KRİSTALLOGRAFİ

kristalografi- doğrudan mineraloji, matematik (Kartezyen koordinat sistemi), fizik ve kimya (kristallerin ortaya çıkışı ve büyümesi konusu) ile ilgili olarak kristalleri, özelliklerini, dış şeklini ve oluşum nedenlerini inceleyen bir bilim. Platon, Pisagor vb. tarafından yapılmıştır.

19. yüzyılın başına kadar kristalografi tanımlayıcıydı. Ancak zaten 19. yüzyılın başında matematik ve fizik geliştirildi, bu nedenle kristalografi de gelişimini aldı. Özellikle 20. yüzyılın ortalarında, yeni teknolojilerin yükselişi ile kristalografi deneysel bir karaktere büründü (büyüyen ve kristalleri sentezleyen). Bugüne kadar, kristalografinin aşağıdaki bölümleri ayırt edilebilir:

Bugüne kadar, kristalografinin aşağıdaki bölümleri ayırt edilebilir:

1. Geometrik kristalografi- kristallerin dış şeklini ve iç yapılarının modellerini inceler.

2. Kristal kimyası- kristallerin iç yapısı ile kimyasal bileşimleri arasındaki ilişkiyi inceler.

3. Fiziksel ve kimyasal kristalografi– kristallerin oluşum ve büyüme modellerini inceler.

4. Fiziksel kristalografi- bazı alanların ayrı bilimler (kristal optik) olarak ortaya çıktığı kristallerin (optik, termal, elektrik vb.) fiziksel özelliklerini inceler.

Katılar kristal ve amorf

Katılar ayrılır:

1. amorf, temel parçacıkların rastgele, düzensiz olarak yerleştirildiği, bu da izotropi özelliğine sahip olmaya yol açar (maddenin herhangi bir yönde aynı özellikleri). Amorf cisimler kararsızdır ve zamanla kristalleşirler (kristalsizleşme).

2. kristal uzaysal bir kafes tarafından temsil edilen kristal bir yapı oluşturan temel parçacıkların düzenli bir düzenlemesi ile karakterize edilir.

Kristal (uzaysal) kafes

kristal hücre- boşluğu tamamen dolduran, eşit, paralel yönlendirilmiş ve tüm yüzler boyunca bitişik olan sonsuz bir paralelyüzler kümesinin karşılık gelen noktalarında bulunan bir dizi temel parçacık (Şek. 1).

Mekansal kafes yapısının unsurları:

1. Düğüm- kafes içinde belirli bir pozisyonu işgal eden temel parçacıklar.

2. Sıra- satırın aralığı olarak adlandırılan belirli bir eşit aralık boyunca aynı düz çizgi üzerinde bulunan bir dizi düğüm.

3. düz ağ- aynı düzlemde bulunan bir dizi düğüm.

4. temel hücre- tekrarı mekansal bir kafes oluşturan tek bir paralel yüzlü.

Matematikçi Auguste Bravais, temelde yalnızca 14 farklı kafes olabileceğini kanıtladı. Birim hücre parametreleri, kristal kafesin tipini belirler.

Kristal- temel parçacıkların düzenli olarak bir kristal kafes şeklinde düzenlendiği düzenli bir polihedron şeklinde katı bir gövde.

Kristal Kısıtlama Öğeleri:

yüzler (düz düzlemler);

kaburgalar (yüzlerin kesişme çizgileri);

köşe (kenarların kesişme noktası).

Kristalin dış şeklinin iç yapı ile ilişkisi

1. Düz ağlar kristal yüzlere karşılık gelir.

2. Satırlar kenarlara karşılık gelir.

3. Düğümler köşelere karşılık gelir.

Ancak yalnızca bu düz ağlar ve sıralar, en büyük yüzey ve kenarlara karşılık gelir. retiküler yoğunluk düz bir ızgaranın birim alanı veya bir satırın birim uzunluğu başına düğüm sayısıdır.

Euler buradan şu yasayı çıkardı: "Yüzlerin ve köşelerin toplamı, kenar sayısı artı 2'ye eşittir."

Kristallerin temel özellikleri

Mekansal bir kafes şeklindeki kristallerin düzenli iç yapısı, onların özelliklerini belirler. en önemli özellikler:

1. tekdüzelik paralel yönlerde kristalin aynı özellikleridir.

2. anizotropi- kristalin paralel olmayan yönlerde farklı özellikleri (örneğin, mineral disten ("sten" - direnç) uzama boyunca çizilirse, sertliği 4.5'tir ve enine yönde ise sertlik 6'dır. -6.5).

3. Kendini sınırlama yeteneği- uygun büyüme koşulları altında, kristal düzenli bir çokyüzlü şeklini alır.

4. Simetri.

kristal simetri

Simetri – (Yunanca "sym" - benzer, "metrios" - ölçüm, mesafe, boyut) - bazı yardımcı geometrik görüntülere (düz çizgi, düzlem, nokta) göre bir kristalin özdeş yüzlerinin, kenarlarının, köşelerinin düzenli tekrarı. Bir kristalin simetrisinin ortaya çıktığı yardımcı geometrik görüntülere simetri elemanları denir.

Bir kristalin simetri elemanları, simetri eksenini (İngiliz çizgisinden - çizgisinden L), simetri düzlemini (P - İngiliz oyun düzleminden), simetri merkezini (C - İngiliz merkezinden - merkezden) içerir. ).

Simetri ekseni- düz bir çizgi, 360 ° döndürüldüğünde, kristal birkaç kez ilk konumu ile birleştirilir.

Temel dönme açısı a - 60°, 90°, 120°, 180°'ye eşit olabilir.

Simetri ekseninin sırası, 360° dönüş sırasında kristalin başlangıç ​​konumu ile kombinasyonlarının sayısıdır.

Bir kristalde ikinci, üçüncü, dördüncü ve altıncı derecelerin simetri eksenleri mümkündür. Beşinci ve altıncıdan daha fazla simetri eksenleri mevcut değildir. Simetri eksenlerinin sırası L 6 , L 4 , L 3 , L 2 ile gösterilir.

Aynı sıradaki olası simetri ekseni sayısı aşağıdaki gibidir:

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

L4 - 0, 1, 3;

simetri düzlemi- kristali iki aynaya eşit parçaya bölen bir düzlem.

simetri merkezi- kristalin içinde, çizgilerin kesiştiği ve ortaladığı, kristalin zıt özdeş yüzlerini, kenarlarını veya köşelerini birleştiren bir nokta. Bu tanımdan şu kural çıkar: Bir kristalde bir simetri merkezi varsa, o zaman her yüzün zıt, eşit, paralel ve ters yönlü bir yüzü olmalıdır.

Mevcut tüm simetri öğelerinin toplamını aralarında noktalama işareti olmadan bir çizgide yazmak gelenekseldir, bu sırada önce simetri eksenleri, en yüksek dereceden başlayarak, sonra simetri düzlemi ve daha sonra belirtilir. son yer, varsa simetri merkezi kaydedilir.

Kristal sınıflandırması

İçlerindeki simetri elemanlarının toplamına göre, kristaller sınıflar halinde birleştirilir. 1830'da bilim adamı F. Hessel, matematiksel hesaplamalarla, kristallerde toplam 32 farklı simetri elemanı kombinasyonunun mümkün olduğu sonucuna vardı. Sınıfı tanımlayan simetri öğeleri kümesidir.

Sınıflar eş anlamlılar halinde birleştirilir. Bir veya daha fazla aynı simetri elemanı ile karakterize edilen sınıflar, bir eş anlamlı olarak gruplandırılır. Syngonium bilinen 7.

Simetri derecesine göre, eş anlamlılar daha büyük alt bölümlere birleştirilir - kategoriler: daha yüksek, orta, daha düşük (tablo).

kristal formlar

1. Basit - tüm yüzlerin aynı şekle ve aynı boyuta sahip olduğu kristaller. Basit formlar arasında ayırt edilir:

kapalı - alanı yüzleriyle tamamen kapatın (düzenli çokyüzlü);

açık - alanı tamamen kapatmazlar ve onları kapatmak için diğer basit formlar (prizmalar vb.)

2. Basit formların bir kombinasyonu - şekil ve boyut olarak birbirinden farklı yüzlerin geliştirildiği bir kristal. Bir kristalde kaç farklı faset türü varsa, bu kombinasyona aynı sayıda basit form katılır.

Basit şekillerin isimlendirilmesi

İsim, yüzlerin sayısına, yüzlerin şekline, şeklin kesitine dayanmaktadır. Basit formların adlarında Yunanca terimler kullanılır:

· mono- sadece bir;

· di, iki- iki-, iki kez;

· üç- üç, üç, üç kez;

· tetra- dört, dört, dört kez;

· penta- beş, beş;

· altıgen- altı-, altı;

· sekiz- sekiz, sekiz;

· dodeka- on iki-, on iki;

· hedron- kenar;

· gonyo- köşe;

· eş- benzer;

· pinakos- masa, tahta;

· klinik- eğim;

· poli- birçok;

· rocknos- eğik, düzensiz.

Örneğin: bir pentagondodecahedron (beş, açı, on iki - 12 pentagon), bir tetragonal dipiramit (tabanda bir dörtgen ve iki piramit).

Kristalografik eksen sistemleri

kristalografik eksenler- kristalde koordinat eksenleri olarak alınan kenarlarına paralel yönler x ekseni III, y ekseni II, z ekseni I'dir.

Kristalografik eksenlerin yönleri, uzaysal kafesin sıralarıyla çakışır veya onlara paraleldir. Bu nedenle, bazen I, II, III eksenleri yerine, a, b, c tek segmentlerinin atamaları kullanılır.

Kristalografik eksen türleri:

1. Dikdörtgen üç eksenli sistem (Şekil 2). Yönler birbirine dik olarak yönlendirildiğinde oluşur. Kübik (a=b=c), dörtgen (a=b≠c) ve eşkenar dörtgen (a≠b≠c) sistemlerde kullanılır.

2. Dört akslı sistem (Şekil 3). Dördüncü eksen dikey olarak yönlendirilir ve ona dik bir düzlemde 120° boyunca üç eksen çizilir. Altıgen ve trigonal kristaller için kullanılır, a=b≠c

3. eğik sistem (Şekil 4). a=γ=90°, b≠90°, a≠b≠c. Monoklinik sistem kristallerinin montajında ​​kullanılır.

4.
Eğik sistem (Şekil 5). a≠γ≠b≠90°, a≠b≠c. Triklinik kristaller için kullanılır.

Tamsayılar Yasası

Bu, kristalografinin en önemli yasalarından biridir, aynı zamanda Haüy yasası, çift oranların rasyonalite yasası, parametre oranlarının rasyonalite yasası olarak da adlandırılır. Kanun şöyle der: "Bir kristalin herhangi iki yüzü tarafından kesişen üç kenarında kesilen parametrelerin çift oranları, tam sayıların ve nispeten küçük sayıların oranlarına eşittir."

1. O noktasında kesişen paralel olmayan üç kenar seçiyoruz. Bu kenarları kristalografik eksenler olarak alıyoruz (Şek. 6).

2. Kristalde iki A 1 B 1 C 1 ve A 2 B 2 C 2 yüzünü seçiyoruz ve A 1 B 1 C 1 düzlemi A 2 B 2 C 2 düzlemine paralel değil ve noktalar kristalografik eksenler.

3. Kristalografik eksenlerde yüzler tarafından kesilen bölümlere yüz parametreleri denir. Bizim durumumuzda OA 1 , OA 2 , OB 1 , OB 2 , OC 1 , OC 2 .

, burada p, q, r rasyonel ve nispeten küçük sayılardır.

Kanun, kristal kafesin yapısı ile açıklanmaktadır. Eksenler olarak seçilen yönler, uzaysal kafesin sıralarına karşılık gelir.

Yüz Sembolleri

Bir yüz sembolü elde etmek için kristali ilgili kristalografik eksenlere yerleştirmeniz ve ardından tek yüz- her bir kristalografik eksen boyunca parametreleri bir ölçüm birimi olarak alınan yüz (başka bir deyişle, bir ölçek segmenti olarak). Sonuç olarak, parametrelerin oranı, yüzün kristalografik eksenlerdeki konumunu karakterize edecektir.

Parametreleri kullanmamak daha uygundur, ancak yüz endeksleri– parametrelere ters miktarlar: . Endeksler kıvrımlı olarak yazılır (bir bütün olarak basit bir formu karakterize edin, örneğin (hkl) veya (hhl)) veya parantezler (doğrudan belirli bir yüze bakın, ör. (hhl) veya (hhh) ) noktalama işaretleri olmadan. Negatif bir indeks elde edilirse, vektör işareti - (hkl) ile gösterilebilir. İndeksler (321), (110) veya (hk0) gibi sayısal değerlerle de gösterilebilir. "0" - yüzün eksene paralel olduğu anlamına gelir.

Kristal oluşum yollarıiçinde

Kristaller, hem doğal hem de laboratuvar koşullarında, maddenin tüm toplu hallerinden oluşturulabilir.

Gaz hali - kar taneleri (buz kristalleri), don, plak, doğal kükürt (volkanik patlamalar sırasında, kükürt kristalleri kraterlerin duvarlarına yerleşir); endüstride - iyot kristalleri, magnezyum. süblimasyon- gaz halindeki bir maddeden kristal oluşum süreci.

Sıvı hal - eriyikten ve çözeltiden kristallerin oluşumu. Tüm müdahaleci kayaçların oluşumu, ana faktör sıcaklıktaki bir düşüş olduğunda eriyiklerden (manto magmatik eriyikler) oluşur. Ancak en yaygın olanı, çözeltilerden kristal oluşumudur. Doğada, bu süreçler en yaygın ve yoğundur. Özellikle çözeltilerden kristal oluşumu, kurumuş göller için tipiktir.

Katı hal esas olarak amorf bir maddenin kristalli bir maddeye (kristalsizleşme) geçiş sürecidir. doğal şartlar Bu süreçler aktif olarak yüksek sıcaklıklar ah ve baskılar.

Kristallerin ortaya çıkışı

Çözeltiler, içlerindeki maddenin konsantrasyon derecesine göre farklılık gösterir:

doymamış (doymamış) - bir madde ekleyebilirsiniz ve çözünmeye devam edecektir;

doymuş - bir maddenin eklenmesi çözünmesine yol açmaz, çökelir;

aşırı doymuş (aşırı doymuş) - doymuş bir çözelti, maddenin konsantrasyonunun çözünürlük sınırını önemli ölçüde aştığı koşullara düşerse oluşur; çözücü önce buharlaşmaya başlar.

Örneğin, kristal bir NaCl çekirdeğinin oluşumu:

1. Tek boyutlu kristal (iyonların çekimi nedeniyle bir dizi oluşur), (Şek. 7);

2. 2D kristal (düz ızgara), (Şek. 8);

3. Birincil kristal kafes (yaklaşık 8 birim hücreden oluşan kristal çekirdeği), (Şek. 9).

Her kristalin kendi oluşum zinciri vardır (bir tuz kristali için - bir küp), ancak mekanizma her zaman aynı olacaktır. Gerçek koşullarda, kural olarak, ya yabancı bir kirlilik (bir kum tanesi) ya da kristalin oluşturulacağı maddenin en küçük parçacığı, kristalleşmenin merkezi olarak hizmet eder.

kristal büyümesi

Bugüne kadar, kristallerin büyümesini açıklayan iki ana teori vardır. Bunlardan ilki Kossel-Stransky teorisi olarak adlandırılır. (Şek. 10). Bu teoriye göre, parçacıklar kristale ağırlıklı olarak en büyük enerjinin serbest bırakılacağı şekilde bağlanır. Bu, enerji serbest bırakılırsa herhangi bir işlemin "kolaylaşması" gerçeğiyle açıklanır.

ANCAK- maksimum miktarda enerji açığa çıkar (parçacık bu üçgen açıya çarptığında).

B- daha az enerji açığa çıkar (dihedral açı).

AT- en olası olmayan durum olan minimum enerji açığa çıkar.

Büyüme sırasında, parçacıklar önce pozisyona düşecektir. ANCAK, daha sonra B ve sonunda AT. Katman tamamen inşa edilene kadar kristal üzerinde yeni bir katman büyümeye başlamaz.

Bu teori, ideal pürüzsüz yüzeylere sahip kristallerin büyümesini, yüzlerin katman katman büyümesi mekanizmasıyla tam olarak açıklar.

Ancak XX yüzyılın 30'larında, kristal yüzlerin her zaman çarpık olduğu veya bir tür kusurları olduğu kanıtlandı, bu nedenle gerçek koşullarda kristal yüzler ideal olarak pürüzsüz düzlemlerden uzaktır.

İkinci teori G.G. Lemmlein, kristallerin yüzlerinin ideal olmadığı gerçeğini dikkate alarak, yer değiştirme (çıkık büyümesi) - yer değiştirme teorisini geliştirdi. Vida dislokasyonu nedeniyle, kristal yüzeyinde her zaman büyüyen bir kristalin parçacıklarının en kolay şekilde bağlandığı bir "basamak" vardır. Dislokasyon teorisi ve özellikle vida çıkığı teorisi (Şek. 11, 12), her zaman yüzlerin büyümesinin devam etmesini mümkün kılar, çünkü bir parçacığın yerinden çıkmış bir kristal kafese uygun bir şekilde bağlanması için her zaman yer vardır. Bu büyümenin bir sonucu olarak, yüzün yüzeyi spiral bir yapı kazanır.

Her iki teori, mükemmel ve kusurlu kristal büyümesi, birbirini tamamlar, her biri aynı yasalara ve ilkelere dayanır ve kristal büyümesinin tüm konularını tam olarak karakterize etmeye izin verir.

Faset büyüme oranı

Kenar dönüş hızı- verilen yüzün birim zamanda hareket ettiği düzlemine dik segmentin değeri (Şek. 13).

Farklı kristal yüzlerin büyüme hızı farklıdır. Daha yüksek dönüş hızına sahip fasetlerin boyutu giderek azalır, yerini düşük dönüş hızına sahip büyüyen yüzler alır ve kristal yüzeyinden tamamen kaybolabilir. (Şek. 14). Öncelikle kristal üzerinde en yüksek retiküler yoğunluğa sahip yüzler gelişir.

Kenar büyüme oranı birçok faktöre bağlıdır:

dahili ve harici. İç faktörlerden, yüzlerin büyüme hızı üzerindeki en büyük etki, Bravais yasasıyla ifade edilen retiküler yoğunlukları tarafından uygulanır: "Kristal, daha yüksek retiküler yoğunluğa ve en düşük büyüme oranına sahip yüzlerle kaplıdır."

Büyüyen bir kristalin şeklini etkileyen faktörler

Faktörler iç (doğrudan iyonların veya atomların veya kristal kafesin özellikleriyle ilgili olan) ve dış: basınç ve ayrıca:

1. Konsantrasyon akışları. Bir kristal bir çözelti içinde büyüdüğünde, yakınında biraz daha yüksek bir sıcaklığa sahip bir bölge vardır (parçacıklar, mümkün olduğu kadar fazla enerji salınacak şekilde bağlanır) ve çözelti yoğunluğunun azaldığı (büyüyen kristal beslenir) (Şekil 15). ). Çözündüğünde, her şey tam tersi olur.

Akarsuların ikili bir rolü vardır: sürekli olarak yukarı doğru hareket eden akıntılar maddenin yeni kısımlarını getirir, fakat aynı zamanda kristallerin şeklini de bozarlar. Besleme sadece aşağıdan, daha az yanlardan ve neredeyse hiç yukarıdan gerçekleşir. Laboratuvar koşullarında kristaller yetiştirirken, farklı yöntemler kullandıkları konsantrasyon akışlarının etkisini dışlamaya çalışırlar: dinamik kristal büyüme yöntemi, çözeltinin yapay olarak karıştırılması yöntemi, vb.

2. Çözelti konsantrasyonu ve sıcaklık. Her zaman kristallerin şeklini etkileyin.

Çözelti konsantrasyonunun şap kristallerinin şekli üzerindeki etkisi (konsantrasyon 1'den 4'e yükselir):

1 - oktahedron şeklinde bir kristal;

2.3 - birkaç basit şeklin bir kombinasyonu;

4 - oktahedral yüzün baskın gelişimine sahip bir kristal, şekil küresel olarak yaklaşır.

Sıcaklığın epsomit üzerindeki etkisi:

Sıcaklıktaki bir artışla, epsomit kristalleri daha kalın bir prizmatik şekil ve düşük sıcaklıkta - ince bir mercek kazanır.

3. Yabancı madde safsızlıkları. Örneğin, bir şap oktahedron, boraks katkılı bir çözelti içinde büyüdüğünde bir küp haline gelir.

4. Diğerleri.

Faset açılarının sabitliği yasası

17. yüzyılın ortalarında, 1669'da Danimarkalı bilim adamı Steno, birkaç kuvars kristali inceledi ve kristal ne kadar deforme olursa olsun, yüzler arasındaki açıların değişmediğini fark etti. İlk başta yasa soğukkanlılıkla karşılandı, ancak Lomonosov ve Fransız bilim adamı Romeu-Delille tarafından 100 yıllık araştırmadan sonra birbirinden bağımsız olarak bu yasayı doğruladı.

Bugüne kadar, yasanın farklı bir adı var - Steno-Lomonosov-Roma-Delille yasası). Yüz açılarının sabitliği yasası: "Aynı maddenin tüm kristallerinde, karşılık gelen yüzler ve kenarlar arasındaki açılar sabittir." Bu yasa kristal kafesin yapısıyla açıklanır.

Yüzler arasındaki açıları ölçmek için bir açı ölçer cihazı kullanılır (bir iletki ve cetvel karışımına benzer). Daha doğru ölçümler için E.S. Fedorov.

Bir maddenin kristalinin yüzleri arasındaki açıları bilerek, bir maddenin bileşimini belirlemek mümkündür.

Kristallerin iç içe büyümesi

Kristallerin iç içe büyümesi arasında iki ana grup ayırt edilir:

1. Düzensiz - birbirine bağlı olmayan ve uzayda kendi aralarında yönlendirilmemiş kristallerin iç içe büyümesi (dürzi).

2. Düzenli:

paralel;

ikizler

paralel ekleme kristaller, aynı maddenin farklı boyutlarda olabilen, ancak birbirine paralel yönlendirilmiş birkaç kristalidir, bu ekteki kristal kafes doğrudan bir tanesine bağlanır.

asa eklemi- daha küçük kuvars kristalleri, daha büyük bir kristalle birlikte büyür.

Çiftler

Çift- bir kristalin diğerinin ayna görüntüsü olduğu veya ikizin bir yarısının 180 ° döndürülerek diğerinden çıkarıldığı iki kristalin doğal bir iç içe büyümesi. Mineraloji açısından, herhangi bir ikizde, bir iç içe dönüş açısı her zaman görülebilir. (Şek. 16).

İkiz elemanlar:

1. İkiz düzlem - bir ikizin iki parçasının yansıtıldığı bir düzlem.

2. İkiz eksen - ikizin yarısının ikinciye dönüştüğü bir eksen.

3. Füzyon düzlemi - ikizin iki parçasının birbirine bitişik olduğu düzlem. Özel durumlarda, ikiz düzlem ve füzyon düzlemi çakışır, ancak çoğu durumda durum böyle değildir.

İkizin üç unsurunun birleşimi ve doğası, eşleştirme yasalarını belirler: "spinel", "Gallic", vb.

filizlenen ikizler Bir kristal başka bir kristalden büyür. Birkaç kristal söz konusuysa, te, dörtlü vb. buna göre ayırt edilir. (kristal sayısına bağlı olarak).

polisentetik ikizler- bir dizi ikiz kristaller, böylece her iki bitişik kristal, ikiz bir yönelimde birbirine yerleştirilir ve birinden geçen kristaller birbirine paralel yönlendirilir. (Şek. 17).

Doğal kristaller üzerindeki polisentetik ikizlenme, genellikle ince paralel tarama (ikiz dikişler) şeklinde kendini gösterir.

Doğal kristallerin formları

Kristaller arasında ayırt etmek gelenekseldir:

· ideal- aynı basit şekle sahip tüm yüzlerin boyut, şekil ve kristalin merkezinden uzaklık bakımından aynı olduğu kristaller;

· gerçek- ideal formlardan belirli sapmalarla tanışın.

Doğal (gerçek) kristallerde, aynı şekle sahip yüzlerin eşit olmayan gelişimi, daha düşük simetri izlenimi verir. (Şek. 18).

Gerçek kristallerde, yüzler matematiksel olarak doğru düzlemlerden uzaktır, çünkü gerçek kristallerin yüzlerinde gölgeleme, desenler, çukurlar, büyümeler, yani. heykeller. Tahsis et: parke benzeri desen, yüzde gölgelendirme, çevreler (kristalin yüzünün küçük alanlarıdır, yüz yönünden hafifçe kaydırılır). Gerçek kristallerde, karmaşık kristal formları çok yaygındır.

Normal büyüme koşullarından saparken, iskelet kristalleri- kenarların ve tepe noktalarının ağırlıklı olarak geliştirildiği ve yüzlerin gelişme aşamasında geri kaldığı kristaller (örneğin, kar taneleri). İskelet karşıtı kristaller- fasetler ağırlıklı olarak geliştirilirken, kenarlar ve köşeler gelişmede geride kalır (kristal yuvarlak bir şekil alır, elmas sıklıkla bu formda bulunur).

Ayrıca bükülmüş, bölünmüş, deforme olmuş kristaller de vardır.

Kristallerin iç yapısı

Kristallerin iç yapısı genellikle bölgeseldir. Her değişiklik kimyasal bileşim kristalin büyüdüğü çözüm kendi katmanına neden olur. Bölgesel yapı, besleme çözeltilerinin kimyasal bileşimindeki titreşimler ve değişikliklerden, yani. kristalin gençliğinde ne yediğine bağlı olarak, örneğin bölgelerin rengi değişecektir.

Enine kırıkta, imar ile yakından ilişkili ve ortamın bileşimindeki değişikliklerden kaynaklanan sektörel bir yapı görülmektedir.

Kristallerdeki kapanımlar

Tüm kapanımlar homojen ve heterojen olarak ayrılır. Ayrıca oluşum zamanına göre ayrılırlar:

1. Artık (kalıntı) - kristalin büyümesinden önce bile var olan bir maddeyi temsil eden katı bir faz.

2. Singenetik - kristallerin büyümesiyle ortaya çıkan kapanımlar.

3. Epijenik - kristallerin oluşumundan sonra ortaya çıkar.

Kristalografi için en büyük ilgi, kalıntı ve singenetik kapanımlardır.

Kristallerdeki kapanımları incelemek için yöntemler

I.P. Ermakov ve Yu.A. Dolgov, kapanımların çalışmasına büyük katkı yaptı ve bugün kristallerdeki kapanımları incelemek için iki ana yöntem var:

1. homojenizasyon yöntemi- inklüzyonların homojen bir duruma dönüştürülmesi ilkesine dayanan bir grup yöntem; kural olarak, bu ısıtma ile elde edilir. Örneğin, bir kristaldeki kabarcıklar sıvıdır ve belirli bir sıcaklığa ısıtıldığında homojen hale gelirler, yani. sıvı gaz haline gelir. Esas olarak, bu yöntem şeffaf kristaller üzerinde çalışır.

2. Şifre Çözme Yöntemi- sıcaklık ve basınç değiştirilerek kristal ve inklüzyonları denge dışına alınır ve inklüzyonlar patlamaya neden olur.

Sonuç olarak, kapalı gazlar, sıvılar veya bir inklüzyon şeklinde bir katı faz ile bir kristal oluşumunun sıcaklığı ve basıncı hakkında veriler elde edilir.

İyi çalışmalarınızı bilgi tabanına gönderin basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, yüksek lisans öğrencileri, genç bilim adamları size çok minnettar olacaktır.

http://www.allbest.ru/ adresinde barındırılmaktadır.

1 . Genel özellikleri jeolojik disiplinler

Mineraloji, kristalografi ve petrografi bilimleri, tarihsel olarak, dünyanın gelişiminin malzeme bileşimi, yapısı ve tarihi biliminden ayrılmıştır. jeoloji.

kristalografiçeşitli mineralleri oluşturan kristallerin oluşumunu, şeklini ve fiziko-kimyasal özelliklerini inceler.

metalografi- metallerin yapısını ve özelliklerini inceleyen ve bunların bileşimi, yapısı ve özellikleri arasında bir ilişki kuran bir bilim.

mineraloji mineral adı verilen doğal kimyasal bileşiklerin bilimi olarak öne çıkmıştır. Mineraloji, minerallerin bileşimini ve yapısını, oluşum ve değişim koşullarını inceler.

petrografi- kaya bilimi, bileşimi, yapısı, sınıflandırılması, oluşum koşulları.

Bu bilimler, metalurji ve diğer endüstrilerin pratik ihtiyaçları ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Minerallerin kullanılmadığı tek bir endüstri yoktur. doğal form veya bunlardan türetilen herhangi bir bileşen. Çeşitli endüstrilerde çalışan uzmanlar için mineraller, bileşimleri, çeşitli özellikleri ve pratik uygulama alanları bilgisi gereklidir.

Mineraller yerkabuğunda, su kabuğunda veya atmosferde çeşitli fiziko-kimyasal işlemler sonucunda (herhangi bir müdahale olmaksızın) oluşan kimyasal element veya bileşiklere denir.

Mineraller bir olabilir kimyasal element: elmas (C); grafit (C); kükürt (S); altın (Au) veya sabit veya değişken bileşimli bileşikler olabilir:

Sabit bileşimli bileşikler (çığ spar; kuvars; kalsiyum)

Değişken bileşime sahip bileşikler: bileşimde Mg2 (SiO 4) forsteritten Fe2 (SiO 4) fayalite kadar değişen olivinler.

Minerallerin çoğu katı, kristal maddelerdir. Her ne kadar bireysel mineraller bir kriptokristal formda (genellikle kolloid olarak dağılmış) halde bulunurlar.

Doğada mineraller küçük parçacıklar halinde dağılabilir veya büyük kümeler halinde bulunabilir. Aynı zamanda, aynı maddenin mineralleri de oluşabilir. farklı şekil. Bu, herhangi bir kayada bulunan minerallerin harici olarak belirlenmesinde zorluklara neden olur.

Şu anda, sadece 250-300'ü yaygın ve pratik değeri olan yaklaşık 3800 farklı mineral bilinmektedir. Bunlar demir, demir dışı metaller ve nadir metallerin cevherleri, üretim için hammaddelerdir. Yapı malzemeleri, kimya endüstrisi için hammadde, değerli ve diğer taşlar.

Mineraller, kristal yapıları nedeniyle doğru düzenli atom düzenine sahip olduklarından, sıvılar, gazlar, yapay katı cisimler ve doğal atmosferik maddeler.

Mineraller kimyasal bileşim ve kristal yapı bakımından birbirinden farklıdır.

Aynı kristal yapıya sahip olup kimyasal bileşimleri farklı olan minerallere denir. izomorfik.

Kimyasal bileşimleri aynı, kristal yapıları farklı olan minerallere denir. polimorfik(polimorfik minerallere bir örnek: elmas ve grafit).

1.1 Minerallerin morfolojisi (doğada mineral bulma biçimleri)

Doğada mineraller şu şekilde bulunur:

tek kristaller;

Çiftler;

birimler.

doppelganger Bir bireyin diğerinden belirli bir düzlemde yansıma (ikiz) veya belirli bir eksen (ikiz) etrafında döndürülmesiyle elde edilebildiği iki kristalin böyle doğal bir iç içe büyümesi olarak adlandırılır.

Çoğu zaman, mineraller rastgele düzensiz agregalar şeklinde ortaya çıkar. agregalar. Agregalar, bir mineralin kristallerinden (monomineral agregalar) veya birkaç agregadan (polimineral agregalar) oluşabilir.

Agregalar ayrılır:

İri taneli (5 mm'den fazla);

Orta taneli (1-5 mm);

İnce taneli (1 mm'den az).

Agregaları oluşturan tanelerin biçimleri şunlardır: pullu, lifli, topraksı. Aşağıdaki morfolojik agrega türleri ayırt edilir:

Dürziler, farklı yüksekliklerde ve farklı yönlerde, ancak bir uçta ortak bir düz veya içbükey tabana bağlı, iyi şekillendirilmiş kristallerin iç içe geçmişleridir.

Salgılar, kayalardaki boşlukları dolduran mineral oluşumlardır. Boşlukların doldurulması, maddelerin duvarlarında çevreden merkeze kademeli olarak birikmesi sonucu oluşur.

Konkresyonlar - genellikle radyal olarak parlak veya kabuk yapısına sahip yuvarlak şekilli oluşumlar. Salgıdan farklı olarak, bir maddenin birikmesi merkezden çevreye doğru gerçekleşir.

Oolitler, eşmerkezli bir kabuk yapısına sahip küçük küresel oluşumlardır.

Pseudooliths - oolitlere benzer, ancak eşmerkezli bir kabuk yapısına sahip olmayan oluşumlar.

Dendritler, eğreltiotu yapraklarına, ağaç dallarına benzeyen ağaç benzeri agregalardır.

1.2 Fiziksel özellikler mineraller

Minerallerin dış özelliklerle belirlenmesini mümkün kılan temel fiziksel özellikleri şunlardır: renk, çizgi rengi, renk tonu, parlaklık, şeffaflık derecesi, sertlik, bölünme, kırılma, özgül ağırlık, manyetizma, kırılganlık, dövülebilirlik, esneklik vb.

Renk minerallerin karakteristik fiziksel özelliklerinden biridir. Aynı mineral için kimyasal bileşime, yapıya, mekanik ve kimyasal safsızlıklara bağlı olarak renk değişebilir. Renge göre, minerallerin oluşum koşulları ve bunların belirli bir birikintiye ait olduğu yargılanabilir.

Akademisyen A.E. Fersman üç tür mineral rengi ayırt eder: idiyokromatik, allokromatik ve psödokromatik.

İdiokromatik - mineralin kendi rengi.

Allokromatik - yabancı mekanik safsızlıkların inklüzyonlarının mineralindeki varlığının bir sonucu.

Psödokromatik - herhangi bir iç çatlaktan gelen ışık ışınlarının kırınımı olgusu.

Çizgi rengi- sırsız porselen tabakta bir mineralin bıraktığı iz. Bu, ezilmiş mineral tozunun rengidir.

solma- ince bir yüzey tabakasındaki ana renge ek olarak bir mineralin ek bir renge sahip olması olgusu.

bölünme- bazı minerallerin, pürüzsüz, eşit, parlak yüzeyler oluşumu ile belirli düzlemler boyunca ayrılma veya ayrılma yeteneği.

1.3 Mineral oluşumu (yaklaşıkdoğada mineral oluşumu)

Mineral oluşum süreçleri aşağıdakilere ayrılabilir:

1) Endojen (yerin içinde meydana gelen ve magmatik aktivite ile ilişkili);

2) Eksojen (dünya yüzeyinde meydana gelen, atmosferik ajanların etkisinde ve sulu çözeltilerin yüzeyinde ve ayrıca organizmaların biyokimyasal aktivitesinde (oksidasyon, ayrışma);

3) Metamorfik (fiziksel ve kimyasal koşullar değiştiğinde daha önce oluşmuş kayaçların dönüşümü sonucu meydana gelir.

paragenehdır-dirmineraller.

Parajenez, oluşumlarının ortak süreci nedeniyle doğada minerallerin ortak oluşumudur. Mineraller sırayla veya aynı anda oluşturulabilir.

1.4 Pmetrografiben

petrografi- kayaları, mineral ve kimyasal bileşimini, yapısını, dağılımını ve oluşum koşullarını inceleyen bir bilim.

kayalar yerkabuğunun önemli bölgelerini işgal eden, aşağı yukarı sabit kimyasal ve mineral bileşime sahip mineral kümeleri olarak adlandırılır. Kayalar, bir mineralden oluşan monomineral ve birkaç mineral içeren polimineral olabilir.

monomineral kayalar - kireçtaşı ve mermer (mineral kalsitten oluşur), kuvarsit (kuvarstan oluşur).

polimineral kayaçlar - granit (ana kaya oluşturan mineraller feldispatlar (mikroklin, ortoklaz, plajiyoklaz), kuvars ve mikadır (biyotit, muskovit).

Oluşum koşullarına (genesis) göre üç sınıfa ayrılan yaklaşık bin tür kaya bilinmektedir:

1. Magmatik( veya hatalı). Dünyanın bağırsaklarında veya yüzeyinde donmuş magmadan oluşurlar; tipik yüksek sıcaklık oluşumlarıdır.

2. Sedimanter.Önceden oluşturulmuş kayaların, organizma kalıntılarının ve metabolik ürünlerinin yok edilmesinin doldurulmuş ve dönüştürülmüş ürünleridir; Sedimanter kayaçların oluşumu, Dünya yüzeyinde, esas olarak su ortamında, normal sıcaklıklarda ve normal basınçta meydana gelir.

3. Metamorfik.Çeşitli endojen süreçlerin (yüksek sıcaklıklar ve basınçlar, magmadan salınan gaz halindeki maddeler, vb.) etkisi altında tortul ve magmatik kayaçlardaki değişiklikler nedeniyle büyük derinliklerde oluşurlar.

2 . kristalografinin temelleri

Kristalografi alt bölümlere ayrılır: geometrik kristalografi, kristal kimyasal ve fiziksel kristalografi.

geometrik kristalografi kristallerini oluşturan kristalli maddelerin genel yapı modellerini ve ayrıca kristallerin simetrisini ve sistematiğini dikkate alır.

kristal kimyası kristalli bir maddenin yapıları ve kimyasal özellikleri arasındaki ilişkiyi ve ayrıca kristal yapılarının tanımını inceler.

Fiziksel kristalografi Kristallerin fiziksel özelliklerini (mekanik, optik, termal, elektriksel ve manyetik) tanımlar.

2 .1 Temel bilgilergeometrik kristalografi

Kristal halin özellikleri. "Kristal" kelimesi her zaman şu veya bu şekildeki bir çokyüzlü fikri ile ilişkilidir. Bununla birlikte, kristalli maddeler, yalnızca belirli bir şekle sahip oluşumlar verme yeteneği ile karakterize edilmez. Kristal cisimlerin ana özelliği onların anizotropi- bir dizi özelliğin (çekme mukavemeti, termal iletkenlik, sıkıştırılabilirlik, vb.) kristaldeki yöne bağımlılığı.

Creeçelikler- geometrik olarak düzenli çokyüzlüler şeklinde oluşturulmuş katı cisimler.

a) kaya tuzu b) kuvars; c) manyetit

Şekil 1. Kristaller

Kristal sınırlamasının unsurları şunlardır: düzlemler - yüzler; kenar kesişim çizgileri - pirzola; kenar kesişim noktaları - zirveler.

http://www.allbest.ru/ adresinde barındırılmaktadır.

http://www.allbest.ru/ adresinde barındırılmaktadır.

Şekil 2. Kristallerin kısıtlanmasının unsurları

Kristallerdeki temel parçacıklar (atomlar, iyonlar veya moleküller) uzaysal bir kafes şeklinde bulunur.

Mekansal kafes, tüm yüzler boyunca paralel ve bitişik olan, boşluğu doldurmayan boşluklar olmadan paralel paralelyüzlerin köşelerinde bulunan bir noktalar sistemidir.

Şekil 3. Bir kristalin uzaysal kafesi

mineral kristal plastik metal

Bir kristalin uzaysal kafesini oluşturan temel paralelyüzlere denir. temel hücreler.

Böyle bir hücrenin parametreleri şunlardır: ana eksenler olarak alınan aralarındaki üç açı ve bu eksenler boyunca düğümler arasındaki mesafelerin üç parçası (A, B, C).

Şekil 4. Birim hücre parametreleri

Uzaysal bir kafes şeklinde kristallerdeki parçacıkların belirli bir düzenlemesi, kristal maddelerin bir dizi özel özelliğini belirler - tekdüzelik, anizotropi, kendi kendini kesme yeteneği, yani. düzenli çokyüzlüler şeklinde büyür).

tekdüzelik kristallerin özelliklerinin tüm noktalarında aynı olduğu anlamına gelir.

anizotropi kristaller, fiziksel özelliklerinin çoğunun (mekanik, optik ve diğerleri) çeşitli yönlerinde eşitsizlikte yatar.

Kendini sınırlama yeteneği uygun büyüme koşulları altında, yüzleri uzaysal kafesin düz ızgaraları olan düzenli çokyüzlüler oluşturmaları gerçeğinde yatmaktadır.

Uygun koşullara sahip bir çözeltiye düzensiz şekilli bir kristal parçası yerleştirirseniz, bir süre sonra kenarlar kazanacak ve bu maddenin kristallerinin özelliği olan düzenli bir çokyüzlü şeklini alacaktır.

Doymuş bir çözelti içinde kübik kaya tuzu kristalinden kesilen bir topun tekrar kübik kristale dönüştürülmesi.

Şekil 5. Dönüşüm şeması

Bir mineralin kristalleri çoğunlukla belirli bir tipteki yüzlerin varlığı ile karakterize edilir, ancak nadir durumlarda aynı mineralin kristallerinin dış formları oluşum koşullarına bağlı olarak farklılık gösterebilir.

Geometrik kristalografi yasaları, kristallerin incelenmesi için büyük önem taşır.

Birinci yasa:Faset açılarının sabitliği yasası-Sten yasası: aynı maddenin farklı kristalleri için, boyut ve şekilden bağımsız olarak, verilen koşullar altında karşılık gelen yüzler arasında sabittir.

Şekil 6. Çeşitli kuvars kristalleri

ikinci yasa-parametre ilişkilerinin rasyonellik yasası. Ayui Yasası.

Bir kristalde, yüzlerin parametreleri, rasyonel sayılar olarak ana olarak alınan basit bir şeklin yüzlerinin parametreleriyle ilgili olan sadece bu tür rakamlar bulunabilir.

kristal simetri

kristal simetri bu kristalde özdeş yüzlerin, kenarların, köşelerin düzenli tekrarında yatmaktadır.

Simetrinin gözlendiği koşullu görüntülere simetri öğeleri denir. Bunlar şunları içerir: simetri düzlemi, simetri ekseni, merkez ve tepe.

simetri düzlemi- bu, kristal polihedronu, biri diğerinin ayna görüntüsü olan iki eşit parçaya bölen hayali bir düzlemdir.

Kristallerdeki simetri düzlemlerinin sayısı, simetri düzleminin koşullu sembolü olan P harfinin önündeki bir sayı ile gösterilir.

Kristaller dokuzdan fazla simetri düzlemine sahip olamazlar.

Simetri ekseni- kristalin içinden geçen ve 360 ​​° döndürüldüğünde şekil kendisiyle belirli sayıda (n kez) birleştirilen hayali bir düz çizgi. Eksenin adı veya sırası, kristalin ekseni (360 derece) etrafında tam bir dönüş sırasında kombinasyon sayısı ile belirlenir.

Kristallerin ikinci, üçüncü, dördüncü ve altıncı derece eksenleri vardır.

Simetri eksenleri, L harfi ve simetri ekseninin sırasını gösteren bir sembolle gösterilir (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Alışılmış simetri eksenlerine ek olarak, ters çevirme ve aynalı döner eksenler vardır. Varsa, şekli kendisiyle hizalamak için, eksen etrafındaki dönüşe, verilen eksene dik eksen etrafında 180 ° dönüş (inversiyon) veya düzlemden bir ayna yansıması eşlik etmelidir.

simetri merkezi C içinden geçen herhangi bir çizgiyi ikiye bölen, şeklin yüzleriyle kesişme noktasına çizilen bir nokta denir.

1867'de A.V. Gadolin matematiksel olarak, her biri belirli bir simetri elemanı kombinasyonu ile karakterize edilen 32 tip kristal form simetrisinin varlığının mümkün olduğunu göstermiştir.

Tüm kristal simetri türleri üç kategoriye ayrılır: alt, orta ve yüksek. En düşük kategorideki kristaller, ikinciden daha yüksek olan eksenlere sahip değildir; orta kategori, daha yüksek dereceden bir eksen, en yüksek - bu tür birkaç eksen ile karakterize edilir. Kategoriler kristal sistemlere veya eş anlamlılara bölünmüştür.

eş anlamlı aynı düzende aynı sayıda eksene sahip simetri elemanları kümesidir. Toplamda yedi eş anlamlılık vardır: triklinik, monoklinik, eşkenar dörtgen, trigonal, altıgen, kübik, dörtgen.

En düşük kategori üç eş anlamlıyı içerir - triklinik, monoklinik ve eşkenar. Triklinik kristal sisteminin kristallerinde ne eksenler ne de simetri düzlemleri vardır: simetri merkezi de olmayabilir. Monoklinik kristaller hem eksene hem de simetri düzlemine sahip olabilir, ancak birden fazla eksene veya simetri düzlemine sahip olamaz. Eşkenar dörtgen sistem, birkaç simetri unsurunun varlığı ile karakterize edilir - birkaç eksen veya düzlem.

Yüksek simetrili kristallerin oluşumu için gerekli bir koşul, kurucu parçacıklarının simetrisidir. Moleküllerin çoğu simetrik olmadığından, yüksek simetri kristalleri bilinen toplam sayının sadece küçük bir kısmını oluşturur.

Aynı maddenin farklı kristal formlarda mevcut olduğu birçok durum bilinmektedir, yani. iç yapıda ve dolayısıyla fiziko-kimyasal özelliklerinde farklılık gösterir. Böyle bir fenomen denir polimorfizm.

Kristal cisimler arasında, fenomen de sıklıkla gözlenir. izomorfizm- kristal kafeste atomların, iyonların veya moleküllerin birbirinin yerine geçerek karışık kristaller oluşturma özelliği. Karışık kristaller mükemmel homojen karışımlardır katılar katı ikame çözümleridir. Bu nedenle izomorfizmin ikameli katı çözümler oluşturma yeteneği olduğunu söyleyebiliriz.

kristal formlar

Simetri elemanlarına ek olarak, kristaller dış şekilleri ile de karakterize edilir. Yani küp ve oktahedron aynı simetri öğelerine sahiptir, ancak dış şekil ve yüzlerin sayısı farklıdır.

kristal şekli tüm yüzlerinin toplamıdır. Basit ve karmaşık formları ayırt edin.

basit şekil tüm yüzleri simetri unsurları ile birbirine bağlanan böyle bir şekle denir veya başka bir deyişle, bunlar simetrik bir düzenlemeye sahip özdeş yüzlerden oluşan kristallerdir (küp, oktahedron, tetrahedron)

Basit formlar, uzay döngüsünü kapatabilir (kapalı formlar) veya açık olabilir, alanı her yönden kapatamaz.

Açık basit formlar şunları içerir:

Monohedron, dihedron, pinanoid, piramitler, prizmalar

Kapalı basit formlar şunları içerir:

Dipiramidler, eşkenar dörtgen, tetrahedron, küp, oktahedron vb.

Şekil 7. Basit kristal şekiller

Karmaşık şekil veya kombinasyon iki veya daha fazla basit formdan oluşan böyle bir form denir, yani. kristal yüzler çeşitli tiplerdedir ve simetri elemanları ile birbirine bağlı değildirler.

Basit ve karmaşık kristal formları doğada oldukça nadirdir. Gerçek kristallerin tarif edilen basit formlardan sapmaları, oluştuğu ortamın koşullarının bir kristalinin oluşumu üzerindeki etkisinden dolayı yüzlerin eşit olmayan gelişiminden kaynaklanır.

Bazen, tek tek kristallerin oluşumuyla birlikte, çeşitli iç içe büyümeleri ortaya çıkar. Böyle bir durum, yanlış pozisyonda birlikte büyüyen iki veya daha fazla kristalin ikiz oluşumudur. Böyle bir sürece denir eşleştirme. Bu tür iç içe büyümelerin oluşumuna genellikle kristalleşme sürecinin çeşitli komplikasyonları (sıcaklıktaki değişiklikler, çözeltilerin konsantrasyonu, vb.)

Herhangi bir etkinin sonucu olarak ortaya çıkan birincil (kristalizasyon sırasında ortaya çıkan) ikizler ve ikincil ikizler vardır.

Bir maddenin kristallerinin iç içe büyümesine ek olarak, düzenli bir kristal iç büyümesi mümkündür. çeşitli maddeler veya bir maddenin farklı eş anlamlılarda kristalleşen polimorfik modifikasyonları. Bu süreç denir - epitaksi.

3 . Kristal kimyasının temelleri

Kristallerin iç yapısı nihayetinde tüm özelliklerini belirler: kristallerin şekli, fiziksel ve kimyasal özellikleri.

mekansal kafes- bu, tüm yüzler boyunca eşit paralel yönelimli ve bitişik paralel boruların köşelerinde bulunan ve boşluğu boşluksuz dolduran bir nokta sistemidir.

Uzamsal kafes, eşit boyut ve şekle sahip sonsuz bir paralel yüzler kümesinden (temel hücreler) oluşur. Fransız bilim adamı O. Brave, 1855'te sadece 14 tür uzaysal kafes olduğunu tespit etti (Şekil 8). Bu hücreler iki gruba ayrılır:

1) Tüm düğümleri yalnızca temel hücrelerin köşelerinde bulunan ilkel.

2) Yalnızca temel hücrelerin köşelerinde değil, aynı zamanda yüzlerde, kenarlarda ve hacimde bulunan karmaşık düğümler.

1 - triklinik;

2 ve 3 - monoklinik;

4,5,6 ve 7 - eşkenar dörtgen;

8 - altıgen;

9 - eşkenar dörtgen;

10 ve 11 - dörtgen;

12,13 ve 14 kübiktir.

Şekil 8. On dört uzaysal kafes O. Cesur

Mekansal kafeslerin tipine göre kristallerin yapısının yukarıdaki sınıflandırmalarına ek olarak, kristallerin yapısının tiplere bölünmesi vardır. Kimyasal bağlar Bir kristaldeki atomlar arasında

Aşağıdaki kimyasal bağ türleri vardır:

A) iyonik

B) metal

B) kovalent veya moleküler

D) Van - der - Waals veya kalıntı

D) hidrojen

iyonik ( heteropolar) bağ iyonik kristal yapılarda gözlenir ve düzgün yüklü iki iyon arasında oluşur. İyonik bağları olan bileşikler sulu çözeltilerde iyi çözünür. Bu tür bağlantılar elektriği iyi iletmez.

kovalent(homeopolar) bağ, komşu atomlarda ortak elektronların ortaya çıkması nedeniyle atomik ve kısmen iyonik kristal yapılarda gerçekleştirilir. Bu bağ çok güçlüdür, bu da minerallerin artan sertliğini kovalent bir bağla açıklar. Bu bağa sahip mineraller iyi yalıtkanlardır ve suda çözünmezler.

metal bağlantı sadece atomik binalarda kendini gösterir. Atom çekirdeklerinin, gaz parçacıkları gibi hareket eden serbest elektronlardan oluşan bir gaza daldırılmış gibi, kristal kafesin düğümlerinde yer almasıyla karakterize edilir. Atom elektronlarını bağışlar ve pozitif yüklü bir iyon haline gelir. Verilen elektronlar herhangi bir atoma atanmamıştır, ancak deyim yerindeyse ortak kullanımdadır.

Bu bağlantı yapının gücünü belirler. Elektronların serbest hareketi şu özellikleri belirler: iyi elektriksel ve termal iletkenlik, metalik parlaklık, dövülebilirlik (örneğin, doğal metaller)

kamyonet - der-Waals (artık) bağ iki molekül arasındadır. Her molekül elektrostatik olarak nötr olmasına ve içindeki tüm yükler dengelenmesine rağmen, birçok molekül bir dipoldür, yani. Bir molekülün tüm pozitif yüklü parçacıklarının ağırlık merkezi, tüm negatif yüklü parçacıkların ağırlık merkezi ile çakışmaz. Sonuç olarak, bir molekülün farklı kısımları belirli bir yük kazanır. Bundan dolayı, iki molekül arasında artık bağlar ortaya çıkar. Van der Waals kuvvetleri çok küçüktür. Bu bağa sahip kristal yapılar iyi dielektriklerdir, düşük sertlik ve kırılganlık ile karakterize edilirler. Bu tip bağ, organik bileşiklerin karakteristiğidir. Böylece, bağın doğasının kristalli maddelerin tüm temel özelliklerini belirlediğini söyleyebiliriz.

Kristallerin bir tür bağa sahip olabileceğine dikkat edilmelidir, bu tür kristallere denir. homodesmik ve karışık bağ türleri, bu tür kristallere denir heterodesmik.

Bazı minerallerde (buz kristalleri) hidrojen bağları önemli bir rol oynar. Bir molekülün hidrojen atomunun komşu moleküllerin azot, oksijen, klor atomu ile etkileşimi sonucu ortaya çıkarlar. Hidrojen bağları, van der Waals bağlarından daha güçlüdür, ancak diğer tüm bağ türlerinden çok daha zayıftır.

3 .1 Atomik ve iyonik yarıçaplar. koordinatörsayı. Yapı motifleri

Çeşitli minerallerin kristal yapılarını oluşturan atomlar ve iyonlar birbirinden farklı mesafelerde bulunur. Bu değerler iyon yüküne, termodinamik koşullara vb.

Bu değere - atomik (iyonik yarıçap) denir. atomik (vebir) yarıçap verilen bir atomun küresinin merkezinin komşu atomların yüzeyine yaklaşabileceği minimum mesafe olarak adlandırılır.

Belirli bir atomu (iyon) çevreleyen en yakın atomların (iyonların) sayısına denir. koordinasyon numarası.

Kristal yapıları tasvir etmenin üç yolu vardır.

1 Yapıları kürelerle gösterme yöntemi.

2 Topların ağırlık merkezlerini çizerek yapıları tasvir etme yöntemi.

3 Koordinasyon çokyüzlüleri ile yapıların temsil yöntemi - bu yöntem karmaşık yapıların temsili için uygundur. Farklı mineraller farklı şekillerde kristal yapılardan (oktahedron, küp vb.)

Kristalli maddelerin yapısı, hem koordinasyon çokyüzlülerinin kendileri hem de kombinasyon etkileşimlerinin doğası ile belirlenir, yani. yapı motifi.

Aşağıdaki yapıların motifleri vardır:

1 Yapının koordinasyon motifi. Bu durumda, tüm koordinasyon polihedraları birbirine ortak yüzler ve kenarlarla bağlanır.

2 Adaoh motif yapısı. Ayrı koordinasyon çokyüzlüleri birbirine dokunmaz ve ortak katyonlar ve anyonlar aracılığıyla bağlanır.

3 Zincir ve kurdele motifleri yapılar. Bu durumda koordinasyon çokyüzlüleri tek yönde uzanan sonsuz zincirler halinde birbirine bağlanır.

4 katmanlı motif yapılar. Koordinasyon çokyüzlüleri, iki boyutta sonsuz katmanlar halinde birbirine bağlanır. Katman içinde, bireysel çokyüzlüler birbirine yakındır. Bireysel katmanlar birbirinden oldukça uzakta bulunur.

5 Çerçeve motifi yapılar. Bu durumda, tüm koordinasyon figürleri, üç boyutta sonsuz olan çerçevelere yalnızca bir köşe ile birbirine bağlanır.

Kristal ayar yapılarının motifi birçok fiziksel özelliği belirler.

Bu nedenle, kristalli maddelerin fiziksel özellikleri esas olarak kristal yapıları oluşturan atomların ve iyonların bileşimi (özgül ağırlık, renk), bağ türü (elektriksel iletkenlik, termal iletkenlik, sertlik, dövülebilirlik, çözünürlük) ile belirlenir. , ve yapı motifi (sertlik).

4 . Kristallerdeki kusurlar

Metal kristaller genellikle küçüktür. Bu nedenle, bir metal ürün çok sayıda kristalden oluşur.

Böyle bir yapıya polikristal denir. Bir polikristal agrega içinde, tek tek kristaller doğru şekli alamazlar. Çok kristalli bir agrega içinde düzensiz şekilli kristallere denir. taneler, veya kristalitler. Ancak, bu koşul tek değildir. Soğuk plastik deformasyon (haddeleme, çekme, vb.) tercihli tane yönelimine yol açar (doku). Tercihli oryantasyon derecesi farklı olabilir ve rastgele bir dağılımdan tüm kristallerin aynı şekilde yönlendirildiği bir duruma değişir.

Kristalizasyon sırasında ısının çok yavaş uzaklaştırılmasıyla ve diğer özel yöntemlerin yardımıyla, tek bir kristal olan bir metal parçası elde edilebilir. tek kristal. Bilimsel araştırmalar ve bazı özel teknoloji dalları (yarı iletkenler) için büyük boyutlarda (birkaç yüz gram ağırlığında) tek kristaller yapılır.

Araştırmalar, tanenin iç kristal yapısının doğru olmadığını göstermiştir.

Kristallerdeki atomların ideal dizilişinden sapmalara denir. kusurlar. Kristal maddelerin özellikleri üzerinde büyük, bazen belirleyici bir etkiye sahiptirler.

Kristal kafesteki tek tek atomların yanlış düzenlenmesi, nokta kusurları. Aynı atomlardan oluşan bir kristalde, örneğin bir metal kristalinde, kafesin bir kısmında atomlardan biri olmayabilir. Yerinde, çevresinde bir boşluk olacak - çarpık bir yapı. Böyle bir kusur denir boşluk. Belirli bir maddenin bir atomu veya bir safsızlık atomu, kafes bölgelerindeki atomlar arasına düşerse, o zaman gömme kusuru(Şekil 9).

Metalik kristalden iyonik kristale geçişte resim daha karmaşık hale gelir. Elektronötrallik burada gözlemlenmelidir; bu nedenle, kusurların oluşumu, yüklerin yeniden dağıtılmasıyla ilişkilidir. Böylece, bir katyon boşluğunun görünümüne bir anyon boşluğunun görünümü eşlik eder; iyonik kristaldeki bu tür kusurlara kusur denir Schottky. Bir iyonun interstisyel alana girmesine, eski yerinde, zıt işaretin bir yük merkezi olarak kabul edilebilecek bir boşluk görünümü eşlik eder; burada bir kusurumuz var. Frenkel. Bu isimler Avusturyalı bilim adamı Schottky ve Sovyet fizikçi Ya.I.'nin onuruna verilmiştir. Frenkel.

Nokta kusurları, parçacıkların termal hareketinin bir sonucu da dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle ortaya çıkar. Boşluklar kristalin etrafında hareket edebilir - komşu bir atom boşluğa düşer, yeri boşalır, vb. Bu, katılardaki difüzyonu ve yüksek sıcaklıklarda fark edilir hale gelen tuz ve oksit kristallerinin iyonik iletkenliğini açıklar.

Kristallerde dikkate alınan noktasal kusurlara ek olarak, her zaman çıkıklar- atom sıralarının yer değiştirmesiyle ilgili kusurlar. Çıkıklar kenar ve vidadır. İlki, atomlarla dolu uçakların kırılmasından kaynaklanır; ikincisi - ona dik eksenin karşılıklı kayması ile. Dislokasyonlar kristalin etrafında hareket edebilir; bu işlem, kristal malzemelerin plastik deformasyonu sırasında meydana gelir.

Bir nedenden dolayı kristal kafeste fazladan bir yarım atom düzleminin ortaya çıktığını hayal edin. uçak dışı(Şekil 10). Böyle bir düzlemin kenar 3-3 formları hat hatası olarak adlandırılan kafesin (kusurluluğu) kenar çıkığı. Bir kenar dislokasyonu, binlerce kafes parametresi boyunca uzayabilir, düz olabilir, ancak aynı zamanda bir yönde veya başka bir yönde bükülebilir. Sınırda, bir vida çıkığı oluşturan bir spiral şeklinde bükülebilir. Çıkık çevresinde bir elastik kafes distorsiyon bölgesi ortaya çıkar. Kusurun merkezinden, bozulma olmadan kafesin yerine olan mesafe, çıkığın genişliğine eşit olarak alınır; küçüktür ve birkaç atomik mesafeye eşittir.

a - boş pozisyonlar; b - ikame edilmiş atom; gömülü atom

Şekil 9. Nokta kusurlarının şeması

Şekil 10. Kristal kafesteki çıkık

Şekil 11. Bir çıkığı taşıma

Kafesin dislokasyon bölgesinde (Şekil 11, a) bozulması nedeniyle, ikincisi nötr konumdan kolayca yer değiştirir ve bir ara konuma geçen komşu düzlem (Şekil 11, b), ekstra bir konuma dönüşür. düzlem (Şekil 11, c), kenar atomları boyunca bir çıkık oluşturur. Böylece, bir dislokasyon, ekstra düzleme dik olarak yerleştirilmiş belirli bir düzlem (kayma düzlemi) boyunca hareket edebilir (veya daha doğrusu bir röle yarışı gibi iletilebilir). Modern fikirlere göre, sıradan saf metallerde dislokasyon yoğunluğu, yani. 1 cm3'teki çıkık sayısı bir milyonu aşıyor Metallerin mekanik özellikleri, çıkıkların sayısına ve özellikle hareket etme ve çoğalma yeteneklerine bağlıdır.

Böylece, kristal yapının düzenliliği iki tür kusur tarafından ihlal edilir - nokta ( boş pozisyonlar) ve doğrusal ( çıkıklar). Boşluklar, ona bitişik bir atom bir "deliğe" geçtiğinde ve eski yerini boş bıraktığında kafes içinde sürekli hareket eder. Atomların sıcaklığındaki ve termal hareketliliğinde bir artış, bu tür olayların sayısını arttırır ve boşlukların sayısını arttırır.

Doğrusal kusurlar, boşluklar gibi kendiliğinden ve kaotik bir şekilde hareket etmez. Bununla birlikte, dislokasyonun hareket etmeye başlaması, bir düzlem oluşturması ve kesitte bir kayma çizgisi oluşturması için küçük bir stres yeterlidir. İTİBAREN(Şekil 12). Yukarıda bahsedildiği gibi, dislokasyonların etrafında çarpık bir kristal kafes alanı oluşturulur. Kristal kafesin bozulma enerjisi, sözde ile karakterize edilir. Burger vektör.

Şekil 12. Bir çıkığın (A-A) hareketinin bir izi olarak kesme düzlemi (C); B-dış uçak

+ dislokasyonun etrafına bir ABCD konturu çizilirse (Şekil 13), BC konturunun kesiti altı parçadan ve AB kesiti beş parçadan oluşacaktır. Fark BC-AD=b, burada b, Burgers vektörünün büyüklüğüdür. Birkaç çıkık (üst üste binen veya birleşen kristal kafesin bozulma bölgeleri) bir kontur ile daire içine alınmışsa, değeri her çıkığın Burgers vektörlerinin toplamına karşılık gelir. Dislokasyonları hareket ettirme yeteneği, Burgers vektörünün büyüklüğü ile ilgilidir.

Şekil 13. Lineer dislokasyon için Burgers vektörünü belirleme şeması

4.1 Yüzey kusurları

Yüzey kafes kusurları, istifleme hatalarını ve tane sınırlarını içerir.

Ambalaj kusuru. Sıradan bir tam dislokasyonun hareketi sırasında, atomlar sırayla bir denge konumundan diğerine geçer ve kısmi bir dislokasyonun hareketi sırasında, atomlar belirli bir kristal kafes için tipik olmayan yeni konumlara hareket eder. Sonuç olarak, malzemede bir paketleme hatası ortaya çıkıyor. İstifleme hatalarının görünümü, kısmi çıkıkların hareketi ile ilişkilidir.

İstifleme hatasının enerjisinin yüksek olduğu durumda, dislokasyonun kısmi olanlara bölünmesi enerjik olarak elverişsizdir ve istifleme hatasının enerjisinin düşük olduğu durumda, çıkıklar kısmi olanlara ve bir istifleme arızasına bölünür. arasında arıza belirir. Düşük yığın arıza enerjisine sahip malzemeler, yüksek yığın arıza enerjisine sahip malzemelerden daha güçlüdür.

tane sınırları düzensiz şekilli iki kristal arasındaki dar geçiş bölgesidir. Tane sınırlarının genişliği, kural olarak, 1.5-2 atomlar arası mesafedir. Tane sınırlarındaki atomlar denge konumundan yer değiştirdiği için tane sınırlarının enerjisi artar. Tane sınırı enerjisi esasen komşu tanelerin kristal kafeslerinin yanlış yönlenme açısına bağlıdır. Küçük yanlış yönlendirme açılarında (5 dereceye kadar), tane sınırı enerjisi yanlış yönlendirme açısıyla pratik olarak orantılıdır. 5 dereceyi aşan yanlış yönlendirme açılarında, tane sınırlarındaki dislokasyonların yoğunluğu o kadar yüksek olur ki dislokasyon çekirdekleri birleşir.

Tane sınırı enerjisinin (Egr) yanlış yönlendirme açısına (q) bağımlılığı. qsp 1 ve qsp 2 - özel sınırların yanlış yönlendirme açıları.

Komşu tanelerin belirli yanlış yönlenme açılarında, tane sınırlarının enerjisi keskin bir şekilde azalır. Bu tür tane sınırlarına özel denir. Buna göre, sınırların enerjisinin minimum olduğu sınırların yanlış yönlenme açılarına özel açılar denir. Tane arıtma, metalik malzemelerin elektrik direncinde bir artışa ve dielektriklerin ve yarı iletkenlerin elektrik direncinde bir azalmaya yol açar.

5 . Atomik-kristal yapı

Herhangi bir madde üç kümelenme durumunda olabilir - katı, sıvı ve gaz.

Yerçekiminin etkisi altındaki katı bir madde şeklini korur ve bir sıvı yayılır ve bir kap şeklini alır. Ancak bu tanım maddenin durumunu karakterize etmek için yeterli değildir.

Örneğin, sert cam ısıtıldığında yumuşar ve yavaş yavaş sıvı hale dönüşür. Ters geçiş de sorunsuz bir şekilde gerçekleşecektir - sıcaklık düştükçe sıvı cam kalınlaşır ve son olarak "katı" bir duruma kalınlaşır. Camın sıvıdan "katı" duruma belirli bir geçiş sıcaklığı yoktur ve özelliklerde keskin bir değişiklik sıcaklığı (noktası) yoktur. Bu nedenle, "katı" camı çok kalınlaştırılmış bir sıvı olarak düşünmek doğaldır.

Bu nedenle katıdan sıvıya ve sıvıdan sıvıya geçiş katı hal(aynı zamanda gazdan sıvıya) belirli bir sıcaklıkta meydana gelir ve özelliklerde keskin bir değişiklik eşlik eder.

Gazlarda parçacıkların (atomlar, moleküller) dizilişinde düzenlilik yoktur; parçacıklar rastgele hareket eder, birbirini iter ve gaz mümkün olduğu kadar çok hacim kaplar.

Katılarda atomların düzeni kesindir, düzenlidir, karşılıklı çekim ve itme kuvvetleri dengelenmiştir ve katı cisim şeklini korur.

Şekil 14. Sıcaklık ve basınca bağlı olarak katı, sıvı ve gaz halindeki alanlar

Bir sıvıda parçacıklar (atomlar, moleküller) yalnızca sözde yakın sipariş, şunlar. uzayda, katı bir gövdede olduğu gibi tüm hacmin atomları değil, az sayıda atom düzenli olarak yerleştirilir. Kısa menzilli düzen kararsızdır: enerjik termal titreşimlerin etkisi altında ya ortaya çıkar ya da kaybolur. Bu nedenle, sıvı hal, deyim yerindeyse, katı ile gaz arasında bir ara maddedir; uygun koşullar altında, ara erime olmadan katı halden gaz haline doğrudan geçiş mümkündür - süblimasyon(Şekil 14). Uzayda parçacıkların (atomlar, moleküller) doğru, düzenli düzenlenmesi, kristal hali.

Kristal yapı, atomların bulunduğu düğümlerde uzaysal bir kafes olarak hayal edilebilir (Şekil 15).

Metallerde, kristal kafesin düğümlerinde atomlar yoktur, ancak pozitif yüklü olmayanlar vardır ve bunlar arasında serbest elektronlar hareket eder, ancak genellikle kristal kafesin düğümlerinde atomların olduğu söylenir.

Şekil 15. Temel kristal hücre (basit kübik)

5. 2 Kristal metal kafesler

Kristalin durum, öncelikle, uzayda atomların belirli, düzenli bir dizilimi ile karakterize edilir. . Bu, bir kristalde her atomun aynı sayıda en yakın atoma sahip olduğunu belirler - ondan aynı mesafede bulunan komşular. Metal atomlarının (iyonlarının) birbirine mümkün olduğunca yakın, daha yoğun yerleştirilmesi arzusu, kristallerdeki metal atomlarının karşılıklı düzenlenmesi kombinasyonlarının sayısının küçük olmasına yol açar.

Bir kristaldeki atomların karşılıklı düzenlenişinin çeşitlerini tarif etmek için bir dizi şema ve yöntem vardır. Atomların bir düzlemdeki karşılıklı dizilimi atom dizilimi diyagramında gösterilmiştir (Şekil 15). Atomların merkezlerinden geçen hayali çizgiler, düğümlerinde atomların (pozitif yüklü olmayanlar) bulunduğu bir kafes oluşturur; bu sözde kristal düzlem. Paralel olarak düzenlenmiş kristalografik düzlemlerin çoklu tekrarı uzaysal kristal kafes, düğümleri atomların (iyonların) yeridir. Komşu atomların merkezleri arasındaki mesafeler ölçülür angströmler(1 A 10 -8 cm) veya kiloix - kXx (1 kX=1.00202 A). Atomların uzaydaki karşılıklı dizilimi ve atom mesafeleri arasındaki değer, X-ışını kırınım analizi ile belirlenir. Bir kristaldeki atomların düzenlenmesi, uzamsal şemalar şeklinde, sözde şeklinde çok uygun bir şekilde tasvir edilmiştir. temel kristal hücreler. Temel kristal hücrenin altında, uzayda tekrarlandığında uzamsal kristal kafesin yeniden üretilmesine izin veren en küçük atom kompleksi kastedilmektedir. En basit kristal hücre türü kübik kafes. Basit bir kübik kafeste, atomlar yeterince sıkı bir şekilde paketlenmez. Metal atomlarının birbirine en yakın yerleri işgal etme arzusu, diğer tip kafeslerin oluşumuna yol açar: kübik vücut merkezli(şekil 16, a), kübik yüz merkezli(şekil 16, b) vealtıgen kapalı(resim 16 , e). Bu nedenle metaller, metal olmayanlardan daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir.

Atomları gösteren daireler, küpün merkezinde ve köşeleri boyunca (vücut merkezli küp) veya yüzlerin merkezlerinde ve küpün köşeleri boyunca (yüz merkezli küp) veya altıgen şeklinde bulunur. , içine bir altıgen de yarı yerleştirilmiş, üst düzleminin üç atomu altıgen prizmanın (altıgen kafes) içindedir.

Şekil 16'da gösterilen kristal kafes görüntüleme yöntemi koşulludur (diğerleri gibi). Atomları bir kristal kafes içinde temas halindeki bilyeler şeklinde göstermek daha doğru olabilir (Şekil 16'daki soldaki diyagramlar). Bununla birlikte, kristal kafesin böyle bir görüntüsü her zaman kabul edilenden daha uygun değildir (Şekil 16'daki sağ diyagramlar).

a - kübik vücut merkezli;

b - kübik yüz merkezli;

c-altıgen sıkı paketlenmiş

Şekil 16. Temel kristal hücreler

6 . metallerin kristalleşmesi

6 .1 Maddenin üç hali

Bilindiği gibi herhangi bir madde üç halde olabilir. kümelenme durumları: gaz, sıvı ve katı. Saf metallerde, belirli sıcaklıklarda, agregasyon durumunda bir değişiklik meydana gelir: katı hal, erime noktasında sıvı bir hal ile değiştirilir, sıvı hal, kaynama noktasında gaz haline gelir. Geçiş sıcaklıkları basınca bağlıdır (Şekil 17), ancak sabit basınçta oldukça kesindirler.

Erime sıcaklığı, metal özelliklerinin özellikle önemli bir sabitidir. Çok geniş bir aralıktaki çeşitli metaller için değişir - cıva için eksi 38.9 ° C'den - oda sıcaklığında sıvı halde olan en eriyebilir metal, en refrakter metal - tungsten için 3410 ° C'ye kadar.

Eriyebilir metallerin (kalay, kurşun vb.) oda sıcaklığındaki düşük mukavemeti (sertliği), esas olarak bu metaller için oda sıcaklığının erime noktasından refrakter metallere göre daha az uzak olmasından kaynaklanmaktadır.

Sıvıdan katı duruma geçiş sırasında bir kristal kafes oluşur, kristaller ortaya çıkar. Böyle bir sürece denir kristalleşme.

Termal hareketle kaplı çok sayıda parçacık (atom, molekül) içeren bir sistemin enerji durumu, özel bir termodinamik fonksiyon F ile karakterize edilir. bedava enerji (serbest enerji F= (sen - TS), Neredesin - sistemin iç enerjisi; T- mutlak sıcaklık; S-entropi).

Şekil 17. Sıcaklığa bağlı olarak sıvı ve kristal halin serbest enerjisindeki değişim

Eşit bir sıcaklıkta T s, sıvı ve katı hallerin serbest enerjileri eşittir, her iki durumdaki metal dengededir. bu sıcaklık T s ve ye denge veya teorik kristalleşme sıcaklığı.

Ancak, ne zaman T s belirli bir sıcaklıkta olduğu için kristalleşme (erime) işlemi gerçekleşemez

Kristalizasyonu başlatmak için, sürecin termodinamik olarak sistem için uygun olması ve sistemin serbest enerjisinde bir azalmanın eşlik etmesi gerekir. Şekil 17'de gösterilen eğrilerden, bunun ancak sıvı noktanın altına soğutulduğunda mümkün olduğu görülebilir. T s. Kristalleşmenin pratik olarak başladığı sıcaklık olarak adlandırılabilir. gerçek kristalleşme sıcaklığı.

Bir sıvının denge kristalleşme sıcaklığının altına soğutulmasına denir. hipotermi. Bu nedenler ayrıca kristal halden sıvı hale ters dönüşümün sadece sıcaklığın üzerinde gerçekleşebileceğini belirler. T s bu fenomene denir aşırı ısınma

Aşırı soğutmanın değeri veya derecesi, teorik ve gerçek kristalleşme sıcaklıkları arasındaki farktır.

Örneğin, antimonun teorik kristalleşme sıcaklığı 631°C ise ve kristalizasyon işleminin başlamasından önce, sıvı antimon 590°C'ye aşırı soğutulmuş ve bu sıcaklıkta kristalize edilmişse, o zaman aşırı soğutma derecesi P 631-590=41°C farkı ile belirlenir. Bir metalin sıvıdan kristal duruma geçiş süreci, zaman - sıcaklık koordinatlarındaki eğrilerle gösterilebilir (Şekil 18).

Metalin sıvı halde soğutulmasına, sıcaklıkta kademeli bir düşüş eşlik eder ve durumda nitel bir değişiklik olmadığı için basit soğutma olarak adlandırılabilir.

Kristalleşme sıcaklığına ulaşıldığında, ısı çıkışı kristalleşme sırasında açığa çıkan ısı ile telafi edildiğinden, sıcaklık-zaman eğrisinde yatay bir platform belirir. gizli kristalleşme ısısı. Kristalizasyon sonunda, yani. katı hale tam geçişten sonra sıcaklık tekrar düşmeye başlar ve kristal katı soğur. Teorik olarak, kristalleşme süreci eğri 1 ile temsil edilir. . eğri 2 gerçek kristalleşme sürecini gösterir. Sıvı sürekli olarak aşırı soğutma sıcaklığına soğutulur T p , teorik kristalleşme sıcaklığının altında T s. Sıcaklığın altına soğutulduğunda T s kristalleşme sürecinin devam etmesi için gerekli olan enerji koşulları yaratılır.

Şekil 18. Kristalizasyon sırasında soğuma eğrileri

6 .2 Mekanizmakristalleşme süreci

1878'de D.K. Dökme çeliğin yapısını inceleyen Chernov, kristalleşme sürecinin iki temel süreçten oluştuğuna dikkat çekti. İlk süreç, Chernov'un "temel" olarak adlandırdığı en küçük kristal parçacıklarının doğuşudur ve şimdi bunlara denir. mikroplar, veya kristalleşme merkezleri. İkinci süreç, bu merkezlerden kristallerin büyümesini içerir.

Büyüyebilen bir mikrobun minimum boyutuna denir. kritik embriyo boyutu, ve böyle bir embriyo denir sürdürülebilir.

Kristal oluşumların formu

Kristalleşmenin gerçek ilgisi, süreci o kadar güçlü bir şekilde etkileyen çeşitli faktörlerin etkisi ile karmaşıklaşır ki, aşırı soğutma derecesinin rolü niceliksel olarak ikincil hale gelebilir.

Sıvı halden kristalizasyon sırasında, ısı uzaklaştırma hızı ve yönü, çözünmemiş parçacıkların varlığı, sıvının konveksiyon akımlarının varlığı vb. gibi faktörler, işlemin hızı ve şekli için büyük önem taşır. oluşan kristallerden oluşur.

Kristal, ısı giderme yönünde diğer yöne göre daha hızlı büyür.

Büyüyen bir kristalin yan yüzeyinde bir tüberkül belirirse, kristal yanal yönde büyüme yeteneği kazanır. Sonuç olarak, sözde ağaç benzeri bir kristal oluşur. dendrit, ilk olarak D.K. Chernov tarafından gösterilen şematik yapısı Şekil 19'da gösterilmiştir.

Şekil 19. Bir dendrit şeması

külçe yapısı

Döküm külçenin yapısı üç ana bölgeden oluşmaktadır (Şekil 20). İlk bölge - dış mekan ince taneli kabuk 1, şaşırmış küçük kristallerden oluşan - dendritler. Kalıbın duvarları ile ince bir bitişik sıvı metal tabakasındaki ilk temasta, keskin bir sıcaklık gradyanı ve aşırı soğuma fenomeni meydana gelir, bu da çok sayıda kristalleşme merkezinin oluşumuna yol açar. Sonuç olarak, kabuk ince taneli bir yapıya kavuşur.

Külçenin ikinci bölgesi - sütunlu kristaller bölgesi 2. Kabuğun kendisinin oluşumundan sonra, ısı giderme koşulları değişir (ısıl direnç nedeniyle, kalıp duvarının sıcaklığındaki bir artıştan ve diğer nedenlerden dolayı), bitişik sıvı metal tabakadaki sıcaklık gradyanı keskin bir şekilde azalır ve sonuç olarak , çeliğin aşırı soğuma derecesi azalır. Sonuç olarak, az sayıda kristalleşme merkezinden, normal olarak kabuğun yüzeyine (yani, ısı giderme yönünde) yönlendirilmiş sütunlu kristaller büyümeye başlar.

Külçenin üçüncü bölgesi - eş eksenli kristal bölge3 . Külçenin merkezinde artık belirli bir ısı transferi yönü yoktur. “Katılaşan metalin sıcaklığının çeşitli noktalarda neredeyse tamamen eşitlenmesi için zamana sahip olması ve çeşitli noktalarında kristallerin temel oluşumu nedeniyle sıvının duygusal bir duruma dönüşmesi gibi. Ayrıca, ilkeler eksenlerle büyür - farklı yönlerde dallar, birbirleriyle buluşur ”(Chernov D.K.). Bu işlem sonucunda eş eksenli bir yapı oluşur. Buradaki kristalin çekirdekleri genellikle sıvı çelikte bulunan veya yanlışlıkla içine giren veya sıvı metalde (-refrakter bileşenler) çözünmeyen çeşitli küçük inklüzyonlardır.

Sütunlu ve eş eksenli kristallerin bölgesinin külçe hacmindeki nispi dağılımı büyük önem taşımaktadır.

Sütunlu kristaller bölgesinde metal daha yoğundur, daha az kabuk ve gaz kabarcığı içerir. Bununla birlikte, sütunlu kristallerin bağlantıları düşük mukavemete sahiptir. Sütunlu kristal bölgelerinin birleşmesine yol açan kristalleşme denir. transkristalizasyon.

Sıvı metal, kristalize olandan daha büyük bir hacme sahiptir, bu nedenle kristalizasyon sırasında kalıba dökülen metalin hacmi azalır, bu da boşlukların oluşumuna yol açar. büzülme kabukları; büzülme boşlukları tek bir yerde yoğunlaşabilir veya külçenin hacmine veya bir kısmına dağılmış olabilir. Sıvı metalde çözünen ancak kristalleşme sırasında açığa çıkan gazlarla doldurulabilirler. İyi deokside edilmiş sözde sakin çelik, Yalıtılmış bir uzantıya sahip bir kalıba döküldüğünde, külçenin üst kısmında bir büzülme boşluğu oluşur ve tüm külçenin hacmi az sayıda gaz kabarcığı ve boşluk içerir (Şekil 21, a). yetersiz deokside, sözde kaynayan çelik, boyunca kabuklar ve kabarcıklar içerir (Şekil 21, b).

Şekil 20. Çelik külçe yapısının şeması

Şekil 21. Sakin (a) ve kaynayan (b) çeliklerde büzülme boşluğu ve boşluklarının dağılımı

7 . Metal deformasyonu

7.1 Elastik ve plastik deformasyon

Bir malzemeye stres uygulamak deformasyona neden olur. deformasyon olabilir elastik, yük kaldırıldıktan sonra kaybolması ve plastik, boşalttıktan sonra kalan

Elastik ve plastik deformasyonların büyük bir fiziksel farkı vardır.

Bir dış kuvvetin etkisi altında elastik deformasyon sırasında, kristal kafes içindeki atomlar arasındaki mesafe değişir. Yükün kaldırılması, atomlar arası mesafede değişikliğe neden olan nedeni ortadan kaldırır, atomlar orijinal yerlerine döner ve deformasyon ortadan kalkar.

Plastik deformasyon tamamen farklı, çok daha karmaşık bir süreçtir. Plastik deformasyon sırasında kristalin bir parçası diğerine göre hareket eder (kaydırılır). Yük kaldırılırsa, kristalin yer değiştiren kısmı eski yerine geri dönmeyecektir; deformasyon kalacaktır. Bu kaymalar, örneğin Şekil 22'de gösterildiği gibi mikroyapısal inceleme ile tespit edilir.

...

Benzer Belgeler

Kristal ve amorf cisimler olarak minerallerin morfolojisi, Mohs ölçeği. Makroskopik tanıda kullanılan minerallerin özellikleri. Kayaların aşınması. Enerji kaynağı, faktörler, ayrışma türleri, jeolojik sonuç: ayrışma kabuğu.

test, 01/29/2011 eklendi


Minerallerin optik ve elektriksel özellikleri, minerallerin bilim ve teknolojideki kullanım alanları. "Fosfatlar" sınıfının minerallerinin özellikleri. Kırıntılı tortul kayaçlar, grafit yatakları, genetik yatak türlerinin karakterizasyonu.

test, 20/12/2010 eklendi


Herhangi bir jeolojik oluşumun kökeni süreci olarak minerallerin oluşumunun incelenmesi. Ana oluşum türleri: endojen, eksojen ve metamorfik. Kristal büyütme yöntemleri: buhar, hidrotermal çözelti, sıvı ve katı fazlar.

özet, 23/12/2010 eklendi


Dış kuvvetlerin etkisi altında vücudun şeklindeki ve hacmindeki bir değişiklik olarak vücudun deformasyonu, çeşitleri: elastik, plastik, artık, kırılgan. Kıvrımların yapısı, bileşenleri ve çalışması, morfolojik sınıflandırma, jeolojik koşullar Eğitim.

sunum, 23.02.2015 eklendi


Kristallerin sınıflandırılması ilkeleri. Tungstat sınıfı minerallerin fiziksel özellikleri, kökeni ve uygulaması. Amorf cisimlerin özellikleri. Kristalli maddelerin özellikleri. Sedimanter kökenli demirli metalurji mineralleri, oluşum mekanizmaları.

test, eklendi 04/03/2012


Minerallerin morfolojisi, özellikleri, bileşim ve yapı bağımlılığı. Mineralojinin gelişimi, diğer yer bilimleri ile bağlantısı. Doğadaki mineral formları. Doğal ve yapay minerallerin alışkanlığı, özgül yoğunlukları ve kırılganlıkları. Mohs sertlik ölçeği.

sunum, 25.01.2015 eklendi


Mineral kavramı ve doğadaki yeri, yapısı ve insan vücudundaki önemi, sağlık için gerekli dozların belirlenmesi. Antik çağlardan günümüze mineral çalışmalarının tarihi. Minerallerin sınıflandırılması, fiziksel ve kimyasal özellikleri.

özet, 22/04/2010 eklendi


Minerallerin fiziksel özellikleri ve tanısal özellikler olarak kullanımları. Kaya kavramı ve sınıflandırılmasının temel ilkeleri. Maden yataklarının geliştirilmesinde doğanın korunması. Jeolojik bölümlerin derlenmesi.

kontrol çalışması, 16/12/2015 eklendi


Çeşitli jeolojik süreçlerle ilişkili oksitlerin oluşumu: endojen, eksojen ve metamorfik. Arsenolitin fiziksel özellikleri - nadir bir mineral, arsenik oksit. Kimyasal formül, morfolojisi, çeşitleri ve kuvars oluşumu.

sunum, eklendi 02/05/2016


Minerallerin oluşum, paragenez, tipomorfizm ve diğer genetik özelliklerinin tanımı ve anlaşılması. Genetik mineralojinin önemi. Çeşitli jeolojik ve fiziko-kimyasal süreçler sırasında ve yer kabuğunun farklı bölgelerinde minerallerdeki değişiklikler.

malzemeler
elektronik Mühendisliği
2. ders
Doktora, Doç. Maronçuk I.I.

kristalografinin temelleri

GİRİİŞ
Dahil olmak üzere çoğu modern yapısal malzeme
ve kompozit - bunlar kristal maddelerdir. Kristal
düzenli olarak düzenlenmiş atomların bir koleksiyonudur,
kendiliğinden ortaya çıkan düzenli bir yapı oluşturan
etrafındaki düzensiz ortam.
Atomların simetrik dizilişinin nedeni,
kristalin minimum serbest enerjiye eğilimi.
Kristalleşme (kaostan yani bir çözümden düzenin ortaya çıkması,
çifti), örneğin süreçle aynı kaçınılmazlıkla gerçekleşir.
düşen bedenler Buna karşılık, minimum serbest enerjiye ulaşılır
yapıdaki yüzey atomlarının en küçük fraksiyonu ile, bu nedenle
doğru iç atomik yapının dış tezahürü
kristal cisimler, kristallerin yüzeyleridir.
1669'da Danimarkalı bilim adamı N. Stenon, açıların sabitliği yasasını keşfetti:
karşılık gelen kristal yüzler arasındaki açılar sabittir ve
bu maddenin özelliği. Her katı vücut oluşur
etkileşen parçacıklar. Bu parçacıklar, bağlı olarak
maddenin doğası, bireysel atomlar, atom grupları olabilir,
moleküller, iyonlar vb. Buna göre aralarındaki ilişki şöyledir:
atomik (kovalent), moleküler (Van der Wals bağı), iyonik
(polar) ve metalik.

Modern kristalografide dört
bir dereceye kadar birbiriyle bağlantılı olan yönler
diğerleri:
- çeşitli çalışmalar yapan geometrik kristalografi
kristal formları ve simetri yasaları;
- yapısal kristalografi ve kristal kimyası,
atomların uzaysal düzenini inceleyen
kristaller ve kimyasal bileşime bağımlılığı ve
kristal oluşum koşulları;
- içsel etkisini inceleyen kristal fiziği
fiziksel özelliklerine göre kristallerin yapısı;
- inceleyen fiziksel ve kimyasal kristalografi
yapay kristallerin oluşumu ile ilgili sorular.

MEKANSAL KAFESLERİN ANALİZİ
Mekansal bir kafes ve temel kavram
hücre
Vücutların kristal yapısı sorusunu incelerken
Her şeyden önce, net bir anlayışa sahip olmanız gerekir.
terimler: "mekansal kafes" ve "temel
hücre". Bu terimler yalnızca
kristalografi değil, aynı zamanda bir dizi ilgili bilimde de
uzayda nasıl düzenlendiklerinin açıklamaları
kristal gövdelerdeki malzeme parçacıkları.
Bilindiği gibi kristal cisimlerde, aksine
amorf, maddi parçacıklar (atomlar, moleküller,
iyonları) belirli bir sırada düzenlenir,
birbirinden belli bir mesafe.

Bir uzamsal ızgara gösteren bir diyagramdır
uzayda malzeme parçacıklarının düzenlenmesi.
Mekansal kafes (Şekil) aslında şunlardan oluşur:
setler
birebir aynı
paralel yüzler,
Hangi
tamamen, boşluk olmadan, alanı doldurun.
Malzeme parçacıkları genellikle düğümlerde bulunur
kafes - kenarlarının kesişme noktaları.
mekansal kafes

Temel hücredir
en az
paralel uçlu
hangi ile yapabilirsiniz
bütünü inşa et
uzaysal kafes
sürekli aracılığıyla
paralel transferler
(yayınlar) üç
uzay yönleri.
Temel hücre türü
Şek.
Temel hücrenin kenarları olan üç vektör a, b, c,
öteleme vektörleri denir. Mutlak değerleri (a,
b, c) kafes periyotları veya eksenel birimlerdir. içine enjekte
öteleme vektörleri arasındaki dikkate ve açılar - α (arasında
vektörler b, c), β (a, c arasında) ve γ (a, b arasında). Yani
Böylece, bir temel hücre altı nicelikle tanımlanır: üç
periyot değerleri (a, b, c) ve aralarındaki açıların üç değeri
(α, β, γ).

Birim hücre seçim kuralları
Temel bir hücrenin kavramlarını incelerken,
büyüklüğüne ve yönüne dikkat edin
uzamsal kafesteki ötelemeler farklı şekillerde seçilebilir, bu nedenle birim hücrenin şekli ve boyutu
farklı olacak.
Şek. iki boyutlu durum ele alınır. Düz gösterilen
kafes örgü ve Farklı yollar seçim dairesi
temel hücre.
Seçim yöntemleri
temel hücre

XIX yüzyılın ortalarında. Fransız kristalograf O. Brave
bir temel seçmek için aşağıdaki koşulları önerdi
hücreler:
1) temel hücrenin simetrisi aşağıdakilere karşılık gelmelidir
uzaysal kafesin simetrileri;
2) eşit kenarların sayısı ve kenarlar arasındaki eşit açılar
maksimum olmalıdır;
3) kaburgalar arasında dik açıların varlığında, sayıları
maksimum olmalıdır;
4) bu üç koşula bağlı olarak, hacim
temel hücre minimum olmalıdır.
Bu kurallara dayanarak, Bravais var olduğunu kanıtladı.
alınan sadece 14 tip temel hücre
tarafından inşa edildiklerinden, çeviricilerin adı
çeviri - aktarım. Bu ızgaralar birbirinden farklıdır.
diğer yayınların büyüklüğü ve yönü ile ve buradan
temel hücrenin şeklindeki ve sayıdaki fark
malzeme parçacıkları ile düğümler.

İlkel ve karmaşık temel hücreler
Malzeme parçacıklarına sahip düğüm sayısına göre, temel
hücreler ilkel ve karmaşık olarak ikiye ayrılır. AT
ilkel Bravais hücreleri, malzeme parçacıkları
sadece köşelerde, karmaşık olarak - köşelerde ve ayrıca
hücrenin içinde veya yüzeyinde.
Karmaşık hücreler arasında vücut merkezli I,
yüz merkezli F ve taban merkezli C. Şek.
temel Bravais hücreleri gösterilmiştir.
Bravais temel hücreleri: a - ilkel, b -
taban merkezli, c – vücut merkezli, d –
yüz merkezli

Vücut merkezli hücrede ek bir düğüm bulunur.
sadece bu hücreye ait olan hücrenin merkezi, yani
burada iki düğüm var (1/8x8+1 = 2).
Yüz merkezli bir hücrede, malzeme parçacıklarına sahip düğümler
hücrenin köşelerine ek olarak, altı yüzün de merkezindedir.
Bu tür düğümler aynı anda iki hücreye aittir: verilen ve
yanında başka biri. Bu hücrenin payı için, bunların her biri
düğümler 1/2 parçaya aittir. Bu nedenle yüz merkezli
hücrenin dört düğümü olacaktır (1/8x8+1/2x6 = 4).
Benzer şekilde, baz merkezli bir hücrede 2 düğüm vardır.
(1/8х8+1/2х2 = 2) malzeme parçacıkları ile. Temel bilgiler
temel Bravais hücreleri hakkında aşağıda Tablo'da verilmiştir. 1.1.
İlkel Bravais hücresi yalnızca a,b,c çevirilerini içerir
koordinat eksenleri boyunca. Vücut merkezli bir hücrede
uzamsal köşegen boyunca bir öteleme daha eklendi -
hücrenin merkezinde bulunan düğüme. yüz merkezli
a,b,c eksenel ötelemelere ek olarak, ek bir
yüzlerin köşegenleri boyunca ve taban merkezli öteleme -
Z eksenine dik bir yüzün köşegeni boyunca.

Tablo 1.1
İlkel ve karmaşık Bravais hücreleri hakkında temel bilgiler
temel
Izgara tipi Cesur
Sayı Binbaşı
çeviri düğümleri
İlkel R
1
ABC
vücut merkezli 2
evet ben
a,b,c,(a+b+c)/2
[]
yüz merkezli
F
a,b,c,(a+b)/2,(a+c)/2,
(b+c)/2
[]
a,b,c,(a+b)/2
[]
4
Baz merkezli С 2
Temel, koordinatlar kümesi olarak anlaşılır
eksenel olarak ifade edilen minimum düğüm sayısı
birimlerin tamamını yayınlayarak alabileceğiniz
uzaysal ızgara. Temel çift yazılır
köşeli parantez. Çeşitli için temel koordinatlar
Bravais hücre tipleri Tablo 1.1'de verilmiştir.

Bravais temel hücreleri
Şekle bağlı olarak, tüm Bravais hücreleri arasında dağıtılır.
yedi kristal sistemi (sygonies). Kelime
“Syngonia” benzerlik anlamına gelir (Yunanca σύν - “göre,
birlikte, yan yana" ve γωνία - "köşe"). Her bir eş anlamlı
bazı simetri unsurları. Masada. oranlar
kafes periyotları a, b, c ve eksenel açılar α, β, γ arasında
her eş anlamlı
Singonya
triklinik
monoklinik
eşkenar dörtgen
dörtgen
altıgen
arasındaki ilişkiler
kafes periyotları ve açıları
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
eşkenar dörtgen
kübik
a \u003d b \u003d c,
a = b = c,
α = β =γ ≠ 90º
α = β = γ = 90º

Şek. tüm
on dört tip
temel Bravais Hücreleri,
syngonies'de dağıtılır.
Altıgen Bravais hücresi
temsil etmek
taban merkezli
altıgen prizma. Yine de
o sıklıkla tasvir edilir
aksi halde - bir tetrahedral şeklinde
tabanda eşkenar dörtgen olan prizmalar,
birini temsil eden
oluşturan üç prizma
altıgen (şekilde o
katı ile temsil edilir
çizgiler). Böyle bir görüntü
ile ilişkili olmasına rağmen daha kolay ve kullanışlıdır.
ilke ihlali
simetri eşleştirme
(ilk seçim ilkesi
Brava'ya göre temel hücre).

eşkenar dörtgen eş anlamlısı için
temel hücre,
koşulların karşılanması
Cesur, ilkel
a=b=c olan eşkenar dörtgen R ve
α=β=γ≠ 90º. R-cell ile birlikte
eşkenar dörtgeni tanımlamak için
kullanılan yapılar ve
altıgen hücre,
eşkenar dörtgenden beri
hücre her zaman azaltılabilir
altıgen (şek.) ve
üç olarak hayal et
ilkel altıgen
hücreler. Bu bağlamda,
eşkenar dörtgen edebiyat
syngony bazen ayrı değil
üç ilkel
düşünmek, sunmak, onu
altıgen Hücreler,
çeşit olarak
eşkenar dörtgen ile eşdeğer
altıgen.

arasında aynı oranlarda eş anlamlılık kabul edilir.
Tek bir kategoride birleştirmek için eksenel birimler. Bu yüzden
triklinik, monoklinik ve rombik sistemler
en düşük kategoride (a≠b≠c), dörtgen,
altıgen (ve türevi eşkenar dörtgen) - içinde
orta (a=b≠c), en yüksek kategori (a=b=c)
kübik sistem.
Koordinasyon sayısı kavramı
Karmaşık hücrelerde, malzeme parçacıkları daha fazla istiflenir.
ilkel olanlardan daha yoğun, hacmi daha tam olarak doldurun
hücreler birbirine daha bağlıdır. Karakterize etmek
Bu, koordinasyon sayısı kavramını tanıtır.
Belirli bir atomun koordinasyon sayısı sayıdır.
en yakın komşu atomlar hakkında ise
iyonun koordinasyon numarası, ardından sayı
zıt işaretin kendisine en yakın iyonları. Daha fazla
koordinasyon sayısı, atom sayısı daha fazla olanlar veya
iyonlar bağlı olarak verilir, parçacıklar tarafından daha fazla yer kaplarsa,
daha kompakt kafes.

Metallerin uzaysal kafesleri
Metaller arasında en yaygın olanı uzamsaldır.
kafesler nispeten basittir. Çoğunlukla eşleşirler
çeviri ızgaraları ile Bravais: kübik
vücut merkezli ve yüz merkezli. Bunların düğüm noktalarında
kafesler metal atomlarıdır. kafeste
vücut merkezli küp (bcc - kafes) her atom
en yakın sekiz komşuyla çevrili ve koordinasyon
CC sayısı \u003d 8. Metallerin bcc kafesi vardır: -Fe, Li, Na, K, V,
Cr, Ta, W, Mo, Nb, vb.
Yüz merkezli bir küpün kafesinde (fcc - kafesler) KN = 12:
hücrenin tepesinde bulunan herhangi bir atom
atom olan en yakın on iki komşu,
kenarların ortasında bulunur. FCC kafesi metallere sahiptir:
Al, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Pt, Pb, vb.
Bu ikisi ile birlikte metaller arasında (Be, Mg, Sc, -Ti, -Co,
Zn, Y, Zr, Re, Os, Tl, Cd vb.) altıgen de vardır
kompakt. Bu kafes bir öteleme kafesi değil
Brava, çünkü basit yayınlarla anlatılamaz.

Şek. altıgenin birim hücresi
kompakt kafes. Birim hücre altıgen
kompakt kafes bir altıgendir
prizma, ancak çoğu zaman şeklinde tasvir edilir
tabanı eşkenar dörtgen olan bir tetrahedral prizma
(a=b) γ = 120° açısı ile. Atomlar (Şekil b) köşelerde bulunur
ve oluşan iki üçyüzlü prizmadan birinin merkezinde
temel hücre. Bir hücrenin iki atomu vardır: 1/8x8 + 1
=2, temeli []'dir.
Birim hücre yüksekliği c'nin a mesafesine oranı, yani.
c/a 1,633'e eşittir; farklı maddeler için c ve a dönemleri
farklı.
altıgen
kompakt kafes:
a - altıgen
prizma, b -
dört yüzlü
prizma.

KRİSTALLOGRAFİK ENDEKSLER
Düzlemin kristalografik indeksleri
Kristalografide genellikle karşılıklı
bireysel kristal düzlemlerin düzenlenmesi,
kullanmanın uygun olduğu yönler
kristalografik indeksler. kristalografik
endeksler uçağın yeri hakkında bir fikir verir
veya bir koordinat sistemine göre yönler. saat
dikdörtgen veya eğik olması önemli değil
koordinat sistemi, aynı veya farklı ölçek
koordinat eksenleri boyunca bölümler. Bir dizi hayal et
Aynı düzlemden geçen paralel düzlemler
uzaysal kafes düğümleri. Bu uçaklar
birbirinden aynı uzaklıkta bulunan ve
paralel düzlemler ailesi oluşturur. Bunlar
uzayda eşit olarak yönlendirilmiş ve bu nedenle
aynı indekslere sahiptir.

Bu aileden bir uçak seçiyoruz ve
uçağın sahip olduğu segmentleri dikkate alıyoruz.
koordinat eksenleri boyunca klipsler (koordinat eksenleri x,
y, z genellikle temelin kenarlarıyla birleştirilir
hücreler, her eksendeki ölçek eşittir
karşılık gelen eksenel birim - periyot a veya b,
veya c). Segmentlerin değerleri eksenel olarak ifade edilir
birimler.
Düzlemin kristalografik indeksleri (endeksler
Miller) en küçük üç tam sayıdır,
eksen sayısı ile ters orantılı olan
koordinatta düzlem tarafından kesilen birimler
eksenler.
Düzlem indeksleri h, k, l harfleriyle gösterilir,
arka arkaya yazılır ve turda sonuçlandırılır
parantez-(hkl).

Endeksler (hkl), ailenin tüm düzlemlerini karakterize eder.
paralel düzlemler. Bu sembol şu anlama gelir
paralel düzlemler ailesi eksenel düzlemi keser
birim x ekseni boyunca h parçalarına, y ekseni boyunca k'ye
parçalar ve z ekseni boyunca l parçalara.
Bu durumda koordinatların orijine en yakın düzlem,
koordinat eksenlerinde (x ekseni boyunca) 1/h segmentlerini keser,
1/k (y ekseni boyunca), 1/l (z ekseni boyunca).
Kristalografik indeksleri bulma sırası
yüzeyleri.
1. Uçak tarafından kesilen segmentleri üzerinde buluyoruz.
koordinat eksenleri, eksenel birimlerde ölçün.
2. Bu miktarların karşılıklı değerlerini alıyoruz.
3. Elde edilen sayıların orana oranını veriyoruz
en küçük üç tam sayı
4. Ortaya çıkan üç sayı parantez içine alınır.

Örnek. kesen düzlemin indislerini bulunuz.
eksenleri aşağıdaki segmentleri koordine eder: 1/2; 1/4; 1/4.
Segmentlerin uzunlukları eksenel birimlerle ifade edildiğinden,
1/h=1/2'ye sahibiz; 1/k=1/4; 1/l=1/4.
Karşılıklıları bulun ve oranlarını alın
s:k:l = 2:4:4.
İkiye indirerek, elde edilen miktarların oranını sunuyoruz.
en küçük üç tam sayının oranına: h: k: l = 1: 2:
2. Düzlem indeksleri parantez içinde yazılır
arka arkaya, virgül olmadan - (122). ayrı ayrı okunur
"bir, iki, iki".
Düzlem kristalografik eksenle kesişirse
negatif yön, karşılık gelenin üzerinde
eksi işareti indeksin üzerine yerleştirilir. eğer uçak
herhangi bir koordinat eksenine paraleldir, ardından sembolde
bu eksene karşılık gelen düzlem indeksi sıfırdır.
Örneğin, (hko) sembolü, uçağın
sonsuzda z eksenini ve düzlem indeksini keser
bu eksen boyunca 1/∞ = 0 olacaktır.

Her eksende eşit sayıda kırpılan düzlemler
eksenel birimler (111) olarak gösterilir. küp şeklinde
onların eş anlamlılarına oktahedronun düzlemleri denir, çünkü sistem
bu düzlemler, orijinden eşit uzaklıkta,
bir oktahedron oluşturur - oktahedron incir.
oktahedron

İki eksen boyunca eşit sayıda eksen kesen düzlemler
birimler ve üçüncü bir eksene paralel (z ekseni gibi)
(110) ile gösterilir. Kübik sentezde, benzer
düzlemlere eşkenar dörtgen dodekahedron düzlemleri denir,
Yani
nasıl
sistem
yüzeyleri
tip
(110)
formlar
dodecahedron (dodeca - on iki), her yüz
hangi bir eşkenar dörtgen incir.
eşkenar dörtgen
on iki yüzlü

Bir ekseni kesen ve iki eksene paralel olan düzlemler
diğerleri (örneğin, y ve z eksenleri), - (100) ve
kübik eşzamanlılıkta küpün düzlemleri denir, yani
benzer düzlemlerden oluşan bir sistem bir küp oluşturur.
İnşaatla ilgili çeşitli problemleri çözerken
düzlemlerin birim hücresi, koordinat sistemi
istenen düzlemin seçilmesi tavsiye edilir
belirli bir temel hücrede bulunur. Örneğin,
(211) düzlemini kübik bir hücrede oluştururken, başlangıç
koordinatlar uygun bir şekilde O düğümünden O' düğümüne aktarılabilir.
Küp düzlem (211)

Bazen düzlem indeksler kaşlı ayraçlarla yazılır.
(hkl) Bu girdi, özdeş kümenin sembolü anlamına gelir.
yüzeyleri. Bu tür uçaklar aynı düğümlerden geçer
simetrik olarak yerleştirilmiş bir uzaysal kafes içinde
Uzay
ve
karakterize
aynısı
düzlemler arası boşluk.
Kübik eş anlamlıdaki oktahedronun düzlemleri,
bir set (111), oktahedronun yüzlerini temsil ederler ve
aşağıdaki indekslere sahiptir: (111) →(111), (111), (111), (111),
(111), (111), (111), (111).
Tüm takımyıldız düzlemlerinin sembolleri şu şekilde bulunur:
bireyin işaretlerindeki permütasyonlar ve değişiklikler
indeksler.
Eşkenar dörtgen bir dodekahedron düzlemleri için, gösterim
ayarla: (110) → (110), (110), (110),
(110), (101), (101), (101), (101), (011), (011), (011), (011).

DÜĞÜMÜN KRİSTALLOGRAFİK ENDEKSİ
Bir düğümün kristalografik indeksleri onun
eksenel birimlerin kesirlerinde alınan ve yazılan koordinatlar
çift ​​köşeli parantez. Bu durumda koordinat
x eksenine karşılık gelen, genellikle harfle gösterilir
u, y ekseni için - v, z ekseni için - w. Düğüm sembolü benziyor
[]. Temel hücredeki bazı düğümlerin sembolleri
Şek.
içindeki bazı düğümler
temel hücre
(Bazen bir düğüm belirtilir
nasıl [])

Kristalografik yön indeksleri
Tüm paralel yönlerin olduğu bir kristalde
birbirinin aynısı, geçen yön
koordinatların kökeni, verilen tüm aileyi karakterize eder
paralel yönler.
Durum
içinde
Uzay
talimatlar,
orijinden geçerek belirlenir
bunun üzerinde yatan herhangi bir düğümün koordinatları
yön.
koordinatlar
hiç
düğüm,
sahip olunan
eksenel birimlerin kesirlerinde ifade edilen yön ve
en küçük üç tam sayının oranına indirgenir
sayılar,
ve
var
kristalografik
endeksler
talimatlar. u, v, w tam sayıları ile gösterilirler.
ve köşeli parantez içinde birlikte yazılır.

Yön İndekslerini Bulma Sırası
1. Paralel yönler ailesinden,
orijinden geçen veya
bu yönü kendine paralel hareket ettir
kendinizi orijine taşıyın veya orijini taşıyın
verilen yönde uzanan bir düğüme koordinatlar.
2. Ait olduğu herhangi bir düğümün koordinatlarını bulun
verilen yön, bunları eksenel birimlerde ifade eder.
3. Düğümün koordinatlarının oranını alın ve
en küçük tam sayıların oranı.
4. Ortaya çıkan üç sayıyı kare olarak sonuçlandırın
parantez.
Kübik kafesteki en önemli yönler ve bunların
indeksler şekil 2'de sunulmuştur.

Kübik bir kafes içinde bazı yönler

KRİSTAL VE POLAR KAVRAMI
KOMPLEKS
Kristalografik projeksiyon yöntemi,
kristallerin karakteristik özelliklerinden biri - yasa
açı sabitliği: belirli yüzler arasındaki açılar ve
kristalin kenarları her zaman sabittir.
Böylece kristal büyüdüğünde, yüzlerin boyutları değişir,
şekil, ancak açılar aynı kalır. Bu nedenle,
kristal, tüm kenarları ve yüzleri paralel olarak hareket ettirebilirsiniz
uzayda bir noktada kendimize; köşe
oran korunur.
Çok
bütünlük
yüzeyleri
ve
talimatlar,
kristaldeki düzlemlere ve yönlere paralel ve
bir noktadan geçen denir
kristal kompleksi ve noktanın kendisine denir
merkez
karmaşık.
saat
bina
kristalografik izdüşümler kristal her zaman yerini alır
kristal kompleks.

Daha sıklıkla, kristal bir kompleks düşünülmez, ancak
polar (ters).
Kristalden elde edilen polar kompleks
(doğrudan) uçakları normalleriyle değiştirerek ve
yönler - onlara dik düzlemler.
a
b
Küp (a), kristalin (b) ve
kutup kompleksi (c)
içinde

KRİSTALİN POLİHEDRONLARIN SİMETRİSİ
(SÜREKLİ SİMETRİ)
SİMETRİ KAVRAMI
Kristaller doğada kristal halde bulunurlar.
çokyüzlü. Farklı maddelerin kristalleri farklıdır
biçimleriyle birbirlerinden Kaya tuzu küplerdir;
kaya kristali - işaret edilen altıgen prizmalar
biter; elmas - çoğu zaman normal oktahedronlar
(oktahedra); granat kristalleri - dodekahedronlar (Şek.).
Bu tür kristaller simetriktir.

karakteristik
özellik
kristaller
dır-dir
özelliklerinin anizotropisi: farklı yönlerde
farklı, ancak paralel yönlerde aynı ve
simetrik yönlerde de aynıdır.
Kristaller her zaman düzenli bir şekle sahip değildir.
çokyüzlü.
Gerçek büyüme koşulları altında,
serbest büyüme simetrik yüzlerde zorluk
düzensiz ve doğru dış şekil geliştirmek
başarısız olabilir, ancak doğru dahili
yapı tamamen korunmuş ve ayrıca
fiziksel özelliklerin simetrisi korunur.
Yunanca "simetri" kelimesi orantılılık anlamına gelir.
Simetrik bir şekil, eşit, özdeş
parçalar. Simetri, cisimlerin veya
bireysel parçaları birbiriyle birleştirmek için geometrik şekiller
bazı simetrik dönüşümler altında başka.
Yardımı ile ayarlanmış geometrik görüntüler ve
adı verilen simetrik dönüşümler gerçekleştirilir.
simetri öğeleri.

Kristalin dış yüzeyinin simetrisi göz önüne alındığında,
kristal
Çarşamba
Sunmak
kendin
nasıl
sürekli, sürekli, sözde süreklilik (içinde
Latince'den Rusça'ya çevrilmiş - sürekli anlamına gelir,
sağlam). Böyle bir ortamda tüm noktalar tamamen aynıdır.
Sürekliliğin simetri öğeleri, dış ortamı tanımlar.
kristal bir polihedron şekli, bu yüzden hala
makroskopik simetri elemanları denir.
Aslında
aynı
kristal
Çarşamba
dır-dir
ayrık. Kristaller bireysel parçacıklardan oluşur
(atomlar, iyonlar, moleküller) bulunur.
Uzay
içinde
biçim
Sonsuza kadar
uzanan
uzaysal ızgaralar. aranjmanda simetri
Bu parçacıkların sayısı, dıştaki simetriden daha karmaşık ve daha zengindir.
kristal polihedra formları. Bu nedenle, birlikte
süreklilik
düşünülen
ve
süreksizlik
-
malzeme parçacıklarının ayrık, gerçek yapısı
adı verilen simetri elemanları ile
mikroskobik simetri elemanları.

simetri unsurları
AT
kristal
çokyüzlü
tanışmak
basit
elementler
simetri
(merkez
simetri,
simetri düzlemi, döner eksen) ve karmaşık eleman
simetri (inversiyon ekseni).
Simetri merkezi (veya ters çevirme merkezi) - tekil nokta
şeklin içinde, herhangi bir noktaya yansıdığında
şeklin kendisine bir eşdeğeri vardır, yani her iki nokta da
(örneğin, bir çift köşe) aynı düz çizgide bulunur,
simetri merkezinden geçen ve eşit uzaklıkta
o. Bir simetri merkezinin varlığında, her yüz
uzaysal
rakamlar
sahip
paralel
ve
zıt yönlü yüz, her kenar
eşit, eşit, paralel ama
karşı kenar. Bu nedenle merkez
simetri ayna noktası gibidir.

Bir simetri düzlemi, bir düzlemdir.
şekli, her biri bulunan iki parçaya böler
bir nesne olarak bir arkadaşa ve onun aynadaki yansımasına göre,
yani, iki ayna eşit parçaya
simetri düzlemleri - Р (eski) ve m (uluslararası).
Grafiksel olarak, simetri düzlemi bir katı ile gösterilir.
astar. Bir rakam bir veya daha fazla olabilir
simetri düzlemleri ve hepsi birbiriyle kesişiyor
arkadaş. Bir küpün dokuz simetri düzlemi vardır.

Pivot ekseni dönerken çok düz
hangi, belirli bir açıda, şekil
kendisiyle birleşir. dönme açısı
döner eksen n'nin sırasını belirler, bu
rakamın kendisi ile kaç kez birleştirileceğini gösterir
bu eksen etrafında tam bir dönüşle (360 °):
izole geometrik şekiller mümkün
herhangi bir düzende simetri eksenleri, ancak kristal
çokyüzlü, eksen sırası sınırlıdır, sahip olabilir
yalnızca aşağıdaki değerler: n= 1, 2, 3, 4, 6.
kristal
çokyüzlü
imkansız
eksenler
altıncının beşinci ve daha yüksek derecelerinin simetrileri. takip ediyor
kristal ortamın sürekliliği ilkesinden.
Simetri ekseni tanımlamaları: eski - Ln (L1, L2, L3, L4, L6)
ve
Uluslararası
Arapça
sayılar,
döner eksenin (1, 2, 3, 4, 6) sırasına karşılık gelir.

grafiksel olarak
döner
çokgenler:
eksenler
tasvir

Bir simetri sınıfı kavramı
Her kristal polihedron bir sete sahiptir.
simetri öğeleri. Birbirleriyle birleşen unsurlar,
bir kristalin simetrileri mutlaka kesişir ve aynı zamanda
yeni simetri elemanlarının ortaya çıkması mümkündür.
Kristalografide aşağıdaki teoremler kanıtlanmıştır:
simetri elemanlarının eklenmesi:
1. İki simetri düzleminin kesişme çizgisi eksendir.
dönme açısının açının iki katı olduğu simetri
uçaklar arasında.
2. İki simetri ekseninin kesişme noktasından geçer
üçüncü simetri ekseni.
3. İçinde
puan
kavşaklar
uçak
simetri
İle birlikte
ona dik eşit düzen simetri ekseni
bir simetri merkezi belirir.
4. Ana eksene dik olan ikinci dereceden eksenlerin sayısı
yüksek dereceden simetri eksenleri (üçüncü, dördüncü,
altıncı) ana eksenin sırasına eşittir.

5. Kesişen simetri düzlemlerinin sayısı
bu eksenin sırasına eşit, daha yüksek mertebeden ana eksen.
Simetri elemanlarının birbirleriyle kombinasyonlarının sayısı
kristallerde kesinlikle sınırlıdır. Hepsi mümkün
kristallerdeki simetri elemanlarının kombinasyonları türetilir
teoremleri dikkate alarak kesinlikle matematiksel
simetri elemanlarının eklenmesi.
İçerdiği eksiksiz bir simetri elemanları seti
verilen kristal, simetri sınıfı olarak adlandırılır.
Titiz matematiksel türetme, tüm
mümkün
için
kristal
çokyüzlü
kombinasyonlar
elementler
simetri
yorgun
otuz iki simetri sınıfı.

Mekansal kafes ve elemanlar arasındaki ilişki
simetri
Belirli simetri öğelerinin varlığı,
geometri
uzaysal
ızgaralar,
heybetli
belirli
şartlar
üzerinde
karşılıklı
yer
koordinat eksenleri ve eksenel birimlerin eşitliği.
Mevcut Genel kurallar koordinat eksenlerinin seçimi,
kristal simetri elemanları kümesini dikkate alarak.
1. Koordinat eksenleri özel veya tek ile birleştirilir.
talimatlar,
tekrarlamayan
içinde
kristal
döner veya ters çevirme eksenleri, bunun için
eksenin sırası birden büyüktür ve düzlemin normalleri
simetri.
2. Kristalde sadece bir özel yön varsa, onunla birlikte
koordinat eksenlerinden birini, genellikle Z eksenini birleştirir.
diğer eksenler dik bir düzlemde bulunur
kristalin kenarlarına paralel özel yön.
3. Özel yönlerin yokluğunda, koordinat eksenleri
aynı düzlemde olmayan üçe paralel seçilir
kristalin kenarları.

Bu kurallara dayanarak, yedisini de alabilirsiniz.
kristal sistemler veya syngonies. Onlar farklı
a, b, c ve ölçek birimlerinin oranı ile birbirinden
eksen açıları. Üç olasılık: a b c, a=b c, a=b=c
izin vermek
dağıtmak
tüm
kristalografik
alt, orta ve üst olmak üzere üç kategoride koordinat sistemleri (eş anlamlı).
Her kategori, belirli öğelerin varlığı ile karakterize edilir.
simetri öğeleri. Yani, en düşük kategorideki kristaller için
daha yüksek dereceli eksenler yoktur, yani eksen 3, 4 ve 6, ancak olabilir
ikinci dereceden eksenler, düzlemler ve simetri merkezi.
Orta kategorideki kristaller daha yüksek bir eksene sahiptir.
düzen ve ikinci dereceden eksenler de olabilir, düzlemler
simetri, simetri merkezi.
En simetrik kristaller en yüksek kristallere aittir.
kategoriler. Birkaç yüksek dereceli eksenleri var
(üçüncü ve dördüncü), ikinci dereceden eksenler olabilir,
düzlem ve simetri merkezi. Ancak aks yok
altıncı sıra.

Süreksizliğin simetrisi ve uzamsallık kavramı
grup
kullanılabilirlik
32
sınıflar
simetri
kristal
çokyüzlü, tüm dış
kristal formlar simetri yasalarına uyar.
Kristallerin iç yapısının simetrisi, aranjman
kristallerin içindeki parçacıklar (atomlar, iyonlar, moleküller)
kristallerin dış şekli nedeniyle daha zor olabilir
sınırlı ve kristal kafes uzanır
uzayın her yönünde sonsuz.
Kristallerdeki parçacıkların düzenlenmesi yasaları şöyleydi:
büyük Rus kristalografı E.S.
1891'de Fedorov. 230 yol buldular
uzaysal bir kafes içinde parçacıkların düzenlenmesi - 230
uzay simetri grupları.

Mekansal kafeslerin simetri unsurları
Yukarıda açıklanan simetri elemanlarına ek olarak (merkez
simetri,
uçak
simetri,
döner
ve
ters çevirme eksenleri), ayrı bir ortamda, diğer
elementler
simetri,
ilişkili
İle birlikte
sonsuzluk
uzaysal kafes ve periyodik tekrar
parçacıkların düzeninde.
Yalnızca doğasında var olan yeni simetri türlerini düşünün.
indirim. Üç tane var: öteleme, kayan düzlem
yansımalar ve sarmal eksen.
Çeviri, tüm parçacıkların paralel olarak aktarılmasıdır.
yönler aynı yöne aynı yöne
boyut.
Çeviri basit bir simetri unsurudur,
her uzamsal kafesin doğasında vardır.

Bir simetri düzlemi ile öteleme kombinasyonu
otlayan bir yansıma düzleminin görünümüne yol açar,
bir döner eksen ile öteleme kombinasyonu oluşturur
vidalı aks.
Kayma yansıma düzlemi veya düzlem
kayma böyle bir düzlemdir, yansıtıldığında
aynada olduğu gibi, ardından çeviri boyunca
miktarına göre, belirli bir düzlemde yatan yön
belirli bir kimlik süresinin yarısına eşit
yönler, vücudun tüm noktaları birleştirilir. altında dönem
kimlik, daha önce olduğu gibi, mesafeyi anlayacağız
bir yöndeki noktalar arasında (örneğin,
Birim hücrede a, b, c periyotları periyottur
X, Y, Z koordinat eksenleri boyunca kimlik.

Helisel eksen, etrafındaki dönüşün olduğu düz bir çizgidir.
bazı
köşe,
karşılık gelen
emir
eksenler,
İle birlikte
eksen boyunca müteakip öteleme
kimlik periyodu t, cismin noktalarını birleştirir.
Genel biçimde sarmal eksenin tanımı nS'dir, burada n
döner eksenin sırasını karakterize eder (n=1, 2, 3, 4, 6) ve
St/n, eksen boyunca öteleme miktarıdır. Aynı zamanda, S S=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Yani, ikinci derecenin sarmal ekseni için
üçüncünün sarmal ekseni için öteleme t/2'dir
en küçük transferin sırası t/3.
İkinci derecenin sarmal ekseninin tanımı 21 olacaktır.
Parçacıkların kombinasyonu, eksen etrafında döndükten sonra oluşacaktır.
180° ve ardından yön boyunca öteleme,
eksene paralel, t/2.
Üçüncü derecenin sarmal ekseninin tanımı 31 olacaktır.
Ancak, en küçüğün katı olan bir ötelemeli eksenler mümkündür.
Bu nedenle, 2t/3 ötelemeli bir sarmal eksen 32 mümkündür.

Eksen 31 ve 32, eksen etrafında 120° dönüş anlamına gelir
saat yönünde ve ardından bir vardiya. bu vida
eksenler sağ olarak adlandırılır. bir dönüş yapılırsa
saat yönünün tersine, sonra simetrinin merkez eksenleri
sol denir. Bu durumda, sağdaki eksen 31'in hareketi
32 sol ve 32 sağ eksenin hareketiyle aynı - 31
ayrıldı.
Helisel simetri eksenleri de düşünülebilir
dördüncü ve altıncı sıralar: eksen 41 ve 43 eksen 61 ve 65, 62
ve 64. sağ ve sol olabilir. 21, 42 ve eksenlerin hareketi
63, eksen etrafındaki dönüş yönünün seçimine bağlı değildir.
Bu yüzden
onlar
vardır
doğal.
koşullu
sarmal simetri eksenlerinin tanımları:

Simetri uzay grubu notasyonu
Boşluk grubu sembolü, tam
kristal yapının simetrisi hakkında bilgi. Üzerinde
boşluk grubu sembolünde ilk sıraya konur
Bravais kafesinin türünü karakterize eden harf: P ilkel,
İTİBAREN
taban merkezli,
ben
vücut merkezli, F - yüz merkezli. AT
eşkenar dörtgen eş anlamlısı R harfini ilk sıraya koydu.
Ardından bir, iki veya üç sayı veya harf gelir,
belirten
elementler
simetri
içinde
ana
nasıl yapıldığına benzer şekilde talimatlar
simetri sınıfının gösterimini hazırlamak.
Ana yönlerden herhangi birinde yapıda ise
her iki simetri düzlemi ve
simetri eksenleri, düzlemlere tercih edilir
simetri ve boşluk grubu sembolüne
simetri düzlemleri yazılır.

Birden fazla eksen varsa, tercih edilir
basit eksenler - döner ve ters çevirme, çünkü
simetri simetriden daha yüksektir
vidalı akslar.
Bir boşluk grubu sembolüne sahip olmak, kolayca
Bravais kafesinin türünü, hücrenin uyumunu, elementleri belirleyin
ana yönlerde simetri. Evet, uzaysal
grup P42/mnm (Fedorov ditetragonal dipiramidal grupları
tür
simetri,
135
Grup)
tetragonaldeki ilkel Bravais hücresini karakterize eder.
syngony (dördüncü dereceden sarmal eksen 42 belirler
tetragonal eş anlamlılık).
Ana yönler aşağıdaki gibidir:
simetri öğeleri. Yönlü - Z ekseni
dik olan sarmal eksen 42 ile çakışmaktadır.
simetri m. ve yönlerinde (X ve Y eksenleri)
n tipindeki sıyırma yansıma düzlemi,
yön simetri düzlemini geçer m.

Kristal cisimlerin yapısındaki kusurlar
Vücut kusurları dinamik olarak ayrılır
(geçici) ve statik (kalıcı).
1. Dinamik kusurlar şu durumlarda ortaya çıkar:
mekanik, termal, elektromanyetik
kristal üzerindeki etkisi.
Bunlar fononları içerir - zaman bozulmaları
termal kaynaklı kafes düzenliliği
atomların hareketi.
2. Statik kusurlar
Nokta ve genişletilmiş kusurları ayırt edin
vücut yapıları.

Nokta Kusurları: Boş Kafes Siteleri
(boş pozisyonlar); bir atomun bir düğümden bir aralığa yer değiştirmesi;
kafes içine yabancı bir atom veya iyonun sokulması.
Genişletilmiş kusurlar: çıkıklar (kenar ve
vida), gözenekler, çatlaklar, tane sınırları,
başka bir fazın mikro inklüzyonları. Bazı kusurlar gösteriliyor
görüntü üzerinde.

Temel özellikler
malzemeler

Ana özellikler şunlardır: mekanik, termal,
elektriksel, manyetik ve teknolojik ve bunların yanı sıra
korozyon direnci.
Malzemelerin mekanik özellikleri, bunların olasılığını karakterize eder.
maruz kalan ürünlerde kullanılması
mekanik yükler. Bu tür özelliklerin ana göstergeleri
mukavemet ve sertlik parametreleri olarak hizmet eder. Onlar sadece bağlı değil
malzemelerin doğası değil, aynı zamanda şekil, boyut ve durum
numunelerin yüzeyinin yanı sıra test modları, her şeyden önce,
yükleme hızı, sıcaklık, medyaya maruz kalma ve diğer
faktörler.
Mukavemet, malzemelerin kırılmaya direnme özelliğidir ve
ayrıca, etkisi altında numunenin şeklinde geri dönüşü olmayan bir değişiklik
dış yükler.
Çekme mukavemeti - maksimuma karşılık gelen stres
(numunenin imha edildiği anda) yükün değerine. Davranış
orijinal alana numuneye etki eden en büyük kuvvet
kesitine kırılma gerilimi denir ve
σv'yi gösterir.

Deformasyon, parçacıkların göreli düzenindeki bir değişikliktir.
malzeme. En basit türleri çekme, sıkıştırma, bükme,
çevirmek, kaydırmak. Deformasyon - örneğin şekli ve boyutunda bir değişiklik
deformasyon sonucu.
Deformasyon parametreleri – bağıl uzama ε = (l– l0)/l0 (burada
l0 ve l, numunenin orijinal ve deformasyon uzunluklarından sonraki uzunluklarıdır), kayma açısı
bir noktadan çıkan ışınlar arasındaki dik açıdaki değişim
örnek, deforme olduğunda. deformasyona elastik denir
Yükün kaldırılmasından sonra veya plastik değilse kaybolur
kaybolur (geri döndürülemez). Malzemelerin plastik özellikleri
küçük deformasyonlar genellikle ihmal edilir.
Elastik sınır, artık deformasyonların (örn.
e. numunenin boşaltılması sırasında tespit edilen deformasyonlar)
özellikler tarafından belirlenen değer. Genellikle kabul
artık deformasyon %10–3 ÷ %10–2'dir. Elastik limit σу
malzemenin elastik deformasyon alanını sınırlar.
Malzemelerin esnekliğinin bir özelliği olarak modül kavramı ortaya çıktı.
deformasyonu doğrusal olan ideal elastik cisimler göz önüne alındığında
gerilime bağlıdır. Basit germe (sıkıştırma) ile
σ = E
burada E, Young modülü veya boyuna esneklik modülüdür;
malzemelerin elastik deformasyona karşı direncini karakterize eder (çekme, sıkıştırma); ε bağıl gerinimdir.

Malzemeyi kesme yönünde ve buna normal olarak keserken
sadece teğetsel gerilmeler
burada G, malzemenin esnekliğini karakterize eden kesme modülüdür.
hacmi sabit kalan numunenin şeklini değiştirmek; γ açıdır
vardiya.
Malzemede her yöne çepeçevre sıkıştırma ile,
normal voltaj
burada K, karakterize eden toplu elastikiyet modülüdür
numune hacmi değişikliğine karşı malzeme direnci,
şeklinde bir değişiklik eşliğinde; ∆ - akraba
toplu sıkıştırma
Malzemelerin esnekliğini karakterize eden sabit bir değer
tek eksenli gerilim, Poisson oranıdır:
burada ε' bağıl enine sıkıştırmadır; ε - göreceli
numunenin uzunlamasına uzaması.

Sertlik, malzemelerin mekanik bir özelliğidir,
güçlerini, sünekliklerini ve ayrıca
numunelerin yüzey tabakasının özellikleri. kendini ifade ediyor
yerel plastiğe karşı malzeme direnci
fazla olduğunda meydana gelen deformasyon
katı gövde - girinti. Girintiyi numuneye bastırmak
baskının boyutlarının sonraki ölçümü ana
malzemelerin sertliğini değerlendirmede teknolojik yöntem. AT
yük uygulamasının özelliklerine bağlı olarak, tasarım
girintiler ve sertlik numaralarının belirlenmesi yöntemleri ayırt eder
Brinell, Rockwell, Vickers, Sahil. Ölçüm yaparken
numune yüzeyinde GOST 9450-76'ya göre mikrosertlik
önemsiz derinlikte izler kalır, bu nedenle
Yöntem, numuneler folyo şeklinde yapıldığında kullanılır,
filmler, küçük kalınlıkta kaplamalar. belirleme yöntemi
plastik sertlik numuneye girintidir
sıralı uygulama ile küresel uç
çeşitli yükler.

Korozyon, değişen özelliklerin, hasarın fiziksel ve kimyasal bir sürecidir.
bileşenlerine geçişi nedeniyle malzemelerin yapısı ve tahribatı
çevresel bileşenlere sahip kimyasal bileşikler. Altında
Korozyon hasarı, herhangi bir yapısal kusuru ifade eder.
korozyondan kaynaklanan malzeme. eğer mekanik
etkiler malzemelerin korozyonunu hızlandırır ve korozyon onları kolaylaştırır
mekanik yıkım, bir korozyon-mekanik var
malzeme hasarı. Korozyon nedeniyle malzeme kayıpları ve maliyetler
makine ve teçhizatın bundan korunması sürekli artıyor
insan üretim faaliyetinin yoğunlaşması nedeniyle ve
üretim atıkları ile çevre kirliliği.
Malzemelerin korozyona karşı direnci çoğunlukla şu şekilde karakterize edilir:
korozyon direnci parametresini kullanarak - değer, karşılıklı
Belirli bir korozyon sistemindeki malzemenin teknik korozyon hızı.
Bu özelliğin koşulluluğu, bunun için geçerli olmaması gerçeğinde yatmaktadır.
malzeme, ancak korozyon sistemine. Malzemenin korozyon direnci
korozyon sisteminin diğer parametreleri değiştirilmeden değiştirilemez.
Korozyon koruması, korozyonun bir modifikasyonudur.
sistem, malzemenin korozyon hızında bir azalmaya yol açar.

Sıcaklık özellikleri.
Isı direnci - malzemelerin tutma veya hafifçe tutma özelliği
yüksek sıcaklıklarda mekanik parametreleri değiştirin. Mülk
metaller, yüksek sıcaklıklarda gazların aşındırıcı etkilerine direnir.
sıcaklıklara ısı direnci denir. özellik olarak
eriyebilir malzemelerin ısı direnci kullanım sıcaklığı
yumuşatma.
Isı direnci - malzemelerin uzun süre dayanma özelliği
yüksek sıcaklıklarda deformasyon ve kırılma. BT
kullanılan malzemelerin en önemli özelliği
sıcaklıklar T > 0.3 Tm. Bu tür durumlar motorlarda meydana gelir.
içten yanmalı, buhar santralleri, gaz türbinleri,
metalurjik fırınlar, vb.
Düşük sıcaklıklarda (teknolojide - 0'dan -269 ° C'ye kadar) artar
malzemelerin statik ve döngüsel mukavemetleri,
süneklik ve tokluk, kırılgan kırılmaya karşı artan duyarlılık.
Soğuk kırılganlık - malzemelerin kırılganlığında bir azalma ile bir artış
sıcaklık. Bir malzemenin gevrek kırılma eğilimi şu şekilde belirlenir:
indirirken çentikli numunelerin darbe testlerinin sonuçlarına göre
sıcaklık.

Malzemelerin termal genleşmesi boyutsal değişim ile kaydedilir
ve sıcaklık değiştiğinde numunelerin şekli. Gazlar için,
sıvılar için ısıtıldığında parçacıkların kinetik enerjisinde bir artış
ve katı malzemeler termal asimetri ile ilişkilidir.
atomlar arası mesafelerin artması nedeniyle atomların titreşimleri
sıcaklıklar artar.
Nicel olarak, malzemelerin termal genleşmesi şu şekilde karakterize edilir:
hacim genişleme sıcaklık katsayısı:
ve katı malzemeler - ve lineerin sıcaklık katsayısı
uzantılar (TKLR):
- doğrusal boyuttaki değişiklikler, numunelerin hacmi ve
sıcaklık (sırasıyla).
Endeks ξ, termal genleşme koşullarını belirlemeye yarar (genellikle -
sabit basınçta).
Deneysel olarak, αV ve α, çalışmaları yapan dilatometri ile belirlenir.
dış faktörlerin etkisi altında vücut büyüklüğündeki değişikliklerin bağımlılığı.
Özel ölçü aletleri– dilatometreler – farklı
sensörlerin cihazı ve boyutların kayıt sistemlerinin hassasiyeti
örnekler.

Isı kapasitesi - vücut tarafından alınan ısı miktarının oranı
herhangi bir süreçte durumundaki sonsuz küçük bir değişiklik,
son sıcaklık artışından kaynaklanan:
İçinde bulunduğu termodinamik bir sürecin belirtilerine göre
malzemenin ısı kapasitesi, sabit hacimde ısı kapasitesini ayırt eder
ve sabit basınçta. Sabit ısıtma sırasında
basınç (izobarik süreç) ısının bir kısmı genleşmeye harcanır
numune ve parça - malzemenin iç enerjisini arttırmak. Sıcaklık,
aynı numuneye sabit hacimde raporlanır (izokorik proses),
sadece malzemenin iç enerjisini arttırmak için harcanır.
Özgül ısı kapasitesi, J/(kg K)], ısı kapasitesinin kütleye oranıdır.
gövde. Sabit basınçta (cp) özgül ısı ile
sabit hacimde (cv). Isı kapasitesinin miktara oranı
maddelere molar ısı kapasitesi (cm), J / (mol⋅K) denir. Hepsi için
maddeler ср > сv, nadir (ideal olana yakın) gazlar için сmp – сmv =
R (burada R = 8.314 J/(mol⋅K) evrensel gaz sabitidir).

Termal iletkenlik, enerjinin vücudun daha sıcak bölgelerinden diğer bölgelere aktarılmasıdır.
termal hareket ve etkileşim sonucu daha az ısıtılır
mikropartiküller. Bu değer kendiliğinden
katıların sıcaklık eşitlenmesi.
İzotropik malzemeler için Fourier yasası geçerlidir, buna göre
yoğunluk vektörü ısı akışı q orantılı ve zıt
sıcaklık gradyanı T yönünde:
burada λ, ısıl iletkenliktir [W/(m K)]
kümelenme durumu, atomik ve moleküler yapı, yapı,
sıcaklık ve diğer malzeme parametreleri.
Termal yayılım (m2/s) bir ölçüdür
malzemenin ısı yalıtım özellikleri:
ρ yoğunluktur; Evlenmek - özısı malzeme
sabit basınç.

Malzemelerin teknolojik özellikleri uyumluluğu karakterize eder
malzemeler, ürünlere işlenmesi sırasında teknolojik etkilere. Bilgi
bu özellikler, makul ve rasyonel bir şekilde tasarlamanıza ve
üretim ürünlerinin teknolojik süreçlerini yürütmek. Ana
malzemelerin teknolojik özellikleri işlenebilirliktir
kesme ve basınç, döküm parametreleri, kaynaklanabilirlik,
ısıl işlem sırasında deformasyon ve bükülme vb.
İşlenebilirlik aşağıdaki göstergelerle karakterize edilir:
malzeme işleme kalitesi - işlenmiş yüzeyin pürüzlülüğü
ve numunenin boyutsal doğruluğu, takım ömrü, direnç
kesme - kesme hızı ve kuvveti, talaş oluşum tipi. değerler
göstergeler numuneleri döndürürken belirlenir ve karşılaştırılır
standart olarak alınan malzemenin parametreleri.
Basınçla işlenebilirlik, teknolojik süreç içinde belirlenir.
plastik deformasyon için test malzemeleri. Değerlendirme yöntemleri
Basınçla işlenebilirlik, malzemelerin türüne ve teknolojisine bağlıdır
işleme. Örneğin, bükme için metallerin teknolojik testleri
numuneleri önceden belirlenmiş bir açıyla bükerek gerçekleştirilir. Numunenin dayandığı kabul edilir
testler, kırılma, delaminasyon, yırtılma, çatlak görünmüyorsa.
Levhalar ve bantlar, özel bir alet kullanılarak ekstrüzyon için test edilir.
basmak. Numunede şu anda çizimi durduran küresel bir delik oluşur.
malzeme akışını sağlamak. Sonuç maksimum tarafından belirlenir
hasarsız numunelerde kuyu derinliği.

Toz malzemelerin basınçla işlenebilirliği onları karakterize eder
akışkanlık, sıkıştırılabilirlik ve şekillendirilebilirlik. belirleme yöntemi
akışkanlık, toz örneğinin son kullanma süresinin
kalibre edilmiş bir kanaldan kendiliğinden dökülme süreci
huni deliği. Bu parametre doluluk oranını kontrol eder.
Basınç tedavisi için toz malzeme kalıpları.
Tozun sıkıştırılması, numune hacminin bağımlılığı ile karakterize edilir.
basınçtan gelen toz - presleme şeması. şekillendirilebilirlik - özellik
proseste elde edilen şekli korumak için toz malzeme
basarak.
Malzemelerin döküm özellikleri - bir dizi teknolojik
dökülerek döküm oluşumunu karakterize eden göstergeler
erimiş malzemeler bir kalıba alınır. akışkanlık -
erimiş malzemenin kalıbı doldurma özelliği,
erime viskozitesi, erime ve kalıp sıcaklıkları, derece
kalıbın duvarlarının eriyik ıslanması vb. uzunluklara göre değerlendirilir.
düz veya spiral bir kanalı eriterek doldurma
özel kalıp. Büzülme dökümhanesi - hacim azaltma
sıvıdan katı hale geçiş sırasında erir. Pratikte
büzülme, karşılık gelen doğrusal boyutların oranı olarak tanımlanır
boyutsuz bir büzülme katsayısı şeklinde kalıplar ve dökümler,
Her malzeme için ayrı.

Kaynaklanabilirlik - bir malzemenin oluşturulacak özelliği
performansı olan kaynaklı bağlantı
temel malzemenin kalitesine karşılık gelir,
kaynaklı. Kaynaklanabilirlik şu şekilde değerlendirilir:
kaynaklı numunelerin test sonuçları ve
kaynaklı bölgedeki ana malzemenin özellikleri
dikiş. Aşağıdakileri belirlemek için kurallar
metallerin kaynaklanabilirlik göstergeleri: mekanik
kaynaklı bağlantıların özellikleri, izin verilen modlar
ark kaynağı ve yüzey kaplama, kaynaklı kalite
eklemler ve kaynaklar, uzun süreli mukavemet
kaynaklı eklemler.

Kristalografi, kristallerin, kristalin doğal cisimlerin bilimidir. Kristalli maddelerin formunu, iç yapısını, kökenini, dağılımını ve özelliklerini inceler.

Kristallerin ana özellikleri - anizotropi, homojenlik, kendi kendine yanma yeteneği ve sabit bir erime sıcaklığının varlığı - iç yapıları ile belirlenir.

Kristallerin tümü, atomların düzenli dizilişinden kaynaklanan çokyüzlü bir şekle sahip katı cisimlerdir. Kristalografi, kristal bilimi, kristalin doğal cisimler olarak adlandırılır. Kristalli maddelerin formunu, iç yapısını, kökenini, dağılımını ve özelliklerini inceler. Kristallerin tümü, atomların düzenli dizilişinden kaynaklanan, çokyüzlü bir şekle sahip katılardır. Küpler, iyi biçimlendirilmiş kristallere örnektir...

Başlık:

Beş binden fazla kristal türü bilinmektedir. Farklı bir şekle ve farklı sayıda yüze sahipler. Bir kristalin şekli, tüm yüzlerinin toplamıdır. Kristalografide basit bir şekil, simetri elemanlarıyla birbirine bağlanan bir dizi özdeş yüzdür. Basit formlar arasında, örneğin bir küp, bir oktahedron gibi alanın bir kısmını tamamen kapatan kapalı formlar ayırt edilir; basit formları açın, örneğin çeşitli prizmalar, boşluk ...

Başlık:

Syngony (Yunanca σύν, “birlikte” ve γωνία, “açı” - kelimenin tam anlamıyla “benzer açı”), kristallerin birim hücrelerinin şekline göre bölümlerinden biridir. Eşzamanlılık, aynı sayıda birim yöne sahip bir ortak veya karakteristik simetri unsuruna sahip bir grup simetri sınıfını içerir. Yedi eş anlamlılık vardır: kübik, dörtgen (kare), trigonal, altıgen, eşkenar dörtgen, monoklinik, triklinik.

Başlık:

Yunanca "simetri", "oran" (tekrarlanabilirlik) anlamına gelir. Simetrik cisimler ve nesneler, uzayda eşdeğer, doğru tekrarlanan parçalardan oluşur. Kristallerin simetrisi özellikle çeşitlidir. Farklı kristaller az çok simetriktir. İç yapının düzenliliğini yansıtan en önemli ve özel özelliğidir.

Başlık:

Geometrik kristalografi açısından, bir kristal bir çokyüzlüdür. Kristallerin şeklini karakterize etmek için kısıtlama elemanları kavramını kullanırız. Kristallerin dış şekli üç sınırlayıcı unsurdan oluşur: yüzler (düzlemler), kenarlar (yüzlerin kesişim çizgileri) ve faset açıları.

Başlık:

Kristaller, bir madde herhangi bir kümelenme durumundan katı hale geçtiğinde ortaya çıkar. Kristallerin oluşumunun ana koşulu, sıcaklığın belirli bir seviyeye düşürülmesidir; bunun altında, aşırı termal hareketi kaybeden parçacıkların (atomlar, iyonlar), doğal kimyasal özelliklerini sergilediği ve uzamsal bir kafes halinde gruplandığı.