Кристалдар туралы түсінік

Главная » Рефераттар » Кристалдар туралы түсінік

Кристалдардың техниканың көптеген салаларында, əсіресе, ғылыми зерттеулерге қажеттілігі өте жоғары жəне мұндай кезде химиялық таза, құрылымы мінсіз монокристалдар қажет. Өкінішке қарай, табиғатта мұндай кристалдар кездеспейтіндіктен олар бұл талаптарды қанағаттандыра алмайды. Осылайша, көптеген элементтер мен химиялық бірігулердің монокристалдарын қолдан өсіру технологиясын жасау жəнеоны дамыту мəселесі туындап отыр. Осы жұмыс ғылымның осы саласын зерттеуге жасалып отырған алғашқы қадам. Алдағы уақытта кристалдардың құрылымын зерттеу, оны өсірудің күрделі жолдарын алуға ұмтыламыз.

Қандай ел болмасын оның дамуы сол елдің ғылымы мен білімінің даму деңгейімен өлшенеді. Соның ішінде ғылым мен техниканың дамуы ең басты да маңызды мəселе болып отыр. Себебі ғылым мен техниканың жетістігі адамның əлеуметтік-тұрмыстық мəселелерін шешуші фактор.

Зерттеу жұмысымыздың тақырыбын «Кристалдар» деп таңдауымыздың себебі – қазіргі техниканың дамуында осы саладағы ғылымижетістіктердіңқосар үлесі мол. Ғылыми жұмыста кристалдардың түрлері, құрылысы, оны зерттеу əдістері зерттелді. Кристалдар туралы əдебиеттерге талдау жасалып, оның техникада, тұрмыста, өндірісте қолданылуы қарастырылды. Кристалдарды алу үшін жасалған сынақтар талдау жасалды. Кристалдарды өсірудің қарапайым əдістерімен таныса отырып, сынақ жұмыстары жүргізілді.

Жұмыстың мақсаты: а) кристалдар туралы; ə) теория негізінде тəжірибеге сүйене отырып, монокристалл алу.

Жұмысты зерттеу кезеңдері: 1) кристалдар туралы ғылыми əдебиеттермен танысу; 2) кристалдарды өсіру əдіс-тəсілдерін талдау; 3) сынақ жолымен кристалл алу.

Алға қойылған міндеттерді шешу əдісі: кристалдар туралы ғылыми əдебиеттерге талдау жасап, кристалдардың түрлерін, физикалық қасиеттерін, техникада қолданылуын, оларды өсіру жолдарын зерттеп білу. Кристалл алудың қарапайым əдістерін пайдаланып, монокристалл алу.

Сынақ əдісі: Ерітіндіні буландыру арқылы кристалл алу.

Ғылымның қай саласы болмасын оның жетістігі адамның, қоғамның өндірістік қажетін өтеуге бағытталған. Осындай физиканың бір саласы кристаллография деп аталады. Ғылымның бір-бірімен тығыз тұтасып тұрған қисапсыз көп атомдардан, молекулалардан құралғаны кристалдар құрылысы түгіл, жеке атом мен жеке молекуланың өзінің ішкі сырын үстіміздегі ХХ ғасырға дейін аша алмай келгені мəлім. Атом мен молекуланың ішкі құрылысы, толып жатқан физикалық қасиеттері кванттық механика деп аталаты физиканың жаңа теориясы жасалғаннан бері ғана біртіндеп түсінікті бола бастады.

Соған сүйене отырып физиктер енді қатты дененің ең маңызды мəселелерін тез шешуге əрекеттенуде. Бұл жөнінде қол жеткен табыстар аз емес. Мысалы, алмаз, рубин, ас тұзы, турмалин, кварц сияқты бірсыпыра техникалық маңызы жоғары кристалдарды даладан іздеп жатпай, қолдан өсіретін болды. Кристалдардың қаттылығы, ыстыққа төзімділігі, электр өткізгіштігін, жарық шығарғыштығы мен сіңіргіштігін т.б. қасиеттерін жете тексеріп, басқара білудің арқасында қазіргі техникалық талаптарға сай аса берік, жалынға төзгіш, жартылай өткізгіш, ерекше жарық шығарғыш жаңа кристалдар қолдан жасала бастады. Осының нəтижесінде кристалдар физикасы жалпы физикадан еншісін алып, өз алдына ғылымның бір саласы болып дами бастады. Бүгінгі күні бұл ғылымның өзі де сан салаға бөліне отырып, даму үстінде.

Кристалдардың құрылысы мен қасиеттері. Кристалдар (грек кrystalls – алғашқы мағынасы мұз) – атомдар мен молекулалары белгілі бір ретпен орналасып, кристалдық тор түзетін қатты денелер. Кристалдар қаттты денелердің тепе-теңдік күйі болып табылады.

Белгілі бір термодинамикалық жағдайында кристалдық күйде болатын химиялық заттың нақты, тек өзіне тəн кристалдық атомдық құрылымы болады. Бұл құрылым атомдардың орналасуына байланысты кристалдың сыртқы симметриясын жəне олардың анизатроптық қасиеттерін бейнелейді. Табиғатта жəне техникада кездесетін қатты материалдардың көпшілігі поликристалдар. Олар ретсіз орналасқан ұсақ кристалдан құралады. Бұған көптеген минералдар, техникалық металдар мен қорытпалар жатады. Кристалдың жеке ірі түрі монокристалл деп аталады. Табиғатта салмағы жүздеген килограмм болатын кварц, дала шпаты, флюорит кристалдарымен қатар мөлшері ұсақ алмаз кристалы да кездеседі.

Симметрия ерекшеліктері бойынша кристалдық тордың 14 түрі белгілі, олардың Бравэ торлары дейді [1]. Кристалдық тордың өлшемдері, атомдары мен молекулалардың орналасуы рентгенография, электронография көмегімен анықталады. Кристалдық тор статистикалық тұрғыдан тұрақсызболады, атомдар мен иондар өзінің тепе-теңдік қалпынан белгілі бір амплитудада тербеліп тұрады. Температура өскен сайын бұл тербеліс артады, ал балқу температурасына жеткенде, кристалдық тор ыдырап, зат сұйықтыққа айналады.

Крисаллографтар табиғатта жəне геометриялық фигуралар əлемінде кездесетін симметрия заңдылықтарын есепке ала отырып, бүкіл металдық кристалдар əлемінде, небары үш-ақ түрлі кристалдық құрылым жəне оның сыртында үштүрлі, аномальді құрылым кездесетінін тапқан.

Сұйық кристалдар. Кейбір қатты денелерді балқытқанда олар сұйыққа айналмас бұрын бірнеше ауыспалы фазалардан (жағдайлардан) өтетіні белгілі, ол фазаны мезофаза деп атайды. Осы ауыспалы фазадағы зат əрі қатты дененің, əрі сұйықтың қасиетіне ие болады. Ондай затты сұйық кристалдар деп атайды. Сұйық кристалдар кристалл денелер тəрізді анизотропия қасиетіне ие болуыменқатар сұйық тəрізді ағуға (аққыштық қасиеті) бейім.

Сұйық кристалдар қандай жағдайда, қайда болғанына байланысты термотропты, лиотропты жəне фототропты болып бөлінеді. Заттардың температурасын өзгерту арқылы алынған сұйық кристалды термотропты сұйық кристалл, қатты денелерді еріткіштерде еріту арқылы алынған сұйық кристалдарды лиотропты сұйық кристалдар, қатты денелерге жарық сəулелерімен (немесе басқа сəулелермен) əсер еткенде пайда болатын кристалдарды фототропты сұйық кристалдар деп атайды. Молекулаларының      орналасу тəртібіне қарап сұйық кристалдарды нематикалық, смектикалық жəне холестерикалық деп үшке бөлінеді.

Кристалдарды зерттеу əдістері. Микроскоптық əдіс. Кристаллографияда қолданылатын басты тəсілдердің бірі – микроскоптық тəсіл. Минералдардың, тастардың құрылысын тексеруде микроскоптың ерекше түрі – поляризациялық микроскоп қолданған.

Поляризациялық микроскоп 1836 жылы жасап шығарылды. Поляризатор кішкене үстел астындағы конденсормен бірге орнатылған. Минералдардың əрқайсысынан жарық өткізетіндей өте жұқа шлиф дайындалып алынады. Поляризацияланған сəуле осы арқылы өтіп, микроскоптың объективіне түседі. Объектив пен окулярдың арасына анализатор орнатылған. Тау жыныстары шлифтерін поляризациялық микроскоп арқылы қарағанда, əрбір кристалдық дəн өз алдына боялып көрінетін болады.

Кристалдарды өсіру жəне олардың қолданылуы. Кристалдардың өсу механизмі. Көп уақыт бойына кристалдар өсу барысында қабат үстіне қабат өсе отырып түзеледі деп есептелініп келген болатын. Ең алдымен бір қабат, одан соң екінші қабат т.с.с. Қабаттан соң қабат өсу нəтижесінде қырлары кірпіш қабырға сияқты қаланады деп есептелген. Шындығында бұлайша өсуі жазық қырлы кристалда ғана байқалатын жағдай.

Кристалл өсіру. Кристалдарды будан, балқымадан, ерітінділерден температураларын өзгерту арқылы өсіріп алуға болады. Заттың кристалдық күйге ауысуы сапалық өзгеріс, ол əрбір зат үшін кристалдану температурасы деп аталатын арнаулы бір температурада ғана өтеді. Кристалдану процесі өту үшін кристалдық фаза орталығы (оны «ұйтқы» деп атайық) болуы қажет. Кристалды өсіруге болатын ұйтқыны ерітіндінің аса қанығуының немесе аса суыту арқылы алуға болады.

Кристалдардың өсуі негізінде үш түрлі механизммен өтуі мүмкін: екі өлшемді ұйтқылардың пайда болуымен жəне олардың өсуімен; дислокациялық механизмдермен, яғни бөлшектердің (атомдар, молекулалар) дислокациялық басқыштарға қосылу жолымен; бөлуші бетке бөлшектердің ретсіз қосылуы арқылы.

Алдыңғы екі механизмде кристалдар қабатпен өссе, соңғының айырмашылығы кристалдану беті бір текті, өзіне өзі перпендикуляр бағытта жылжып отырады. Осы жағдайда өсу жылдамдығы (υ) фазалардың шекараларындағы аса суыудың шамасына тəуелді (∆Т).

Су ерітінділерінен кристалдар өсіру. Су ерітінділерінен кристалл өсіру үшін өздігімен ұйтқы пайда болмайтын қаныққан ерітіндіні алып, аса қаныққан күйге жеткізу керек. Сонан соң өсу орталығы бола алатын ұйтқыны салып, өсіру жылдамдығын басқару арқылы қажетті кристалды алуға болады. 3-суретте көпшілік заттар үшін қалыпты жағдайдағы ерудің температурағатəуелділігін көрсететін қисық келтірілген. Бұл тəуелділік көпшілік жағдайда Ванг-Гофф теңдеуімен өрнектеледі.

Қорытынды. Кристалдардың бүгінгі күні техникада кеңінен пайдаланылуы оның физикалық қасиеттерін терең зерттеуге, қолдан өсіру саласын дамытуға бірден-бір себеп болып отыр. Осыған байланысты кристалдардың электрлік, магниттік, оптикалық жəне т.б. көптеген физикалық, химиялық қасиеттерге ие кристалдарды зерттеу маңызды мəселе.

Ғылыми жұмыста кристалдардың түрлері, құрылысы, оны зерттеу əдістері қарастырылды. Кристалдар туралы əдебиеттерге талдау жасалып, оларға симметрия ерекшеліктеріне байланысты талдау жасалды. Оның техникада қолданылуы қарастырылды. Кристалдарды алу үшін су ерітінділерінен кристалдар өсіру, төменгі температурадағы су ерітінділерінен кристалдарды өсіру, ерітіндіні буландыру арқылы кристалл алу тəжірибелері жасалып, тəжірибе нəтижесінде монокристалл алынды. Сынақ нəтижесінде ерітіндінің суда еруінің температураға тəуелділігі анықталып, оның сызбасы алынды.

Загрузка...

ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.