) Metamorficzny (występujący w wyniku przekształcenia wcześniej powstałych skał przy zmianie warunków fizykochemicznych.

Paragenmihjestminerały.

Parageneza to wspólne występowanie minerałów w przyrodzie, ze względu na powszechny proces ich powstawania. Minerały mogą powstawać sekwencyjnie lub jednocześnie.

1.4 PmetrografiaI

Petrografia- nauka zajmująca się badaniem skał, ich składem mineralnym i chemicznym, strukturą, rozmieszczeniem i warunkami powstawania.

skały zwane kruszywami mineralnymi o mniej lub bardziej stałym składzie chemicznym i mineralnym, zajmujące znaczne obszary skorupy ziemskiej. Skały mogą być monomineralne, składające się z jednego minerału i polimineralne, które zawierają kilka minerałów.

Monomineralny skały - wapień i marmur (składa się z kalcytu mineralnego), kwarcyt (składa się z kwarcu).

Polimineralne skały - granit (głównymi minerałami skałotwórczymi są skalenie (mikroklina, ortoklaz, plagioklaz), kwarc i mika (biotyt, muskowit).

Znanych jest około tysiąca rodzajów skał, które w zależności od warunków powstawania (genezy) dzielą się na trzy klasy:

1. Magmowy( lub błędny). Powstają z magmy zamrożonej we wnętrzu Ziemi lub na jej powierzchni, są to typowe formacje wysokotemperaturowe.

2. Osadowy. Są to wypełnione i przekształcone produkty niszczenia wcześniej uformowanych skał, szczątki organizmów i produkty ich przemiany materii; Powstawanie skał osadowych następuje na powierzchni Ziemi w zwykłych temperaturach i normalnym ciśnieniu, głównie w środowisku wodnym.

3. Metamorficzny. Powstają na dużych głębokościach w wyniku zmian w skałach osadowych i magmowych pod wpływem różnych procesów endogenicznych (wysokie temperatury i ciśnienia, substancje gazowe uwalniane z magmy itp.).

2 . Podstawy krystalografii

Krystalografia dzieli się na: krystalografię geometryczną, krystalografię krystalograficzną i fizyczną.

Krystalografia geometryczna rozważa ogólne wzorce budowy substancji krystalicznych, które tworzą ich kryształy, a także symetrię i systematykę kryształów.

chemia kryształów bada związek między strukturą a właściwościami chemicznymi substancji krystalicznej, a także opis struktur kryształów

Krystalografia fizyczna opisuje właściwości fizyczne kryształów (mechaniczne, optyczne, termiczne, elektryczne i magnetyczne).

2 .1 Podstawykrystalografia geometryczna

Cechy stanu krystalicznego. Słowo „kryształ” zawsze kojarzy się z ideą wielościanu o takiej czy innej formie. Jednak substancje krystaliczne charakteryzują się nie tylko zdolnością nadawania formacji o określonym kształcie. Główną cechą ciał krystalicznych jest ich anizotropia- zależność szeregu właściwości (wytrzymałość na rozciąganie, przewodność cieplna, ściśliwość itp.) od kierunku w krysztale.

Creestale- ciała stałe uformowane w postaci wielościanów geometrycznie regularnych.

a) sól kamienna b) kwarc; c) magnetyt

Rysunek 1. Kryształy

Elementami ograniczenia kryształów są: płaszczyzny - twarze; linie przecięcia krawędzi — żebra; punkty przecięcia krawędzi — szczyty.

Hostowane na http://www.allbest.ru/

Hostowane na http://www.allbest.ru/

Rysunek 2. Elementy ograniczenia kryształów

Cząstki elementarne (atomy, jony lub cząsteczki) w kryształach zlokalizowane są w postaci sieci przestrzennej.

Krata przestrzenna to układ punktów położonych na wierzchołkach równoległych równoległościanów, które są równoległe i przylegają do siebie wzdłuż całych ścian, bez przerw wypełniających przestrzeń.

Rysunek 3. Przestrzenna sieć kryształu

mineralny krystaliczny metal z tworzywa sztucznego,

Elementarne równoległościany, które tworzą przestrzenną sieć kryształu, nazywają się komórki elementarne.

Parametrami takiej komórki są: trzy kąty pomiędzy, przyjmowane jako osie główne, oraz trzy odcinki (A, B, C) odległości pomiędzy węzłami wzdłuż tych osi.

Rysunek 4. Parametry komórki elementarnej

Pewne ułożenie cząstek w kryształach w postaci sieci przestrzennej determinuje szereg specjalnych właściwości substancji krystalicznych - jednorodność, anizotropię, zdolność do samodzielnego cięcia, tj. rosną w postaci regularnych wielościanów).

Jednolitość oznacza, że ​​właściwości kryształów są takie same we wszystkich jego punktach.

Anizotropia kryształy polegają na rozbieżności w różnych kierunkach większości ich właściwości fizycznych (mechanicznych, optycznych i innych).

Zdolność do samoograniczenia polega na tym, że w sprzyjających warunkach wzrostu tworzą one wielościany regularne, których ściany są płaskimi siatkami sieci przestrzennej.

Jeśli umieścimy kawałek kryształów o nieregularnym kształcie w roztworze o odpowiednich warunkach, to po pewnym czasie nabierze on krawędzi i przybierze formę regularnego wielościanu, charakterystycznego dla kryształów tej substancji.

Przekształcenie kuli wyciętej z sześciennego kryształu soli kamiennej w nasyconym roztworze z powrotem w sześcienny kryształ.

Rysunek 5. Schemat transformacji

Kryształy minerału najczęściej charakteryzują się obecnością ścian określonego typu, chociaż w rzadkich przypadkach zewnętrzne formy kryształów tego samego minerału mogą się różnić w zależności od warunków powstawania.

W badaniu kryształów ogromne znaczenie mają prawa krystalografii geometrycznej.

Pierwsze prawo:Prawo stałości kątów fasetowych-Prawo Stena: dla różnych kryształów tej samej substancji, niezależnie od wielkości i kształtu, pomiędzy odpowiednimi ścianami w danych warunkach jest stała.

Rysunek 6. Różne kryształy kwarcu

Drugie prawo-prawo racjonalności relacji parametrów. Prawo Ayui.

Na jednym krysztale można znaleźć tylko takie figury, których parametry ścian odnoszą się do parametrów ścian o prostym kształcie, przyjętym jako główny, jako liczby wymierne.

Symetria kryształu

Symetria kryształu polega na regularnym powtarzaniu identycznych ścian, krawędzi, narożników w tym krysztale.

Obrazy warunkowe, w odniesieniu do których obserwuje się symetrię, nazywane są elementami symetrii. Należą do nich: płaszczyzna symetrii, oś symetrii, środek i wierzchołek.

Płaszczyzna symetrii- jest to wyimaginowana płaszczyzna dzieląca wielościan krystaliczny na dwie równe części, z których jedna jest lustrzanym odbiciem drugiej.

Liczba płaszczyzn symetrii w kryształach jest oznaczona liczbą przed warunkowym symbolem płaszczyzny symetrii, literą P.

Kryształy nie mogą mieć więcej niż dziewięć płaszczyzn symetrii.

Oś symetrii- wyimaginowana linia prosta, która przechodzi przez kryształ, a po obróceniu o 360 ° figura łączy się ze sobą określoną liczbę razy (n razy). Nazwa osi lub jej kolejność zależy od liczby kombinacji podczas pełnego obrotu wokół osi (360 stopni) kryształu.

Kryształy mają osie drugiego, trzeciego, czwartego i szóstego rzędu.

Osie symetrii są oznaczone literą L i symbolem wskazującym kolejność osi symetrii (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Oprócz zwykłych osi symetrii istnieją osie odwrócone i lustrzane. Jeśli są dostępne, to aby zrównać figurę ze sobą, obrocie wokół osi musi towarzyszyć obrót o 180 ° wokół osi prostopadłej do danej (inwersja) lub odbicie lustrzane od płaszczyzny.

Środek symetrii C nazywany punktem, który przecina każdą przechodzącą przez niego linię, narysowaną do przecięcia z twarzami figury.

W 1867 A.V. Gadolin wykazał matematycznie, że możliwe jest istnienie 32 rodzajów symetrii form krystalicznych, z których każdy charakteryzuje się pewną kombinacją elementów symetrii.

Wszystkie rodzaje symetrii kryształów dzielą się na trzy kategorie: dolną, średnią i wyższą. Kryształy najniższej kategorii nie mają osi wyższego rzędu - wyższych niż druga; kategoria środkowa charakteryzuje się jedną osią wyższego rzędu, najwyższą - kilkoma takimi osiami. Kategorie podzielone są na systemy kryształów lub syngonie.

Syngonia to zestaw elementów symetrii o tej samej liczbie osi tego samego rzędu. W sumie istnieje siedem syngonów: trójskośna, jednoskośna, rombowa, trygonalna, sześciokątna, sześcienna, czworokątna.

Najniższa kategoria obejmuje trzy syngonie - trójskośną, jednoskośną i rombową. W kryształach trójskośnego układu kryształów nie ma ani osi, ani płaszczyzn symetrii: może też brakować środka symetrii. Kryształy jednoskośne mogą mieć zarówno oś, jak i płaszczyznę symetrii, ale nie mogą mieć wielu osi ani płaszczyzn symetrii. Układ rombowy charakteryzuje się obecnością kilku elementów symetrii - kilku osi lub płaszczyzn.

Niezbędnym warunkiem powstawania kryształów o wysokiej symetrii jest symetria ich cząstek składowych. Ponieważ większość cząsteczek nie jest symetryczna, kryształy o wysokiej symetrii stanowią tylko niewielką część całkowitej znanej liczby.

Znanych jest wiele przypadków, gdy ta sama substancja występuje w różnych formach krystalicznych, tj. różni się budową wewnętrzną, a co za tym idzie właściwościami fizyko-chemicznymi. Takie zjawisko nazywa się wielopostaciowość.

Wśród ciał krystalicznych zjawisko to jest również często obserwowane izomorfizm- właściwość atomów, jonów lub cząsteczek do wzajemnego zastępowania się w sieci krystalicznej, tworząc mieszane kryształy. Mieszane kryształy to idealnie jednorodne mieszaniny ciała stałe są solidnymi rozwiązaniami substytucji. Dlatego możemy powiedzieć, że izomorfizm to zdolność do tworzenia substytucyjnych roztworów stałych.

Formy kryształowe

Oprócz elementów symetrii kryształy charakteryzują się również swoim zewnętrznym kształtem. Tak więc sześcian i ośmiościan mają te same elementy symetrii, ale kształt zewnętrzny i liczba ścian są różne.

kryształowy kształt to zbiór wszystkich jego twarzy. Rozróżnij formy proste i złożone.

prosty kształt taki kształt nazywa się, którego wszystkie ściany są połączone ze sobą elementami symetrii, czyli innymi słowy są to kryształy składające się z identycznych ścian, które mają symetryczny układ (sześcian, ośmiościan, czworościan)

Proste formy mogą być albo zamykające cykl kosmiczny (formy zamknięte) albo otwarte, nie zamykające przestrzeni ze wszystkich stron.

Otwarte proste formularze obejmują:

Jednościan, dwuścian, pinanoid, piramidy, pryzmaty

Zamknięte proste formularze obejmują:

Dipiramidy, rombohedron, czworościan, sześcian, ośmiościan itp.

Rysunek 7. Proste kształty kryształów

Złożony kształt lub połączenie taki formularz nazywa się, który składa się z dwóch lub więcej prostych form, tj. kryształowe twarze są kilku rodzajów i nie są połączone elementami symetrii.

Proste i złożone formy kryształów są w przyrodzie niezwykle rzadkie. Odchylenia kryształów rzeczywistych od opisanych form prostych spowodowane są nierównomiernym rozwojem ścian ze względu na wpływ warunków otoczenia, w których powstaje kryształ, na powstawanie kryształu.

Czasami wraz z powstawaniem pojedynczych monokryształów powstają ich różne przerosty. Jednym z takich przypadków jest bliźniacza formacja dwóch lub więcej kryształów rosnących razem w niewłaściwej pozycji. Taki proces nazywa się partnerstwo. Powstawanie takich przerostów jest zwykle spowodowane różnymi komplikacjami procesu krystalizacji (zmiany temperatury, stężenia roztworów itp.)

Istnieją bliźnięta pierwotne (powstające podczas krystalizacji) i bliźnięta wtórne, które powstają w wyniku jakichkolwiek wpływów.

Oprócz przerostu kryształów jednej substancji możliwy jest regularny przerost kryształów różne substancje lub polimorficzne modyfikacje jednej substancji, krystalizujące w różnych syngonach. Ten proces nazywa się - epitaksja.

3 . Podstawy chemii kryształów

Struktura wewnętrzna kryształów ostatecznie determinuje wszystkie jego cechy: kształt kryształów, właściwości fizyczne i chemiczne.

Krata przestrzenna- jest to układ punktów usytuowanych w wierzchołkach równych równoległościanów zorientowanych równolegle i przylegających do siebie wzdłuż całych ścian, wypełniających przestrzeń bez przerw.

Sieć przestrzenna składa się z nieskończonego zestawu równoległościanów (komórek elementarnych) o jednakowej wielkości i kształcie. Francuski naukowiec O. Brave w 1855 ustalił, że istnieje tylko 14 rodzajów sieci przestrzennych (ryc. 8). Komórki te są podzielone na dwie grupy:

1) Prymityw, którego wszystkie węzły znajdują się tylko na wierzchołkach komórek elementarnych.

2) Złożone węzły, które znajdują się nie tylko na wierzchołkach komórek elementarnych, ale także na ścianach, krawędziach i objętości.

1 - trójskośny;

2 i 3 - jednoskośny;

4,5,6 i 7 - rombowy;

8 - sześciokątny;

9 - romboedryczny;

10 i 11 - czworokątny;

12,13 i 14 są sześcienne.

Rysunek 8. Czternaście przestrzennych sieci O. Brave

Oprócz powyższych klasyfikacji struktury kryształów według typu sieci przestrzennych istnieje podział struktury kryształów na typy wiązania chemiczne między atomami w krysztale.

Istnieją następujące rodzaje wiązań chemicznych:

A) jonowy

B) metal

B) kowalencyjne lub molekularne

D) Van - der - Waals lub rezydualny

D) wodór

jonowy ( wiązanie heteropolarne) obserwuje się w jonowych strukturach krystalicznych i występuje pomiędzy dwoma równomiernie naładowanymi jonami. Związki z wiązaniami jonowymi dobrze rozpuszczają się w roztworach wodnych. Takie połączenia nie przewodzą dobrze prądu.

kowalencyjny Wiązanie (homeopolarne) jest realizowane w atomowych i częściowo jonowych strukturach krystalicznych z powodu pojawienia się wspólnych elektronów w sąsiednich atomach. To wiązanie jest bardzo silne, co tłumaczy zwiększoną twardość minerałów wiązaniem kowalencyjnym. Minerały z tym wiązaniem są dobrymi izolatorami i są nierozpuszczalne w wodzie.

metal połączenie przejawia się tylko w strukturach atomowych. Charakteryzuje się tym, że jądra atomów znajdują się w węzłach sieci krystalicznej, jakby zanurzone w gazie złożonym ze swobodnych elektronów poruszających się jak cząsteczki gazu. Atom oddaje swoje elektrony i staje się dodatnio naładowanym jonem. Dane elektrony nie są przypisane do żadnego atomu, ale są niejako w powszechnym użyciu.

To połączenie określa wytrzymałość konstrukcji. Swobodny ruch elektronów determinuje następujące właściwości: dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, metaliczny połysk, ciągliwość (np. metale rodzime)

Awangarda - der-Waals (pozostałości) wiązanie jest między dwiema cząsteczkami. Chociaż każda cząsteczka jest elektrostatycznie obojętna i wszystkie ładunki są w niej zrównoważone, wiele cząsteczek jest dipolem, tj. środek ciężkości wszystkich dodatnio naładowanych cząstek cząsteczki nie pokrywa się ze środkiem ciężkości wszystkich ujemnie naładowanych cząstek. W rezultacie różne części jednej cząsteczki uzyskują określony ładunek. Z tego powodu między dwiema cząsteczkami powstają wiązania resztkowe. Siły Van der Waalsa są bardzo małe. Struktury krystaliczne z tym wiązaniem są dobrymi dielektrykami, charakteryzują się niską twardością i kruchością. Ten rodzaj wiązania jest charakterystyczny dla związków organicznych. Można więc powiedzieć, że charakter wiązania determinuje wszystkie podstawowe właściwości substancji krystalicznych.

Należy zauważyć, że kryształy mogą mieć jeden rodzaj wiązania, takie kryształy nazywają się homodesmiczny i mieszane typy wiązań, takie kryształy nazywają się heterodemia.

W wielu minerałach (kryształach lodu) wiązania wodorowe odgrywają ważną rolę. Powstają w wyniku oddziaływania atomu wodoru jednej cząsteczki z atomem azotu, tlenu, chloru sąsiednich cząsteczek. Wiązania wodorowe są silniejsze niż wiązania van der Waalsa, ale znacznie słabsze niż wszystkie inne rodzaje wiązań.

3 .1 Promienie atomowe i jonowe. Koordynacjanumer acji. Motywy strukturalne

Atomy i jony tworzące struktury krystaliczne różnych minerałów znajdują się w różnych odległościach od siebie. Wartości te zależą od ładunku jonów, warunków termodynamicznych itp.

Ta wartość nazywa się - atomowa (promień jonowy). Atomowy (orazjeden) promień nazywana minimalną odległością, na jaką środek kuli danego atomu może zbliżyć się do powierzchni sąsiednich atomów.

Liczbę najbliższych atomów (jonów) otaczających dany atom (jon) nazywamy numer koordynacyjny.

Istnieją trzy sposoby przedstawiania struktur krystalicznych.

1 Sposób przedstawiania struktur za pomocą sfer.

2 Metoda przedstawiania konstrukcji poprzez narysowanie środków ciężkości kulek.

3 Metoda reprezentacji struktur przez wielościany koordynacyjne - ta metoda jest wygodna do reprezentacji struktur złożonych. Ponieważ różne minerały składają się ze struktur krystalicznych o różnych kształtach (oktaedr, sześcian itp.).

Strukturę substancji krystalicznych determinuje zarówno kształt samych wielościanów koordynacyjnych, jak i charakter ich wzajemnego oddziaływania, tj. motyw struktury.

Istnieją następujące motywy konstrukcji:

1 Motyw koordynacyjny konstrukcji. W tym przypadku wszystkie wielościany koordynacyjne są połączone ze sobą wspólnymi ścianami i krawędziami.

2 Wyspaoch struktura motywu. Oddzielne wielościany koordynacyjne nie stykają się ze sobą i są połączone wspólnymi kationami i anionami.

3 Motywy łańcuszków i wstążek Struktury. W tym przypadku wielościany koordynacyjne są połączone ze sobą w niekończące się łańcuchy rozciągnięte w jednym kierunku.

4 motyw warstwowy Struktury. Wielościany koordynacyjne są połączone ze sobą warstwami nieskończonymi w dwóch wymiarach. W warstwie poszczególne wielościany znajdują się blisko siebie. Poszczególne warstwy znajdują się w znacznej odległości od siebie.

5 Motyw ramki Struktury. W tym przypadku wszystkie figury koordynacyjne są połączone ze sobą tylko jednym wierzchołkiem w ramy, które są nieskończone w trzech wymiarach.

Motyw struktur osadzania kryształów determinuje wiele właściwości fizycznych.

Zatem właściwości fizyczne substancji krystalicznych są determinowane głównie przez skład samych atomów i jonów tworzących struktury krystaliczne (ciężar właściwy, kolor), rodzaj wiązania (przewodność elektryczna, przewodność cieplna, twardość, ciągliwość, rozpuszczalność) , oraz motyw struktury (twardość).

4 . Wady kryształów

Kryształy metalu są zwykle małe. Dlatego produkt metalowy składa się z bardzo dużej liczby kryształów.

Taka struktura nazywana jest polikrystaliczną. W agregacie polikrystalicznym pojedyncze kryształy nie są w stanie przybrać prawidłowego kształtu. Kryształy o nieregularnych kształtach w agregacie polikrystalicznym nazywane są ziarna, lub krystality. Jednak ten warunek nie jest jedyny. Odkształcenie plastyczne na zimno (walcowanie, ciągnienie itp.) prowadzi do preferencyjnej orientacji ziarna (tekstura). Stopień preferencyjnej orientacji może być różny i waha się od losowego rozkładu do stanu, w którym wszystkie kryształy są zorientowane w ten sam sposób.

Przy bardzo powolnym odprowadzaniu ciepła podczas krystalizacji, a także za pomocą innych specjalnych metod można uzyskać kawałek metalu, który jest monokryształem, tzw. pojedynczy kryształ. Monokryształy o dużych rozmiarach (ważące kilkaset gramów) powstają do badań naukowych, a także do niektórych specjalnych gałęzi techniki (półprzewodniki).

Badania wykazały, że wewnętrzna struktura krystaliczna ziarna jest nieprawidłowa.

Nazywa się odchylenia od idealnego ułożenia atomów w kryształach wady. Mają duży, czasem decydujący wpływ na właściwości substancji krystalicznych.

Niewłaściwe ułożenie poszczególnych atomów w sieci krystalicznej powoduje wady punktowe. W krysztale składającym się z identycznych atomów, na przykład w krysztale metalu, jeden z atomów może być nieobecny w jakiejś części sieci. Na jego miejscu będzie wnęka, wokół niej - zniekształcona struktura. Taka wada nazywa się wakat. Jeśli atom danej substancji lub atom zanieczyszczenia znajduje się pomiędzy atomami w miejscach sieci, to wada osadzenia(Rysunek 9).

Obraz komplikuje się w przejściu od kryształu metalicznego do jonowego. Należy tutaj obserwować elektroneutralność, dlatego powstawanie defektów wiąże się z redystrybucją ładunków. Tak więc pojawieniu się wakatu kationowego towarzyszy pojawienie się wakatu anionowego; ten rodzaj defektu w krysztale jonowym nazywany jest defektem Schottky. Wprowadzeniu jonu do miejsca pełnoekranowego towarzyszy pojawienie się w jego miejscu wakatu, co można uznać za centrum ładunku przeciwnego znaku; tutaj mamy defekt Frenkel. Nazwy te zostały nadane na cześć austriackiego naukowca Schottky'ego i radzieckiego fizyka Ya.I. Frenkla.

Defekty punktowe powstają z różnych przyczyn, m.in. w wyniku termicznego ruchu cząstek. Wolne miejsca mogą poruszać się po krysztale - sąsiedni atom wpada w pustkę, jego miejsce jest zwolnione itp. Wyjaśnia to dyfuzję w ciałach stałych oraz przewodnictwo jonowe kryształów soli i tlenków, które stają się zauważalne w wysokich temperaturach.

Oprócz defektów punktowych branych pod uwagę w kryształach, zawsze są też dyslokacje- defekty związane z przemieszczeniem rzędów atomów. Dyslokacje to krawędź i śruba. Te pierwsze są spowodowane pękaniem płaszczyzn wypełnionych atomami; drugi - przez wzajemne przesunięcie osi prostopadłej do niej. Dyslokacje mogą poruszać się po krysztale; proces ten zachodzi podczas odkształcania plastycznego materiałów krystalicznych.

Wyobraź sobie, że z jakiegoś powodu w sieci krystalicznej pojawiła się dodatkowa półpłaszczyzna atomów, tzw. ekstraplane(Rysunek 10). Krawędź 3-3 takiej płaszczyzny tworzy się wada linii(niedoskonałość) kraty, która nazywa się przemieszczenie krawędzi. Przemieszczenie krawędziowe może rozciągać się na długości wielu tysięcy parametrów sieci, może być proste, ale może też zginać się w jednym lub drugim kierunku. W granicy może skręcić się w spiralę, tworząc zwichnięcie śruby. Wokół dyslokacji powstaje strefa zniekształcenia sieci sprężystej. Odległość od środka ubytku do miejsca kraty bez zniekształceń jest równa szerokości dyslokacji, jest mała i równa kilku odległościom atomowym.

a - wakaty; b - podstawiony atom; wbudowany atom

Rysunek 9. Schemat defektów punktowych

Rysunek 10. Dyslokacja w sieci krystalicznej

Rysunek 11. Przenoszenie zwichnięcia

Ze względu na zniekształcenie sieci w obszarze dyslokacji (ryc. 11, a), ta ostatnia jest łatwo przemieszczona z pozycji neutralnej, a sąsiednia płaszczyzna, przechodząc do pozycji pośredniej (ryc. 11, b), zamienia się w dodatkową płaszczyzna (ryc. 11, c), tworząc dyslokację wzdłuż atomów krawędzi. W ten sposób dyslokacja może poruszać się (a raczej być przekazywana jak sztafeta) wzdłuż pewnej płaszczyzny (płaszczyzny poślizgu) usytuowanej prostopadle do płaszczyzny ekstra. Zgodnie ze współczesnymi pomysłami, w zwykłych czystych metalach gęstość dyslokacji, tj. liczba dyslokacji w 1 cm 3 przekracza milion.Własności mechaniczne metali zależą od liczby dyslokacji, a zwłaszcza od ich zdolności poruszania się i rozmnażania.

Tym samym prawidłowość struktury krystalicznej jest naruszona przez dwa rodzaje defektów - punktowe ( wakaty) i liniowy ( dyslokacje). Wakat stale przesuwa się w sieci, gdy sąsiadujący z nią atom przechodzi w „dziurę”, pozostawiając puste miejsce. Wzrost temperatury i ruchliwości termicznej atomów zwiększa liczbę takich zdarzeń i zwiększa liczbę wakatów.

Defekty liniowe nie poruszają się spontanicznie i chaotycznie, jak wakat. Wystarczy jednak niewielkie naprężenie, aby zwichnięcie zaczęło się poruszać, tworząc płaszczyznę, a na odcinku linię poślizgu. Z(Rysunek 12). Jak wspomniano powyżej, wokół dyslokacji powstaje pole zniekształconej sieci krystalicznej. Energia zniekształceń sieci krystalicznej charakteryzuje się tzw Wektor hamburgery.

Rysunek 12. Płaszczyzna ścinania (C) jako ślad ruchu dyslokacji (A-A); B-dopłata

Jeżeli wokół dyslokacji + narysujemy kontur ABCD (Rysunek 13), wówczas przekrój konturu BC będzie składał się z sześciu segmentów, a odcinek AB z pięciu. Różnica BC-AD=b, gdzie b jest wielkością wektora Burgers. Jeśli kilka dyslokacji (stref zniekształceń sieci krystalicznej, które nakładają się lub łączą) jest otoczonych konturem, to jego wartość odpowiada sumie wektorów Burgersa każdej dyslokacji. Zdolność do przemieszczania dyslokacji jest związana z wielkością wektora Burgers.

Rysunek 13. Schemat wyznaczania wektora Burgersa dla dyslokacji liniowej

4.1 Wady powierzchni

Wady sieci powierzchniowej obejmują wady ułożenia i granice ziaren.

Wada opakowania. Podczas ruchu zwykłej dyslokacji całkowitej atomy kolejno przechodzą z jednej pozycji równowagi do drugiej, a podczas ruchu dyslokacji częściowej atomy przemieszczają się do nowych pozycji, nietypowych dla danej sieci krystalicznej. W rezultacie w materiale pojawia się wada opakowania. Pojawienie się uskoków układania wiąże się z przemieszczaniem się częściowych przemieszczeń.

W przypadku, gdy energia błędu ułożenia jest wysoka, rozszczepienie dyslokacji na częściowe jest energetycznie niekorzystne, a w przypadku, gdy energia usterki ułożenia jest niska, dyslokacje są dzielone na dyslokacje częściowe, a ułożenie pojawia się między nimi usterka. Materiały o niskiej energii błędu układania są mocniejsze niż materiały o wysokiej energii błędu układania.

granice ziaren są wąskim obszarem przejściowym między dwoma kryształami o nieregularnym kształcie. Szerokość granic ziaren z reguły wynosi 1,5–2 odległości międzyatomowe. Ponieważ atomy na granicach ziaren są przesunięte z położenia równowagi, energia granic ziaren wzrasta. Energia graniczna ziaren zasadniczo zależy od kąta dezorientacji sieci krystalicznych sąsiednich ziaren. Przy małych kątach dezorientacji (do 5 stopni) energia granic ziaren jest praktycznie proporcjonalna do kąta dezorientacji. Przy kątach dezorientacji przekraczających 5 stopni gęstość dyslokacji na granicach ziaren staje się tak duża, że ​​rdzenie dyslokacji łączą się.

Zależność energii granicy ziaren (Egr) od kąta dezorientacji (q). qsp 1 i qsp 2 - kąty dezorientacji granic specjalnych.

Pod pewnymi kątami dezorientacji sąsiednich ziaren energia granic ziaren gwałtownie spada. Takie granice ziaren nazywane są specjalnymi. W związku z tym kąty dezorientacji granic, przy których energia granic jest minimalna, nazywane są kątami specjalnymi. Rozdrobnienie ziarna prowadzi do wzrostu oporności elektrycznej materiałów metalicznych i spadku oporności elektrycznej dielektryków i półprzewodników.

5 . Struktura atomowo-krystaliczna

Każda substancja może znajdować się w trzech stanach skupienia - stałym, ciekłym i gazowym.

Substancja stała pod wpływem grawitacji zachowuje swój kształt, a ciecz rozpływa się i przybiera postać naczynia. Definicja ta nie jest jednak wystarczająca do scharakteryzowania stanu materii.

Na przykład twarde szkło mięknie po podgrzaniu i stopniowo przechodzi w stan ciekły. Przejście odwrotne również będzie przebiegało płynnie – szkło płynne gęstnieje wraz ze spadkiem temperatury i ostatecznie gęstnieje do stanu „stałego”. Szkło nie ma określonej temperatury przejścia ze stanu ciekłego do stanu „stałego” i nie ma temperatury (punktu) gwałtownej zmiany właściwości. Dlatego naturalne jest, że szkło „lite” uważa się za silnie zagęszczoną ciecz.

Dlatego przejście od ciała stałego do cieczy i od cieczy do stan stały(jak również z gazowej do ciekłej) występuje w określonej temperaturze i towarzyszy jej gwałtowna zmiana właściwości.

W gazach nie ma regularności w rozmieszczeniu cząstek (atomów, cząsteczek); cząstki poruszają się losowo, odpychają się od siebie, a gaz ma tendencję do zajmowania jak największej objętości.

W ciałach stałych układ atomów jest pewny, regularny, siły wzajemnego przyciągania i odpychania są zrównoważone, a ciało stałe zachowuje swój kształt.

Rysunek 14. Obszary stanu stałego, ciekłego i gazowego w zależności od temperatury i ciśnienia

W cieczy cząstki (atomy, molekuły) zatrzymują tylko tzw zamknij zamówienie, tych. w przestrzeni regularnie znajduje się niewielka liczba atomów, a nie atomy całej objętości, jak w ciele stałym. Porządek bliskiego zasięgu jest niestabilny: albo powstaje, albo znika pod wpływem energetycznych drgań termicznych. Tak więc stan ciekły jest niejako pośrednim między stałym a gazowym; w odpowiednich warunkach możliwe jest bezpośrednie przejście ze stanu stałego do stanu gazowego bez pośredniego topienia - sublimacja(Rysunek 14). Charakteryzuje się prawidłowym, regularnym układem cząstek (atomów, molekuł) w przestrzeni stan krystaliczny.

Strukturę krystaliczną można sobie wyobrazić jako sieć przestrzenną, w której węzłach znajdują się atomy (Rysunek 15).

W metalach w węzłach sieci krystalicznej nie znajdują się atomy, lecz dodatnio naładowane nony, między którymi poruszają się swobodne elektrony, ale zwykle mówi się, że w węzłach sieci krystalicznej znajdują się atomy.

Rysunek 15. Elementarna komórka krystaliczna (prosta sześcienna)

5. 2 Sieci krystaliczne metali

Stan krystaliczny charakteryzuje się przede wszystkim pewnym, regularnym układem atomów w przestrzeni . Oznacza to, że w krysztale każdy atom ma taką samą liczbę najbliższych atomów - sąsiadów znajdujących się w tej samej odległości od niego. Pragnienie, aby atomy (jony) metali znajdowały się jak najbliżej siebie, gęściej, prowadzi do tego, że liczba kombinacji wzajemnego ułożenia atomów metali w kryształach jest niewielka.

Istnieje szereg schematów i metod opisu wariantów wzajemnego ułożenia atomów w krysztale. Wzajemne ułożenie atomów w jednej z płaszczyzn pokazano na schemacie rozmieszczenia atomów (Rysunek 15). Wyimaginowane linie przeciągnięte przez centra atomów tworzą sieć, w której węzłach znajdują się atomy (dodatnio naładowane nony); ten tak zwany płaszczyzna kryształu. Wielokrotne powtórzenie płaszczyzn krystalograficznych ułożonych równolegle reprodukuje przestrzenna sieć krystaliczna, których węzły są położeniem atomów (jonów). Mierzy się odległości między środkami sąsiednich atomów angstremów(1 A 10 -8 cm) lub cale kiloix - kX x (1 kX=1.00202 A). Wzajemne rozmieszczenie atomów w przestrzeni oraz wartość odległości między atomami określa się za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej. Układ atomów w krysztale bardzo dogodnie obrazuje się w postaci schematów przestrzennych, w postaci tzw. elementarne komórki krystaliczne. Pod elementarną komórką krystaliczną rozumie się najmniejszy kompleks atomów, który po powtórzeniu w przestrzeni pozwala odtworzyć przestrzenną sieć krystaliczną. Najprostszym typem ogniwa krystalicznego jest sześcienna krata. W prostej sieci sześciennej atomy nie są wystarczająco ciasno upakowane. Pragnienie atomów metali do zajmowania miejsc najbliżej siebie prowadzi do tworzenia sieci innych typów: sześcienny skoncentrowany na ciele( rysunek 16, a), sześcienny skoncentrowany na twarzy( rysunek 16, b) orazsześciokątne ciasno upakowane(zdjęcie 16 , mi). Dlatego metale mają większą gęstość niż niemetale.

Okręgi przedstawiające atomy znajdują się w środku sześcianu i wzdłuż jego wierzchołków (sześcian wyśrodkowany na ciele) lub w środkach ścian i wzdłuż wierzchołków sześcianu (sześcian wyśrodkowany na powierzchni) lub w formie sześciokąta , wewnątrz którego jest również wstawiony sześciokąt, trzy atomy górnej płaszczyzny znajdują się wewnątrz sześciokątnego graniastosłupa (sieci sześciokątnej).

Metoda obrazowania sieci krystalicznej pokazana na rysunku 16 jest warunkowa (jak każda inna). Bardziej poprawne może być przedstawienie atomów w sieci krystalicznej w postaci stykających się kulek (lewe diagramy na rysunku 16). Jednak taki obraz sieci krystalicznej nie zawsze jest wygodny od przyjętego (odpowiednie wykresy na rysunku 16).

a - sześcienny skoncentrowany na ciele;

b - sześcienny skoncentrowany na twarzy;

c-sześciokątne ciasno upakowane

Rysunek 16. Elementarne ogniwa krystaliczne

6 . Krystalizacja metali

6 .1 Trzy stany skupienia materii

Każda substancja, jak wiadomo, może być w trzech stany skupienia: gazowe, płynne i stałe. W czystych metalach w określonych temperaturach następuje zmiana stanu skupienia: stan stały zostaje zastąpiony stanem ciekłym w temperaturze topnienia, stan ciekły staje się gazowy w temperaturze wrzenia. Temperatury przejścia są zależne od ciśnienia (Rysunek 17), ale przy stałym ciśnieniu są dość wyraźne.

Temperatura topnienia jest szczególnie ważną stałą właściwości metalu. Zmienia się ona dla różnych metali w bardzo szerokim zakresie – od minus 38,9°C, dla rtęci – najbardziej topliwego metalu znajdującego się w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej, do 3410 °C dla najbardziej ogniotrwałego metalu – wolframu.

Niska wytrzymałość (twardość) w temperaturze pokojowej metali topliwych (cyny, ołowiu itp.) wynika głównie z faktu, że temperatura pokojowa dla tych metali jest mniej odległa od temperatury topnienia niż dla metali ogniotrwałych

Podczas przejścia ze stanu ciekłego do stanu stałego tworzy się sieć krystaliczna, pojawiają się kryształy. Taki proces nazywa się krystalizacja.

Stan energetyczny układu, który ma ogromną liczbę cząstek (atomów, cząsteczek) objętych ruchem termicznym, charakteryzuje się specjalną funkcją termodynamiczną F, zwaną Darmowa energia (energia swobodna F= (U - TS), gdzie jesteś - energia wewnętrzna systemu; T- temperatura absolutna; entropia S).

Rysunek 17. Zmiana energii swobodnej stanu ciekłego i krystalicznego w zależności od temperatury

W temperaturze równej T s, energie swobodne stanów ciekłych i stałych są równe, metal w obu stanach jest w równowadze. Ta temperatura T s i jeść równowaga lub teoretyczna temperatura krystalizacji.

Jednak kiedy T s proces krystalizacji (topnienia) nie może zajść, ponieważ w danej temperaturze

Aby rozpocząć krystalizację konieczne jest, aby proces był termodynamicznie korzystny dla układu i towarzyszył mu spadek energii swobodnej układu. Z krzywych pokazanych na rysunku 17 widać, że jest to możliwe tylko wtedy, gdy ciecz jest chłodzona poniżej punktu T s. Temperaturę, w której praktycznie zaczyna się krystalizacja, można nazwać rzeczywista temperatura krystalizacji.

Nazywa się chłodzenie cieczy poniżej temperatury równowagi krystalizacji hipotermia. Z tych powodów wynika również, że odwrotna transformacja ze stanu krystalicznego do stanu ciekłego może nastąpić dopiero powyżej temperatury T s zjawisko to nazywa się przegrzanie.

Wartość lub stopień przechłodzenia to różnica między teoretyczną a rzeczywistą temperaturą krystalizacji.

Jeżeli np. teoretyczna temperatura krystalizacji antymonu wynosi 631°C, a przed rozpoczęciem procesu krystalizacji ciekły antymon został przechłodzony do 590°C i wykrystalizował w tej temperaturze, to stopień przechłodzenia P określona przez różnicę 631-590=41°C. Proces przejścia metalu ze stanu ciekłego do stanu krystalicznego można zobrazować krzywymi we współrzędnych czas - temperatura (rysunek 18).

Chłodzeniu metalu w stanie ciekłym towarzyszy stopniowy spadek temperatury i można je nazwać chłodzeniem prostym, ponieważ nie ma zmiany jakościowej stanu.

Po osiągnięciu temperatury krystalizacji na krzywej temperatura-czas pojawia się pozioma platforma, ponieważ odprowadzanie ciepła jest kompensowane przez ciepło wydzielane podczas krystalizacji utajone ciepło krystalizacji. Pod koniec krystalizacji tj. po całkowitym przejściu do stanu stałego temperatura ponownie zaczyna spadać, a krystaliczne ciało stałe ochładza się. Teoretycznie proces krystalizacji przedstawia krzywa 1 . Krzywa 2 pokazuje rzeczywisty proces krystalizacji. Ciecz jest w sposób ciągły schładzana do temperatury dochładzania T p , poniżej teoretycznej temperatury krystalizacji T s. Po schłodzeniu poniżej temperatury T s tworzone są warunki energetyczne, które są niezbędne do przebiegu procesu krystalizacji.

Rysunek 18. Krzywe chłodzenia podczas krystalizacji

6 .2 Mechanizmproces krystalizacji

W 1878 r. D.K. Czernow, badając strukturę staliwa, wskazał, że proces krystalizacji składa się z dwóch procesów elementarnych. Pierwszym procesem są narodziny najmniejszych cząstek kryształów, które Czernow nazwał „podstawami”, a teraz nazywa się je zarazki, lub centra krystalizacji. Drugi proces polega na wzroście kryształów z tych ośrodków.

Minimalna wielkość zarodka zdolnego do wzrostu nazywa się krytyczny rozmiar zarodka, i taki embrion nazywa się zrównoważony.

Forma formacji krystalicznych

Faktyczne zainteresowanie krystalizacją komplikuje działanie różnych czynników, które tak silnie wpływają na proces, że rola stopnia przechłodzenia może stać się ilościowo drugorzędna.

Podczas krystalizacji ze stanu ciekłego decydujące znaczenie dla szybkości procesu i kształtu nabierają takie czynniki, jak szybkość i kierunek odprowadzania ciepła, obecność nierozpuszczonych cząstek, obecność prądów konwekcyjnych cieczy itp. utworzonych kryształów.

Kryształ rośnie szybciej w kierunku odprowadzania ciepła niż w drugim kierunku.

Jeśli na bocznej powierzchni rosnącego kryształu pojawi się guzek, wówczas kryształ uzyskuje zdolność wzrostu w kierunku bocznym. W efekcie powstaje drzewopodobny kryształ, tzw dendryt, którego schematyczna struktura, po raz pierwszy przedstawiona przez D. K. Czernowa, jest pokazana na rysunku 19.

Rysunek 19. Schemat dendrytu

Struktura wlewka

Struktura odlewanego wlewka składa się z trzech głównych stref (rysunek 20). Pierwsza strefa - zewnętrzna skórka drobnoziarnista 1, składający się z zdezorientowanych małych kryształów - dendrytów. Przy pierwszym kontakcie ze ściankami formy w cienkiej sąsiedniej warstwie ciekłego metalu następuje ostry gradient temperatury i zjawisko przechłodzenia, prowadzące do powstania dużej liczby centrów krystalizacji. W rezultacie skórka uzyskuje drobnoziarnistą strukturę.

Druga strefa wlewka - strefa kryształów kolumnowych 2. Po utworzeniu samej skorupy zmieniają się warunki odprowadzania ciepła (z powodu oporu cieplnego, wzrostu temperatury ścianki formy i innych przyczyn), gradient temperatury w sąsiedniej warstwie ciekłego metalu gwałtownie się zmniejsza, a w konsekwencji zmniejsza się stopień przechłodzenia stali. W wyniku tego z niewielkiej liczby centrów krystalizacji zaczynają rosnąć kryształy kolumnowe normalnie zorientowane na powierzchnię skorupy (tj. w kierunku odprowadzania ciepła).

Trzecia strefa wlewka - równoosiowa strefa kryształów3 . W środku wlewka nie ma już określonego kierunku wymiany ciepła. „Temperatura krzepnącego metalu ma czas na prawie całkowite wyrównanie się w różnych punktach, a ciecz staje się niejako papkowata z powodu tworzenia się zaczątków kryształów w różnych jego punktach. Ponadto podstawy rosną z toporami - gałęzie w różnych kierunkach, spotykając się ze sobą ”(Chernov D.K.). W wyniku tego procesu powstaje struktura równoosiowa. Jądra kryształu to zazwyczaj różne drobne wtrącenia, które są obecne w ciekłej stali, albo dostały się do niej przypadkowo, albo nie rozpuściły się w ciekłym metalu (-elementy ogniotrwałe).

Duże znaczenie ma względny rozkład strefy kryształów kolumnowych i równoosiowych w objętości wlewka.

W strefie kryształów kolumnowych metal jest gęstszy, zawiera mniej muszli i pęcherzyków gazu. Jednak połączenia kryształów kolumnowych mają niską wytrzymałość. Nazywa się krystalizacja prowadząca do połączenia stref kryształów kolumnowych transkrystalizacja.

Ciekły metal ma większą objętość niż skrystalizowany, dzięki czemu metal wlewany do formy podczas krystalizacji ma mniejszą objętość, co prowadzi do powstawania pustych przestrzeni, tzw. skorupy skurczowe; wnęki skurczowe mogą być skoncentrowane w jednym miejscu lub rozproszone w całej objętości wlewka lub w jego części. Mogą być wypełnione gazami rozpuszczalnymi w ciekłym metalu, ale uwalnianymi podczas krystalizacji. W dobrze odtlenionym tzw spokojna stal, wlewając do formy z izolowanym przedłużeniem, w górnej części wlewka powstaje wnęka skurczowa, a objętość całego wlewka zawiera niewielką ilość pęcherzyków gazu i zagłębień (rys. 21, a). niedotlenione, tzw. wrząca stal, zawiera osłonki i pęcherze (Rysunek 21, b).

Rysunek 20. Schemat budowy wlewka stalowego

Rysunek 21. Rozkład wnęki skurczowej i pustek w stalach spokojnych (a) i wrzących (b)

7 . Odkształcenie metalu

7.1 Odkształcenie sprężyste i plastyczne

Naprężenie materiału powoduje odkształcenie. Odkształcenie może być elastyczny, znika po usunięciu ładunku, oraz Plastikowy, pozostałe po rozładunku.

Odkształcenia sprężyste i plastyczne mają głęboką różnicę fizyczną.

Podczas odkształcenia sprężystego pod działaniem siły zewnętrznej zmienia się odległość między atomami w sieci krystalicznej. Usunięcie obciążenia eliminuje przyczynę, która spowodowała zmianę odległości międzyatomowej, atomy wracają do swoich pierwotnych miejsc i deformacja znika.

Odkształcenie plastyczne to zupełnie inny, znacznie bardziej złożony proces. Podczas deformacji plastycznej jedna część kryształu porusza się (przesuwa) względem drugiej. Jeśli ładunek zostanie usunięty, przemieszczona część kryształu nie powróci na swoje stare miejsce; deformacja pozostanie. Przesunięcia te są wykrywane przez badanie mikrostrukturalne, jak pokazano na przykład na rysunku 22.

...

Podobne dokumenty

Morfologia minerałów jako ciał krystalicznych i amorficznych, skala Mohsa. Właściwości minerałów stosowanych w diagnostyce makroskopowej. Wietrzenie skał. Źródło energii, czynniki, rodzaje wietrzenia, wynik geologiczny: skorupa wietrzenia.

test, dodano 29.01.2011


Właściwości optyczne i elektryczne minerałów, obszary zastosowania minerałów w nauce i technice. Charakterystyka minerałów z klasy „fosforany”. Klastyczne skały osadowe, złoża grafitu, charakterystyka typów genetycznych złóż.

test, dodany 20.12.2010


Badanie genezy minerałów jako procesu powstawania wszelkich formacji geologicznych. Główne rodzaje genezy: endogenna, egzogenna i metamorficzna. Metody hodowli kryształów: z pary wodnej, roztworu hydrotermalnego, fazy ciekłej i stałej.

streszczenie, dodano 23.12.2010


Odkształcenie ciała jako zmiana kształtu i objętości ciała pod wpływem sił zewnętrznych, jego odmiany: elastyczne, plastyczne, resztkowe, kruche. Struktura fałdów, ich składniki i badania, klasyfikacja morfologiczna, warunki geologiczne Edukacja.

prezentacja, dodano 23.02.2015


Zasady klasyfikacji kryształów. Właściwości fizyczne, pochodzenie i zastosowanie minerałów klasy wolframianu. Cechy ciał amorficznych. Właściwości substancji krystalicznych. Minerały hutnictwa żelaza pochodzenia osadowego, mechanizm ich powstawania.

test, dodano 04.03.2012


Morfologia minerałów, ich właściwości, zależność składu i struktury. Rozwój mineralogii, związek z innymi naukami o Ziemi. Formy minerałów w przyrodzie. Pochodzenie minerałów naturalnych i sztucznych, ich gęstość i kruchość. Skala twardości Mohsa.

prezentacja, dodano 25.01.2015


Pojęcie i miejsce w przyrodzie minerałów, ich budowa i znaczenie w organizmie człowieka, określenie dawek niezbędnych dla zdrowia. Historia badań minerałów od czasów starożytnych do współczesności. Klasyfikacja minerałów, ich właściwości fizyczne i chemiczne.

streszczenie, dodane 22.04.2010


Właściwości fizyczne minerałów i ich zastosowanie jako cechy diagnostyczne. Pojęcie skał i podstawowe zasady ich klasyfikacji. Ochrona przyrody w zagospodarowaniu złóż kopalin. Kompilacja przekrojów geologicznych.

prace kontrolne, dodano 16.12.2015


Powstawanie tlenków związane z różnymi procesami geologicznymi: endogennymi, egzogenicznymi i metamorficznymi. Właściwości fizyczne arsenolitu - rzadkiego minerału, tlenku arsenu. Wzór chemiczny, morfologia, odmiany i tworzenie kwarcu.

prezentacja, dodana 02.05.2016


Definicja i zrozumienie genezy, paragenezy, typomorfizmu i innych cech genetycznych minerałów. Znaczenie mineralogii genetycznej. Zmiany w minerałach podczas różnych procesów geologicznych i fizykochemicznych oraz w różnych obszarach skorupy ziemskiej.

materiały
inżynieria elektroniczna
Wykład 2
dr hab. Maronczuk I.I.

Podstawy krystalografii

WPROWADZANIE
Większość nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, w tym
i kompozyt - są to substancje krystaliczne. Kryształ
to zbiór regularnie ułożonych atomów,
tworząc regularną strukturę, która powstała spontanicznie z
nieuporządkowane środowisko wokół niego.
Powodem symetrycznego rozmieszczenia atomów jest
tendencja kryształu do minimum energii swobodnej.
Krystalizacja (powstanie porządku z chaosu, czyli z rozwiązania,
para) zachodzi z taką samą nieuchronnością jak na przykład proces
spadające ciała. Z kolei osiągnięta zostaje minimalna ilość darmowej energii
z najmniejszym ułamkiem atomów powierzchniowych w strukturze, a zatem
zewnętrzna manifestacja prawidłowej wewnętrznej struktury atomowej
ciała krystaliczne to fasetowanie kryształów.
W 1669 duński naukowiec N. Stenon odkrył prawo stałości kątów:
kąty między odpowiednimi ścianami kryształów są stałe i
charakterystyczne dla tej substancji. Każde ciało stałe składa się z
oddziałujące cząstki. Te cząstki, w zależności od
natury materii, mogą występować pojedyncze atomy, grupy atomów,
cząsteczki, jony itp. W związku z tym relacja między nimi jest:
atomowe (kowalencyjne), molekularne (wiązanie Van der Walsa), jonowe
(polarny) i metaliczny.

We współczesnej krystalografii są cztery
kierunków, które są w pewnym stopniu z nim związane
inni:
- krystalografia geometryczna, która bada różne
formy kryształów i prawa ich symetrii;
- krystalografia strukturalna i chemia krystaliczna,
którzy badają przestrzenny układ atomów w
kryształy i ich zależność od składu chemicznego i
warunki powstawania kryształów;
- fizyka kryształów, która bada wpływ wewnętrznych
budowa kryształów na ich właściwości fizyczne;
- krystalografia fizyczna i chemiczna, która bada
pytania dotyczące powstawania sztucznych kryształów.

ANALIZA KRAT PRZESTRZENNYCH
Pojęcie kraty przestrzennej i elementarnej
komórka
Badając kwestię struktury krystalicznej ciał
Przede wszystkim musisz mieć jasne zrozumienie
terminy: „krata przestrzenna” i „elementarny
komórka". Terminy te są używane nie tylko w
krystalografii, ale także w wielu naukach pokrewnych, m.in
opisy ich rozmieszczenia w przestrzeni
cząstki materiału w ciałach krystalicznych.
Jak wiadomo, w ciałach krystalicznych, w przeciwieństwie do
amorficzne, materialne cząstki (atomy, molekuły,
jony) są ułożone w określonej kolejności, włączone
w pewnej odległości od siebie.

Siatka przestrzenna to diagram, który pokazuje
rozmieszczenie cząstek materiału w przestrzeni.
Sieć przestrzenna (ryc.) w rzeczywistości składa się z
zestawy
identyczny
równoległościany,
który
całkowicie, bez przerw, wypełnij przestrzeń.
Cząstki materiału zwykle znajdują się w węzłach
krata - punkty przecięcia jej krawędzi.
Krata przestrzenna

Komórka elementarna to
najmniej
równoległościan, z
z którym możesz
zbuduj całość
krata przestrzenna
przez ciągłe
transfery równoległe
(transmisje) w trzech
kierunki przestrzeni.
Rodzaj komórki elementarnej
pokazano na ryc.
Trzy wektory a, b, c, które są krawędziami komórki elementarnej,
nazywane są wektorami translacji. Ich bezwzględna wartość (a,
b, c) są okresami sieci lub jednostkami osiowymi. Wstrzyknięto do
rozpatrzenie i kąty między wektorami translacji - α (pomiędzy
wektory b, c), β (między a, c) i γ (między a, b). Więc
Tak więc komórka elementarna jest określona przez sześć wielkości: trzy
wartości okresu (a, b, c) oraz trzy wartości kątów między nimi
(α, β, γ).

Zasady wyboru komórki jednostkowej
Studiując koncepcje komórki elementarnej, należy:
zauważ, że wielkość i kierunek
translacje w sieci przestrzennej można dobierać na różne sposoby, a więc kształt i rozmiar komórki elementarnej
będzie inny.
Na ryc. rozważany jest przypadek dwuwymiarowy. Pokazano mieszkanie
siatka kratowa i różne sposoby wybór mieszkanie
komórka elementarna.
Metody selekcji
komórka elementarna

W połowie XIX wieku. Francuski krystalograf O. Brave
zaproponował następujące warunki wyboru podstawówki
komórki:
1) symetria komórki elementarnej musi odpowiadać
symetrie sieci przestrzennej;
2) liczba równych krawędzi i równych kątów między krawędziami
powinna być maksymalna;
3) w obecności kątów prostych między żebrami ich liczba
powinna być maksymalna;
4) z zastrzeżeniem tych trzech warunków, objętość
komórka elementarna powinna być minimalna.
W oparciu o te zasady Bravais udowodnił, że istnieje
tylko 14 rodzajów ogniw elementarnych, które otrzymały
nazwa tych translacyjnych, ponieważ są one budowane przez
tłumaczenie - przelew. Te siatki różnią się od siebie.
inne według wielkości i kierunku audycji i stąd
różnica kształtu komórki elementarnej i liczby
węzły z cząstkami materiału.

Pierwotne i złożone komórki elementarne
Zgodnie z liczbą węzłów z cząstkami materialnymi, elementarne
komórki dzielą się na prymitywne i złożone. W
prymitywne komórki Bravaisa, cząsteczki materiału są
tylko na wierzchołkach, w zespole - na wierzchołkach i dodatkowo
wewnątrz lub na powierzchni komórki.
Złożone komórki obejmują ja skupione na ciele,
czoło wyśrodkowane F i podstawa wyśrodkowane C. Na ryc.
pokazano elementarne komórki Bravaisa.
Bravais komórki elementarne: a - prymitywne, b -
skoncentrowany na podstawie, c – skoncentrowany na ciele, d –
skoncentrowany na twarzy

Komórka skupiona na ciele ma dodatkowy węzeł w
środek komórki, która należy tylko do tej komórki, więc
są tu dwa węzły (1/8x8+1 = 2).
W komórce skoncentrowanej na twarzy węzły z cząstkami materiału
są, oprócz wierzchołków komórki, także w środkach wszystkich sześciu ścian.
Takie węzły należą jednocześnie do dwóch komórek: danej i
inny przylegający do niego. Za udział w tej komórce każdy z nich
węzły należą do 1/2 części. Dlatego w skoncentrowanej na twarzy
komórka będzie miała cztery węzły (1/8x8+1/2x6 = 4).
Podobnie w komórce wyśrodkowanej na podstawie znajdują się 2 węzły
(1/8х8+1/2х2 = 2) z cząstkami materiału. Podstawowe informacje
o elementarnych komórkach Bravaisa podano poniżej w tabeli. 1.1.
Pierwotna komórka Bravais zawiera tylko translacje a,b,c
wzdłuż osi współrzędnych. W celi skoncentrowanej na ciele
dodaje się jeszcze jedno tłumaczenie wzdłuż przekątnej przestrzennej -
do węzła znajdującego się w środku komórki. w twarzy skoncentrowanej
oprócz przesunięć osiowych a,b,c istnieje dodatkowy
przesunięcie wzdłuż przekątnych twarzy i w centrum bazy -
wzdłuż przekątnej ściany prostopadłej do osi Z.

Tabela 1.1
Podstawowe informacje o pierwotnych i złożonych komórkach Bravais
Podstawa
Rodzaj kraty Brave
Numer główny
węzły translacji
prymitywny R
1
ABC
Wyśrodkowany na ciele 2
aya ja
a,b,c,(a+b+c)/2
[]
twarz wyśrodkowana
F
a,b,c,(a+b)/2,(a+c)/2,
(b+c)/2
[]
a,b,c,(a+b)/2
[]
4
С 2 . centrowany na bazie
Podstawa rozumiana jest jako zbiór współrzędnych
minimalna liczba węzłów wyrażona w osiowej
jednostki, poprzez nadawanie, które można uzyskać w całości
siatka przestrzenna. Podstawa jest napisana podwójnie
nawiasy kwadratowe. Współrzędne bazowe dla różnych
typy komórek Bravaisa podano w tabeli 1.1.

Bravais komórki elementarne
W zależności od kształtu wszystkie komórki Bravais są rozmieszczone między
siedem systemów kryształów (sygonie). Słowo
„Syngonia” oznacza podobieństwo (z greckiego σύν - „według
razem, obok siebie” i γωνία - „róg”). Każda syngonia odpowiada
pewne elementy symetrii. W tabeli. proporcje
pomiędzy okresami sieci a, b, c i kątami osiowymi α, β, γ for
każda syngonia
Syngonia
Trójklinika
Jednoskośny
Rombowy
tetragonalny
Sześciokątny
Relacje między
okresy i kąty w sieci
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
Rhomboedral
sześcienny
a \u003d b \u003d c,
a = b = c,
α = β =γ ≠ 90º
α = β = γ = 90º

Na ryc. wszystko
czternaście typów
podstawowe komórki Bravais,
dystrybuowane w syngonie.
Sześciokątna komórka Bravais
reprezentuje
skoncentrowany na podstawie
sześciokątny pryzmat. Jednakże
często jest przedstawiana
inaczej - w formie czworościanu
pryzmaty z rombem u podstawy,
który reprezentuje jeden z
trzy pryzmaty, które tworzą
sześciokątny (na ryc. she
reprezentowane przez stałe
linie). Taki obraz
łatwiejsze i wygodniejsze, choć związane z
naruszenie zasady
dopasowanie symetrii
(zasada pierwszego wyboru)
komórka elementarna według Bravy).

O syngonię romboedryczną
komórka elementarna,
spełniające warunki
Odważny, jest prymitywny
rombohedron R, dla którego a=b=c oraz
α=β=γ≠ 90º. Wraz z komórką R
opisać rombohedral
stosowane są struktury i
komórka sześciokątna,
od romboedry
komórkę zawsze można zredukować do
sześciokątny (rys.) i
wyobraź sobie to jako trzy
prymitywny sześciokątny
komórki. W związku z tym w
literatura romboedryczna
syngonia czasami nie osobno
Trzy prymitywne
rozważ, przedstaw ją
sześciokątne komórki,
jako odmiana
odpowiednik rombohedral
sześciokątny.

Przyjmuje się syngonię z takimi samymi proporcjami między
jednostki osiowe do połączenia w jednej kategorii. Dlatego
układy trójskośne, jednoskośne i rombowe
połączone w najniższą kategorię (a≠b≠c), czworokątny,
sześciokątny (i jego pochodna romboedryczna) - in
średnia (a=b≠c), najwyższa kategoria (a=b=c) to
system sześcienny.
Pojęcie liczby koordynacyjnej
W złożonych ogniwach cząsteczki materiału są ułożone więcej niż
gęstsze niż w prymitywnych, pełniej wypełniają objętość
komórki są ze sobą bardziej połączone. Charakteryzować
Wprowadza to pojęcie numeru koordynacyjnego.
Liczba koordynacyjna danego atomu to liczba
najbliższe sąsiednie atomy. Jeśli chodzi o
numer koordynacyjny jonu, a następnie liczba
jony najbliżej przeciwnego znaku. Więcej
liczba koordynacyjna, te o większej liczbie atomów lub
jony są związane dane, im więcej miejsca zajmują cząstki, tym
bardziej zwarta krata.

Przestrzenne sieci metali
Najczęstsze wśród metali są przestrzenne
kraty są stosunkowo proste. W większości pasują
z kratami translacyjnymi Bravais: sześcienny
skoncentrowany na ciele i skoncentrowany na twarzy. W węzłach tych
sieci to atomy metali. W siatce
sześcian skupiony na ciele (bcc - krata) każdy atom
otoczony ośmioma najbliższymi sąsiadami i koordynacją
liczba CC \u003d 8. Metale mają sieć bcc: -Fe, Li, Na, K, V,
Cr, Ta, W, Mo, Nb itd.
W siatce sześcianu skoncentrowanego na ścianie (fcc - kraty) KN = 12:
każdy atom znajdujący się w górnej części komórki ma
dwunastu najbliższych sąsiadów, którymi są atomy,
znajduje się w środkach krawędzi. Krata FCC ma metale:
Al, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Pt, Pb itp.
Wraz z tymi dwoma, wśród metali (Be, Mg, Sc, -Ti, -Co,
Zn, Y, Zr, Re, Os, Tl, Cd itp.) jest też sześciokąt
kompaktowy. Ta sieć nie jest siecią translacyjną
Brava, bo nie da się tego opisać prostymi przekazami.

Na ryc. komórka elementarna sześciokąta
kompaktowa krata. Sześciokątna komórka elementarna
kompaktowa krata jest sześciokątna
pryzmat, ale najczęściej jest przedstawiany w formie
czworościenny pryzmat, którego podstawą jest romb
(a=b) przy kącie γ = 120°. Atomy (rys.b) znajdują się na wierzchołkach
a pośrodku jednego z dwóch tworzących się trójściennych pryzmatów
komórka elementarna. Komórka ma dwa atomy: 1/8x8 + 1
=2, jego podstawą jest [2].
Stosunek wysokości komórki elementarnej c do odległości a, tj.
c/a wynosi 1,633; okresy c i a dla różnych substancji
różne.
Sześciokątny
kompaktowa krata:
a - sześciokątny
pryzmat, b -
czworościenny
pryzmat.

WSKAŹNIKI KRYSTALORAFICZNE
Wskaźniki krystalograficzne samolotu
W krystalografii często konieczne jest opisanie wzajemnych
układ poszczególnych płaszczyzn kryształów, jego
wskazówki, dla których jest wygodny w użyciu
wskaźniki krystalograficzne. Krystalograficzna
indeksy dają wyobrażenie o położeniu samolotu
lub kierunki względem układu współrzędnych. Na
nie ma znaczenia, czy jest prostokątny czy ukośny
układ współrzędnych, ta sama lub inna skala
segmenty wzdłuż osi współrzędnych. Wyobraź sobie serię
równoległe płaszczyzny przechodzące przez to samo
węzły sieci przestrzennej. Te samoloty
znajdują się w tej samej odległości od siebie i
tworzą rodzinę równoległych płaszczyzn. Oni są
jednakowo zorientowany w przestrzeni, a zatem
mają te same indeksy.

Wybieramy jakiś samolot z tej rodziny i
wprowadzamy pod uwagę segmenty, które samolot
przycina wzdłuż osi współrzędnych (osie współrzędnych x,
y, z są zwykle łączone z krawędziami elementu elementarnego
komórki, skala na każdej osi jest równa
odpowiednia jednostka osiowa - okres a lub b,
lub c). Wartości segmentów wyrażone są w osiach
jednostki.
Wskaźniki krystalograficzne płaszczyzny (wskaźniki
Miller) to trzy najmniejsze liczby całkowite,
które są odwrotnie proporcjonalne do liczby osiowych
jednostki odcięte przez samolot na współrzędnej
osie.
Indeksy płaszczyzn oznaczono literami h, k, l,
są pisane w rzędzie i kończone na okrągło
nawiasy-(hkl).

Wskaźniki (hkl) charakteryzują wszystkie płaszczyzny rodziny
płaszczyzny równoległe. Ten symbol oznacza, że
rodzina równoległych płaszczyzn przecina osiowe
jednostka wzdłuż osi x na części h, wzdłuż osi y na k
części i wzdłuż osi z na l części.
W tym przypadku płaszczyzna najbliższa początku współrzędnych,
tnie segmenty 1/h na osiach współrzędnych (wzdłuż osi x),
1/k (wzdłuż osi y), 1/l (wzdłuż osi z).
Kolejność znajdowania wskaźników krystalograficznych
samoloty.
1. Odcinki odcięte przez samolot znajdują się na
osie współrzędnych, mierząc je w jednostkach osiowych.
2. Przyjmujemy wzajemne wartości tych wielkości.
3. Podajemy stosunek otrzymanych liczb do stosunku
trzy najmniejsze liczby całkowite.
4. Otrzymane trzy liczby są ujęte w nawiasy.

Przykład. Znajdź indeksy samolotu, który odcina się przy
osie współrzędnych następujące segmenty: 1/2; 1/4; 1/4.
Ponieważ długości segmentów są wyrażone w jednostkach osiowych,
mamy 1/h=1/2; 1/k=1/4; 1/l=1/4.
Znajdź odwrotności i weź ich stosunek
h:k:l = 2:4:4.
Zmniejszając o dwa, przedstawiamy stosunek otrzymanych ilości
do stosunku trzech najmniejszych liczb całkowitych: h:k:l = 1:2:
2. Wskaźniki płaszczyzn są zapisane w nawiasach
z rzędu, bez przecinków - (122). Czyta się je osobno
„raz, dwa, dwa”.
Jeśli płaszczyzna przecina oś krystalograficzną w
kierunek ujemny, powyżej odpowiedniego
znak minus jest umieszczony nad indeksem. Jeśli samolot
jest równoległa do dowolnej osi współrzędnych, to w symbolu
indeks płaszczyzny odpowiadający tej osi wynosi zero.
Na przykład symbol (hko) oznacza, że ​​samolot
przecina oś Z w nieskończoności i indeks płaszczyzny
wzdłuż tej osi będzie 1/∞ = 0.

Samoloty przecinające się na każdej osi o równą liczbę
jednostki osiowe oznaczono jako (111). w sześcianie
ich syngonie nazywane są płaszczyznami ośmiościanu, ponieważ system
te płaszczyzny, w równej odległości od początku,
tworzy ośmiościan - rys. ośmiościan.
Oktaedr

Płaszczyzny, które przecinają wzdłuż dwóch osi równą liczbę osi
jednostki i równolegle do trzeciej osi (takiej jak oś z)
oznaczony przez (110). W sześciennej syngonii podobne
płaszczyzny nazywane są płaszczyznami dwunastościanu rombowego,
Więc
Jak
system
samoloty
rodzaj
(110)
formularze
dwunastościan (dodeka - dwanaście), każda twarz
który jest rombową figą.
Rombowy
dwunastościan

Płaszczyzny przecinające jedną oś i równoległe do dwóch
inne (na przykład osie y i z) oznaczają - (100) i
w sześciennej syngonii nazywamy płaszczyznami sześcianu, czyli
układ podobnych płaszczyzn tworzy sześcian.
Przy rozwiązywaniu różnych problemów związanych z budową w
komórka elementarna płaszczyzn, układ współrzędnych
wskazane jest, aby wybrać żądany samolot
znajduje się w danej komórce elementarnej. Na przykład,
podczas konstruowania płaszczyzny (211) w komórce sześciennej, początek
współrzędne można wygodnie przenosić z węzła O do węzła O'.
Samolot sześcian (211)

Czasami indeksy samolotów są pisane w nawiasach klamrowych
(hkl). Ten wpis oznacza symbol zbioru identycznych
samoloty. Takie samoloty przechodzą przez te same węzły
w siatce przestrzennej, położonej symetrycznie w
przestrzeń
oraz
scharakteryzowany
ten sam
odstępy międzypłaszczyznowe.
Płaszczyzny ośmiościanu w syngonii sześciennej należą do
jeden zestaw (111), reprezentują twarze ośmiościanu i
mają następujące indeksy: (111) →(111), (111), (111), (111),
(111), (111), (111), (111).
Symbole wszystkich płaszczyzn konstelacji można znaleźć przez
permutacje i zmiany w znakach jednostki
indeksy.
Dla płaszczyzn dwunastościanu rombowego notacja
zestaw: (110) → (110), (110), (110),
(110), (101), (101), (101), (101), (011), (011), (011), (011).

WSKAŹNIKI KRYSTALORAFICZNE WĘZŁA
Indeksy krystalograficzne węzła to jego
współrzędne pobrane w ułamkach jednostek osiowych i zapisane w
podwójne nawiasy kwadratowe. W tym przypadku współrzędna
odpowiadająca osi x, jest ogólnie oznaczana literą
u, dla osi y - v, dla osi z - w. Symbol węzła wygląda jak
[]. Symbole niektórych węzłów w komórce elementarnej
pokazano na ryc.
Niektóre węzły w
komórka elementarna
(Czasami węzeł jest oznaczony
Jak [])

Wskaźniki kierunku krystalograficznego
W krysztale, gdzie wszystkie równoległe kierunki
identyczne do siebie, kierunek przechodzenia
pochodzenie współrzędnych, charakteryzuje całą daną rodzinę
równoległe kierunki.
Pozycja
w
przestrzeń
wskazówki,
przechodząc przez pochodzenie, jest określony
współrzędne dowolnego węzła leżącego na tym
kierunek.
Współrzędne
każdy
węzeł,
posiadane
kierunek, wyrażony w ułamkach jednostek osiowych i
zredukowane do stosunku trzech najmniejszych liczb całkowitych
liczby,
oraz
jest
krystalograficzna
indeksy
wskazówki. Oznaczone są liczbami całkowitymi u, v, w
i są pisane razem w nawiasach kwadratowych.

Kolejność znajdowania indeksów kierunku
1. Z rodziny kierunków równoległych wybierz
taki, który przechodzi przez źródło, lub
poruszaj się w tym kierunku równolegle do siebie
się do początku lub przesuń początek
współrzędne do węzła leżącego w danym kierunku.
2. Znajdź współrzędne dowolnego węzła należącego do
dany kierunek, wyrażając je w jednostkach osiowych.
3. Weź stosunek współrzędnych węzła i sprowadź go do
stosunek najmniejszych liczb całkowitych.
4. Zawrzyj otrzymane trzy liczby w kwadracie
zdanie wtrącone.
Najważniejsze kierunki w sieci sześciennej i ich
indeksy przedstawiono na ryc.

Niektóre kierunki w siatce sześciennej

KONCEPCJA KRYSZTAŁU I POLARU
ZŁOŻONY
Metoda rzutów krystalograficznych oparta jest na
jedna z charakterystycznych cech kryształów - prawo
stałość kąta: kąty między określonymi ścianami i
krawędzie kryształu są zawsze stałe.
Tak więc, gdy kryształ rośnie, zmieniają się rozmiary twarzy, ich
kształt, ale kąty pozostają takie same. Dlatego w
kryształ, możesz przesuwać wszystkie krawędzie i ściany równolegle
do siebie w pewnym punkcie przestrzeni; narożnik
stosunek jest zachowany.
Taki
całość
samoloty
oraz
wskazówki,
równolegle do płaszczyzn i kierunków w krysztale i
przejście przez jeden punkt nazywa się
kompleks kryształów, a sam punkt nazywa się
środek
złożony.
Na
budynek
rzuty krystalograficzne kryształ zawsze zastępują
kompleks krystaliczny.

Częściej nie bierze się pod uwagę kompleksu krystalicznego, ale
biegunowy (odwrotny).
Kompleks polarny, otrzymywany z krystalicznego
(bezpośrednio) poprzez zastąpienie płaszczyzn normalnymi do nich oraz
kierunki - płaszczyzny prostopadłe do nich.
a
b
Sześcian (a), jego krystaliczny (b) i
kompleks polarny (c)
w

SYMETRIA WIELOŚCIANÓW KRYSTALICZNYCH
(SYMETRIA CIĄGŁA)
KONCEPCJA SYMETRII
Kryształy występują w naturze w postaci krystalicznej
wielościany. Kryształy różnych substancji są różne
od siebie w swoich formach. Sól kamienna to kostki;
kryształ górski - sześciokątne graniastosłupy skierowane na
kończy się; diament - najczęściej regularne ośmiościany
(oktaedry); kryształy granatu - dwunastościany (ryc.).
Takie kryształy są symetryczne.

Charakterystyka
funkcja
kryształy
jest
anizotropia ich właściwości: w różnych kierunkach
różne, ale identyczne w kierunkach równoległych, oraz
są również takie same w kierunkach symetrycznych.
Kryształy nie zawsze mają kształt regularny
wielościany.
W rzeczywistych warunkach wzrostu, przy
trudności w swobodnym wzroście symetryczne twarze mogą
rozwijać się nierównomiernie i poprawny kształt zewnętrzny
może się nie udać, ale poprawny wewnętrzny
struktura jest całkowicie zachowana, a także
zachowana jest symetria właściwości fizycznych.
Greckie słowo „symetria” oznacza proporcjonalność.
Symetryczna figura składa się z równych, identycznych
Części. Symetria jest rozumiana jako właściwość ciał lub
geometryczne kształty do łączenia ze sobą poszczególnych części
inny pod pewnymi symetrycznymi przekształceniami.
Obrazy geometryczne, za pomocą których są ustawiane i
przeprowadzane są przekształcenia symetryczne, zwane
elementy symetrii.

Biorąc pod uwagę symetrię zewnętrznego fasetowania kryształu,
krystaliczny
Środa
teraźniejszość
się
Jak
ciągła, ciągła, tzw. kontinuum (in
przetłumaczony z łaciny na rosyjski - oznacza ciągły,
solidny). Wszystkie punkty w takim środowisku są dokładnie takie same.
Elementy symetrii kontinuum opisują zewnętrzne
kształt krystalicznego wielościanu, więc są nieruchome
nazywane są elementami symetrii makroskopowej.
Właściwie
to samo
krystaliczny
Środa
jest
oddzielny. Kryształy składają się z pojedynczych cząsteczek
(atomy, jony, cząsteczki), które znajdują się w
przestrzeń
w
Formularz
bez końca
rozsuwalny
siatki przestrzenne. Symetria w układzie
tych cząstek jest bardziej złożona i bogatsza niż symetria zewnętrznej
formy wielościanów krystalicznych. Dlatego wraz z
kontinuum
uważane
oraz
przerwać
-
dyskretna, rzeczywista struktura cząstek materiału z
wraz z elementami symetrii, zwanymi
elementy symetrii mikroskopowej.

Elementy symetrii
W
krystaliczny
wielościany
spotykać się
prosty
elementy
symetria
(środek
symetria,
płaszczyzna symetrii, oś obrotu) i złożony element
symetria (oś inwersji).
Środek symetrii (lub środek inwersji) - punkt osobliwy
wewnątrz figury, po odbiciu w którym dowolnym punkcie
figura ma swój odpowiednik, czyli oba punkty
(na przykład para wierzchołków) znajdują się na tej samej linii prostej,
przechodzący przez środek symetrii i w równej odległości od
jego. W obecności środka symetrii każda twarz
przestrzenny
figury
To ma
równoległy
oraz
przeciwnie skierowana twarz, każda krawędź
odpowiada równoodległy, równy, równoległy, ale
przeciwległa krawędź. Dlatego centrum
symetria jest jak punkt lustrzany.

Płaszczyzna symetrii to płaszczyzna, która
dzieli figurę na dwie części, znajdujące się na każdej
względem przyjaciela jako przedmiotu i jego lustrzanego odbicia,
czyli na dwie równe lustrzane części
płaszczyzny symetrii - Р (stare) i m (międzynarodowe).
Graficznie płaszczyznę symetrii wskazuje bryła
linia. Figurka może mieć jeden lub więcej
płaszczyzny symetrii i wszystkie się przecinają
przyjaciel. Sześcian ma dziewięć płaszczyzn symetrii.

Oś obrotu jest tak prosta, gdy się obraca
który, pod pewnym kątem, figura
łączy się ze sobą. Kąt obrotu
określa kolejność osi obrotowej n, która
pokazuje, ile razy figura będzie łączona ze sobą
z pełnym obrotem wokół tej osi (360 °):
W odosobnieniu figury geometryczne możliwy
osie symetrii dowolnego rzędu, ale w postaci krystalicznej
wielościany, kolejność osi jest ograniczona, może mieć
tylko następujące wartości: n= 1, 2, 3, 4, 6. In
krystaliczny
wielościany
niemożliwy
osie
symetrie piątego i wyższego rzędu szóstego. Wynika
z zasady ciągłości ośrodka krystalicznego.
Oznaczenia osi symetrii: stare - Ln (L1, L2, L3, L4, L6)
oraz
międzynarodowy
arabski
liczby,
odpowiadającej kolejności osi obrotowej (1, 2, 3, 4, 6).

Graficznie
obrotowy
wielokąty:
osie
malowany

Pojęcie klasy symetrii
Każdy wielościan krystaliczny ma zestaw
elementy symetrii. Łącząc się ze sobą, żywioły
symetrie kryształu koniecznie przecinają się, a jednocześnie
możliwe jest pojawienie się nowych elementów symetrii.
W krystalografii udowodniono następujące twierdzenia:
dodanie elementów symetrii:
1. Oś jest linią przecięcia dwóch płaszczyzn symetrii
symetria, dla której kąt obrotu jest dwukrotnie większy niż kąt
między samolotami.
2. Przez punkt przecięcia dwóch osi symetrii przechodzi
trzecia oś symetrii.
3. W
punkt
skrzyżowania
samolot
symetria
Z
oś symetrii rzędu parzystego prostopadła do niej
pojawia się środek symetrii.
4. Liczba osi drugiego rzędu, prostopadłych do głównej
osie symetrii wyższego rzędu (trzecie, czwarte,
szósty) jest równy rządowi osi głównej.

5. Liczba płaszczyzn symetrii przecinających się wzdłuż
oś główna wyższego rzędu, równa rządowi tej osi.
Liczba kombinacji elementów symetrii ze sobą
w kryształach jest ściśle ograniczona. Wszystko możliwe
wyprowadza się kombinacje elementów symetrii w kryształach
ściśle matematyczne, z uwzględnieniem twierdzeń
dodanie elementów symetrii.
Kompletny zestaw elementów symetrii tkwiących w
dany kryształ nazywamy jego klasą symetrii.
Rygorystyczne wyprowadzenie matematyczne pokazuje, że wszystkie
możliwy
dla
krystaliczny
wielościany
kombinacje
elementy
symetria
wyczerpany
trzydzieści dwie klasy symetrii.

Związek między siecią przestrzenną a elementami
symetria
Obecność pewnych elementów symetrii determinuje
geometria
przestrzenny
siatki,
imponujący
pewny
semestry
na
wzajemne
Lokalizacja
osie współrzędnych i równość jednostek osiowych.
Istnieć Główne zasady wybór osi współrzędnych,
z uwzględnieniem zestawu elementów symetrii kryształu.
1. Osie współrzędnych są połączone ze specjalnymi lub pojedynczymi
wskazówki,
jednorazowy
w
kryształ
osie obrotowe lub inwersyjne, dla których
rząd osi jest większy niż jeden, a normalne do płaszczyzny
symetria.
2. Jeśli w krysztale jest tylko jeden specjalny kierunek, to z nim
połączyć jedną z osi współrzędnych, zwykle oś Z. Dwie
pozostałe osie znajdują się w płaszczyźnie prostopadłej do
specjalny kierunek równoległy do ​​krawędzi kryształu.
3. W przypadku braku specjalnych kierunków, osie współrzędnych
są wybierane równolegle do trzech nie leżących w tej samej płaszczyźnie
krawędzie kryształu.

Na podstawie tych zasad możesz zdobyć wszystkie siedem
systemy kryształów lub syngonie. Różnią się
od siebie przez stosunek jednostek skali a, b, c i
kąty osiowe. Trzy możliwości: a b c, a=b c, a=b=c
umożliwić
rozprowadzać
wszystko
krystalograficzna
układy współrzędnych (syngonia) w trzech kategoriach niższych, średnich i wyższych.
Każda kategoria charakteryzuje się obecnością pewnych
elementy symetrii. Tak więc dla kryształów najniższej kategorii
nie ma osi wyższego rzędu, czyli osi 3, 4 i 6, ale mogą być
osie drugiego rzędu, płaszczyzny i środek symetrii.
Kryształy średniej kategorii mają oś wyższą
rzędu, mogą też występować osie drugiego rzędu, płaszczyzny
symetria, środek symetrii.
Najbardziej symetryczne kryształy należą do najwyższych
kategorie. Mają kilka osi wyższego rzędu
(trzeci i czwarty), mogą występować osie drugiego rzędu,
płaszczyzna i środek symetrii. Jednak nie ma osi
szóste zamówienie.

Pojęcie symetrii nieciągłości i przestrzennej
Grupa
Dostępność
32
zajęcia
symetria
krystaliczny
wielościany pokazuje, że cała różnorodność zewnętrznych
formy krystaliczne przestrzegają praw symetrii.
Symetria struktury wewnętrznej kryształów, układ
cząsteczki (atomy, jony, cząsteczki) wewnątrz kryształów powinny
być trudniejsze, ponieważ zewnętrzny kształt kryształów
ograniczone, a sieć krystaliczna rozciąga się
nieskończona we wszystkich kierunkach przestrzeni.
Prawa ułożenia cząstek w kryształach były
założona przez wielkiego rosyjskiego krystalografa E.S.
Fiodorow w 1891 r. Znaleźli 230 sposobów
układ cząstek w siatce przestrzennej - 230
grupy symetrii przestrzennej.

Elementy symetrii sieci przestrzennych
Oprócz elementów symetrii opisanych powyżej (środek
symetria,
samolot
symetria,
obrotowy
oraz
osie inwersyjne), w medium dyskretnym, inne
elementy
symetria,
związane z
Z
nieskończoność
sieć przestrzenna i powtarzanie okresowe
w układzie cząstek.
Rozważ nowe typy symetrii właściwe tylko w
dyskontinuum. Są trzy z nich: translacja, przesuwanie płaszczyzny
odbicia i oś śrubowa.
Translacja to przeniesienie wszystkich cząstek wzdłuż równolegle
kierunki w tym samym kierunku do tego samego
rozmiar.
Tłumaczenie to prosty element symetrii,
tkwiące w każdej sieci przestrzennej.

Połączenie translacji z płaszczyzną symetrii
prowadzi do pojawienia się płaszczyzny odbicia,
połączenie translacji z osią obrotową tworzy
oś śrubowa.
Płaszczyzna odbicia szybowania lub samolot
poślizg jest taką płaszczyzną, gdy odbija się w
które, jak w lustrze, po czym następuje tłumaczenie
kierunek leżący w danej płaszczyźnie, o kwotę
równy połowie okresu tożsamości dla danego
kierunkach, wszystkie punkty ciała są połączone. Pod okres
tożsamość, jak poprzednio, zrozumiemy odległość
między punktami wzdłuż pewnego kierunku (na przykład
okresy a, b, c w komórce elementarnej to okresy
tożsamość wzdłuż osi współrzędnych X, Y, Z).

Oś spiralna jest linią prostą, wokół której obrót wynosi
niektóre
narożnik,
odpowiedni
zamówienie
osie,
Z
kolejne przesunięcie wzdłuż osi o wielokrotność
okres tożsamości t, łączy punkty ciała.
Oznaczenie osi śrubowej w postaci ogólnej to nS, gdzie n
charakteryzuje kolejność osi obrotowej (n=1, 2, 3, 4, 6), a
St/n to wielkość przesunięcia wzdłuż osi. W tym samym czasie S S=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Czyli dla osi śrubowej drugiego rzędu
translacja wynosi t/2, dla osi śrubowej trzeciego
zamówienie najmniejszego transferu t/3.
Oznaczenie osi śrubowej drugiego rzędu będzie wynosić 21.
Połączenie cząstek nastąpi po obrocie wokół osi
180°, a następnie translacja wzdłuż kierunku,
równolegle do osi, o t/2.
Oznaczenie osi śrubowej trzeciego rzędu wyniesie 31.
Możliwe są jednak osie z translacją, która jest wielokrotnością najmniejszych.
Dzięki temu możliwa jest oś śrubowa 32 z przesunięciem 2t/3.

Osie 31 i 32 oznaczają obrót wokół osi o 120° wzdłuż
zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a następnie przesunięcie. Te śruby
osie nazywane są prawymi. Jeśli skręcisz
przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a następnie środkowe osie symetrii
nazywane są lewe. W tym przypadku działanie osi 31 po prawej
identyczne z działaniem osi 32 lewo i 32 prawo - 31
lewy.
Można również rozważyć spiralne osie symetrii
czwarte i szóste rzędy: osie 41 i 43 osie 61 i 65, 62
i 64. mogą być prawe i lewe. Działanie osi 21, 42 i
63 nie zależy od wyboru kierunku obrotu wokół osi.
Dlatego
one
są
neutralny.
Warunkowy
oznaczenia śrubowych osi symetrii:

Notacja grupy w przestrzeni symetrii
Symbol grupy przestrzennej zawiera pełne
informacje o symetrii struktury krystalicznej. Na
umieszcza się pierwsze miejsce w symbolu grupy przestrzennej
litera charakteryzująca typ sieci Bravais: P prymitywny,
Z
skoncentrowany na podstawie,
I
skoncentrowany na ciele, F - skoncentrowany na twarzy. W
Syngonia romboedryczna stawia literę R na pierwszym miejscu.
Po których następuje jedna, dwie lub trzy cyfry lub litery,
wskazując
elementy
symetria
w
poważny
kierunkach, podobnie jak to się robi z
sporządzenie zapisu klasy symetrii.
Jeśli w strukturze w którymkolwiek z głównych kierunków
obie płaszczyzny symetrii i
osie symetrii, preferowane są płaszczyzny
symetrii i do symbolu grupy przestrzennej
zapisane są płaszczyzny symetrii.

Jeśli istnieje wiele osi, preferowane są:
osie proste - obrotowe i inwersyjne, ponieważ ich
symetria jest wyższa niż symetria
osie śrubowe.
Mając symbol grupy przestrzennej, można łatwo
określić rodzaj sieci Bravais, syngonię komórki, elementy
symetria w głównych kierunkach. Tak, przestrzenny
grupa P42/mnm (grupy Fiodorowa ditetragonalnej dipiramidalnej)
uprzejmy
symetria,
135
Grupa)
charakteryzuje prymitywną komórkę Bravais w czworokątnym
syngonia (oś śrubowa czwartego rzędu 42 określa
syngonia czworokątna).
Główne kierunki to:
elementy symetrii. Z kierunkiem - oś Z
pokrywa się z osią śrubową 42, która jest prostopadła
symetria m. W kierunkach i (osie X i Y)
znajduje się płaszczyzna odbicia wypasu typu n, w
kierunek przechodzi płaszczyznę symetrii m.

Wady struktury ciał krystalicznych
Wady ciała dzielą się na dynamiczne
(tymczasowe) i statyczne (stałe).
1. Defekty dynamiczne powstają, gdy
mechaniczne, termiczne, elektromagnetyczne
wpływ na kryształ.
Należą do nich fonony - zniekształcenia czasowe
regularność sieci spowodowana termiką
ruch atomów.
2. Wady statyczne
Rozróżnij niedoskonałości punktowe i rozszerzone
struktury ciała.

Wady punktowe: niezajęte miejsca kratowe
(wolne stanowiska); przemieszczenie atomu z węzła do szczeliny;
wprowadzenie obcego atomu lub jonu do sieci.
Wady rozszerzone: zwichnięcia (krawędź i
śruba), pory, pęknięcia, granice ziaren,
mikroinkluzje innej fazy. Pokazano niektóre wady
na obrazie.

Podstawowe właściwości
materiały

Główne właściwości to: mechaniczne, termiczne,
elektrycznych, magnetycznych i technologicznych, a także ich
odporność na korozję.
Właściwości mechaniczne materiałów charakteryzują możliwość ich
stosować w produktach narażonych na
obciążenia mechaniczne. Główne wskaźniki takich właściwości
służą jako parametry wytrzymałości i twardości. Zależą nie tylko od
charakter materiałów, ale także kształt, rozmiar i stan
powierzchni próbek, a przede wszystkim trybów badania,
na szybkość ładowania, temperaturę, ekspozycję na media i inne
czynniki.
Wytrzymałość jest właściwością materiałów odpornych na pękanie i
również nieodwracalna zmiana kształtu próbki pod działaniem
obciążenia zewnętrzne.
Wytrzymałość na rozciąganie - naprężenie odpowiadające maksimum
(w momencie zniszczenia próbki) do wartości ładunku. Nastawienie
największa siła działająca na próbkę do pierwotnego obszaru
jego przekrój nazywany jest naprężeniem zrywającym i
oznaczają σv.

Deformacja to zmiana względnego ułożenia cząstek w
materiał. Jego najprostsze rodzaje to rozciąganie, ściskanie, zginanie,
przekręć, przesuń. Deformacja - zmiana kształtu i wielkości próbki w
wynik deformacji.
Parametry deformacji – wydłużenie względne ε = (l– l0)/l0 (gdzie
l0 i l są oryginalnymi i po odkształceniu długościami próbki), kąt ścinania wynosi
zmiana kąta prostego pomiędzy promieniami wychodzącymi z jednego punktu w
próbka, gdy jest zdeformowana. Odkształcenie nazywamy sprężystym, jeśli
znika po usunięciu ładunku lub plastiku, jeśli tak nie jest
znika (nieodwracalne). Plastyczne właściwości materiałów przy
małe deformacje są często zaniedbywane.
Granica sprężystości to naprężenie, przy którym odkształcenia szczątkowe (tj.
e. odkształcenia wykryte podczas rozładunku próbki) zasięg
wartość określoną w specyfikacjach. Zwykle wstęp
odkształcenie resztkowe wynosi 10–3 ÷10–2%. Granica sprężystości σу
ogranicza obszar odkształceń sprężystych materiału.
Powstała koncepcja modułu jako cechy sprężystości materiałów
przy rozważaniu ciał idealnie sprężystych, których odkształcenie jest liniowo
zależy od napięcia. Z prostym rozciąganiem (kompresja)
σ = Eε
gdzie E jest modułem Younga lub modułem sprężystości podłużnej, który
charakteryzuje odporność materiałów na odkształcenia sprężyste (rozciąganie, ściskanie); ε jest odkształceniem względnym.

Podczas ścinania materiału w kierunku ścinania i wzdłuż normalnej do niego
tylko naprężenia styczne
gdzie G jest modułem ścinania charakteryzującym sprężystość materiału w
zmiana kształtu próbki, której objętość pozostaje stała; γ jest kątem
Zmiana.
Z wszechstronną kompresją w materiale we wszystkich kierunkach,
normalne napięcie
gdzie K jest modułem sprężystości objętościowej, który charakteryzuje
odporność materiału na zmianę objętości próbki, nie
towarzyszy mu zmiana jego kształtu; ∆ - względny
kompresja luzem.
Stała wartość charakteryzująca elastyczność materiałów przy
rozciąganie jednoosiowe, jest współczynnikiem Poissona:
gdzie ε' jest względnym ściskaniem poprzecznym; ε - względny
wydłużenie wzdłużne próbki.

Twardość jest właściwością mechaniczną materiałów,
kompleks odzwierciedlający ich wytrzymałość, ciągliwość, a także
właściwości warstwy powierzchniowej próbek. Wyraża się
odporność materiału na lokalne tworzywa sztuczne
deformacja, która występuje, gdy więcej niż
bryła - wgłębnik. Wciskanie wgłębnika do próbki za pomocą
późniejszy pomiar wymiarów nadruku jest głównym
metoda technologiczna w ocenie twardości materiałów. W
w zależności od cech aplikacji obciążenia, konstrukcji
metody rozróżniania wgłębników i wyznaczania liczb twardości
Brinella, Rockwella, Vickersa, Brzegu. Podczas pomiaru
mikrotwardość według GOST 9450-76 na powierzchni próbki
pozostają odciski o nieznacznej głębokości, dlatego takie
metoda stosowana, gdy próbki wykonywane są w formie folii,
folie, powłoki o małej grubości. Metoda oznaczania
twardość plastyczna to wgniecenie w próbkę
kulista końcówka przez sekwencyjną aplikację
różne obciążenia.

Korozja to fizyczny i chemiczny proces zmiany właściwości, uszkodzenia
struktury i zniszczenia materiałów w wyniku przechodzenia ich składników w
związki chemiczne ze składnikami środowiska. Pod
Uszkodzenia korozyjne odnoszą się do wszelkich wad konstrukcyjnych
materiał powstały w wyniku korozji. Jeśli mechaniczne
efekty przyspieszają korozję materiałów, a korozja je ułatwia
zniszczenia mechaniczne, występuje korozja-mechaniczna
straty materialne. Straty materiałów z powodu korozji i koszty
ochrona maszyn i urządzeń przed nią stale rośnie
ze względu na intensyfikację działalności produkcyjnej człowieka i
zanieczyszczenie środowiska odpadami produkcyjnymi.
Odporność materiałów na korozję charakteryzuje najczęściej:
wykorzystując parametr odporności na korozję – wartość, odwrotność
szybkość korozji technicznej materiału w danym systemie korozyjnym.
Warunkowość tej cechy polega na tym, że nie dotyczy ona
materiał, ale do systemu korozji. Odporność na korozję materiału
nie można zmienić bez zmiany innych parametrów systemu korozyjnego.
Ochrona przed korozją to modyfikacja korozji
systemu, co prowadzi do zmniejszenia szybkości korozji materiału.

Charakterystyka temperaturowa.
Odporność na ciepło - właściwość materiałów do zatrzymywania lub nieznacznie
zmieniać parametry mechaniczne w wysokich temperaturach. Nieruchomość
metale są odporne na korozyjne działanie gazów w wysokich
temperatury nazywa się odpornością na ciepło. Jako funkcja
odporność cieplna materiałów topliwych temperatura użytkowania
zmiękczający.
Odporność na ciepło - właściwość materiałów, która ma wytrzymać przez długi czas
deformacja i pękanie w wysokich temperaturach. to
najważniejsza cecha materiałów stosowanych w
temperatury T > 0,3 Tm. Takie warunki występują w silnikach
spalinowe, elektrownie parowe, turbiny gazowe,
piece hutnicze itp.
W niskich temperaturach (w technologii - od 0 do -269°C) wzrasta
wytrzymałość statyczna i cykliczna materiałów, ich
ciągliwość i wytrzymałość, zwiększona podatność na kruche pękanie.
Kruchość na zimno - wzrost kruchości materiałów ze spadkiem
temperatura. Tendencja materiału do kruchego pękania jest określona przez
zgodnie z wynikami prób udarności próbek z karbem przy opuszczaniu
temperatura.

Rozszerzalność cieplna materiałów jest rejestrowana przez zmianę wymiarów
oraz kształt próbek, gdy zmienia się temperatura. W przypadku gazów jest to wymagane
wzrost energii kinetycznej cząstek po podgrzaniu, dla cieczy
a materiały stałe wiąże się z asymetrią termiczną
drgania atomów, dzięki którym odległości międzyatomowe wraz ze wzrostem
wzrost temperatury.
Ilościowo rozszerzalność cieplna materiałów charakteryzuje się
współczynnik temperaturowy rozszerzalności objętości:
i materiałów stałych - a współczynnik temperaturowy liniowy
rozszerzenia (TKLR):
- zmiany wielkości liniowej, objętości próbek i
temperatura (odpowiednio).
Indeks ξ służy do wyznaczenia warunków rozszerzalności cieplnej (zwykle -
przy stałym ciśnieniu).
Eksperymentalnie αV i αl są określane za pomocą dylatometrii, która bada
zależność zmian wielkości ciał pod wpływem czynników zewnętrznych.
Specjalny urządzenia pomiarowe– dylatometry – różnią się
urządzenie czujników i czułość systemów rejestracji rozmiarów
próbki.

Pojemność cieplna - stosunek ilości ciepła odbieranego przez ciało podczas
nieskończenie mała zmiana stanu w dowolnym procesie, aby
spowodowane ostatnim przyrostem temperatury:
Zgodnie ze znakami procesu termodynamicznego, w którym
pojemność cieplna materiału, rozróżnij pojemność cieplną przy stałej objętości
i pod stałym ciśnieniem. Podczas ogrzewania na stałym poziomie
ciśnienie (proces izobaryczny) część ciepła jest zużywana na rozprężanie
próbka i część - w celu zwiększenia energii wewnętrznej materiału. Ciepło,
raportowane do tej samej próbki w stałej objętości (proces izochoryczny),
wydaje się tylko na zwiększenie wewnętrznej energii materiału.
Ciepło właściwe, J/(kg·K)], to stosunek pojemności cieplnej do masy
ciało. Rozróżnij ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu (cp) i
przy stałej objętości (cv). Stosunek pojemności cieplnej do ilości
substancje nazywane są molową pojemnością cieplną (cm), J / (mol⋅K). Dla wszystkich
substancje ср > сv, dla gazów rozrzedzonych (zbliżonych do ideału) сmp – сmv =
R (gdzie R = 8,314 J/(mol⋅K) jest uniwersalną stałą gazową).

Przewodność cieplna to transfer energii z gorętszych części ciała do
mniej nagrzewane w wyniku ruchu termicznego i interakcji
mikrocząstki. Ta wartość charakteryzuje spontaniczność
wyrównywanie temperatury ciał stałych.
Dla materiałów izotropowych obowiązuje prawo Fouriera, zgodnie z którym
wektor gęstości Przepływ ciepła q jest proporcjonalne i przeciwne
w kierunku gradientu temperatury T:
gdzie λ jest przewodnością cieplną [W/(m·K)] w zależności od
stan skupienia, struktura atomowa i molekularna, struktura,
temperatura i inne parametry materiałowe.
Miarą jest dyfuzyjność cieplna (m2/s)
właściwości termoizolacyjne materiału:
gdzie ρ jest gęstością; Śr - ciepło właściwe materiał w
stałe ciśnienie.

Właściwości technologiczne materiałów charakteryzują zgodność
materiały na wpływy technologiczne podczas przetwarzania na produkty. Wiedza
te właściwości pozwalają racjonalnie i racjonalnie projektować i
realizować procesy technologiczne wytwarzania wyrobów. Główny
właściwości technologiczne materiałów to skrawalność
cięcie i ciśnienie, parametry odlewania, spawalność, skłonność do
deformacja i wypaczenie podczas obróbki cieplnej itp.
Skrawalność charakteryzują następujące wskaźniki:
jakość obróbki materiału - chropowatość obrabianej powierzchni
i dokładności wymiarowej próbki, trwałości narzędzia, rezystancji
cięcie - prędkość i siła skrawania, rodzaj formowania wiórów. Wartości
wskaźniki są określane podczas toczenia próbek i porównywane z
parametry materiału przyjęte jako norma.
Skrawalność pod ciśnieniem jest określana w procesie technologicznym
badania materiałów pod kątem odkształceń plastycznych. Metody oceny
skrawalność ciśnieniowa zależy od rodzaju materiałów i ich technologii
przetwarzanie. Na przykład testy technologiczne metali pod kątem gięcia
przeprowadzane przez zginanie próbek pod określonym kątem. Uważa się, że próbka wytrzymała
testy, jeśli nie pojawiają się pęknięcia, rozwarstwienia, rozdarcia, pęknięcia.
Arkusze i taśmy są testowane pod kątem ekstruzji za pomocą specjalnego
naciśnij. W próbce tworzy się sferyczny otwór, który w tej chwili zatrzymuje rysowanie
osiągnięcie przepływu materiału. Wynik zależy od maksimum
głębokość studni w nieuszkodzonych okazach.

Charakteryzuje je podatność na obróbkę pod ciśnieniem materiałów proszkowych
płynność, zagęszczalność i odkształcalność. Metoda oznaczania
płynność opiera się na rejestracji czasu ważności próbki proszku w
proces jego spontanicznego przelewania przez kalibrowany
otwór lejka. Ten parametr steruje szybkością wypełniania.
formy do materiałów proszkowych do obróbki ciśnieniowej.
Zagęszczenie proszku charakteryzuje się zależnością objętości próbki
proszek z ciśnienia - schemat prasowania. Formowalność - właściwość
materiał proszkowy, aby zachować kształt uzyskany w procesie
pilny.
Charakterystyka odlewnicza materiałów – zestaw technologiczny
wskaźniki charakteryzujące powstawanie odlewów przez odlewanie
stopione materiały do ​​formy. Płynność -
od właściwości stopionego materiału do wypełnienia formy zależy
o lepkości stopu, temperaturach stopu i formy, stopniach
zwilżanie stopu ścian formy itp. Ocenia się na podstawie długości
wypełnienie stopem kanału prostego lub spiralnego w
specjalna forma. Odlewnia termokurczliwa - redukcja objętości
topić się podczas przejścia ze stanu ciekłego do stanu stałego. Praktycznie
skurcz jest definiowany jako stosunek odpowiednich wymiarów liniowych
formy i odlewy w postaci bezwymiarowego współczynnika skurczu,
indywidualnie dla każdego materiału.

Spawalność - właściwość materiału do formowania
złącze spawane, którego wykonanie
odpowiada jakości materiału bazowego,
spawane. Spawalność oceniana jest przez
wyniki badań spawanych próbek oraz
charakterystyka materiału bazowego w strefie zgrzewania
szew. Zasady ustalania co następuje
wskaźniki spawalności metali: mechaniczne
właściwości złączy spawanych, dopuszczalne tryby
spawanie łukowe i napawanie, jakość spawanego
połączenia i spoiny, wytrzymałość długotrwała
połączenia spawane.

Krystalografia to nauka o kryształach, krystalicznych ciałach naturalnych. Bada postać, strukturę wewnętrzną, pochodzenie, rozmieszczenie i właściwości substancji krystalicznych.

Główne właściwości kryształów - anizotropia, jednorodność, zdolność do samozapłonu i obecność stałej temperatury topnienia - są zdeterminowane ich strukturą wewnętrzną.

Kryształy to wszystkie ciała stałe, które mają kształt wielościanu wynikający z uporządkowanego układu atomów. Krystalografia nazywana jest nauką o kryształach, krystalicznych ciałach naturalnych. Bada postać, strukturę wewnętrzną, pochodzenie, rozmieszczenie i właściwości substancji krystalicznych. Kryształy to wszystkie bryły, które mają kształt wielościanu, wynikający z uporządkowanego ułożenia atomów. Kostki to przykłady dobrze uformowanych kryształów...

Nagłówek:

Znanych jest ponad pięć tysięcy rodzajów kryształów. Mają inny kształt i różną liczbę twarzy. Kształt kryształu to całość wszystkich jego twarzy. Prosty kształt w krystalografii to zestaw identycznych ścian połączonych elementami symetrii. Wśród form prostych wyróżnia się formy zamknięte, które całkowicie zamykają część przestrzeni, np. sześcian, ośmiościan; otwarte proste formy, np. różne pryzmaty, przestrzeń...

Nagłówek:

Syngonia (z greckiego σύν „według, razem” i γωνία „kąt” - dosłownie „podobny kąt”) to jeden z podziałów kryształów na podstawie kształtu ich komórki elementarnej. Syngonia obejmuje grupę klas symetrii, które mają jeden wspólny lub charakterystyczny element symetrii z taką samą liczbą kierunków jednostkowych. Istnieje siedem syngonów: sześcienna, czworokątna (kwadratowa), trygonalna, sześciokątna, rombowa, jednoskośna, trójskośna.

Nagłówek:

„Symetria” po grecku oznacza „proporcję” (powtarzalność). Symetryczne ciała i obiekty składają się z równoważnych, poprawnie powtarzających się części w przestrzeni. Symetria kryształów jest szczególnie zróżnicowana. Różne kryształy są mniej lub bardziej symetryczne. Jest to ich najważniejsza i specyficzna właściwość, odzwierciedlająca prawidłowość struktury wewnętrznej.

Nagłówek:

Z punktu widzenia krystalografii geometrycznej kryształ jest wielościanem. Do scharakteryzowania kształtu kryształów posługujemy się pojęciem elementów ograniczających. Zewnętrzny kształt kryształów składa się z trzech elementów ograniczających: ścian (płaszczyzn), krawędzi (linie przecięcia ścian) i kątów ścianek.

Nagłówek:

Kryształy powstają, gdy substancja przechodzi z dowolnego stanu skupienia do stanu stałego. Głównym warunkiem powstawania kryształów jest obniżenie temperatury do pewnego poziomu, poniżej którego cząstki (atomy, jony) po utracie nadmiernego ruchu termicznego wykazują swoje nieodłączne właściwości chemiczne i grupują się w sieć przestrzenną.