Реферат: Симметрия кристалов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Симметрия кристалов

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 231 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

20 Содержание. Введ ение. 3 Что такое кристалл. 4 Монокристаллы и кристаллические агрегаты. 5 Симметрия в кристаллах. 6 Форма кристаллов. 8 Закон постоянства двухгранных углов. Отклонения от закона. 10 Есть ли беспорядок в кристалле? 13 О некоторых свойствах кристаллов. 16 О прочности кристаллов. 16 Заключение. 19 Список используемой литературы. 20 Введение. Кристаллы одни из самых красивых и загадочных твор ений природы. В настоящее время изучением многообразия кристаллов зани мается наука кристаллография. Она выявляет признаки единства в этом мно гообразии, исследует свойства и строение, как одиночных кристаллов, так и кристаллических агрегато в. Кристаллография является наукой, всесторонне изучающей кристалличе ское вещество. Данная работа также посвящена кристаллам и их свойствам. В давние вре мена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действитель но, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечасто е. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, н апример, почти все горные породы: гранит, песчаники известняк - кристалли чны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными ок азались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что да же некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза. В настоящее время кристаллы имеют большое распространение в науке и тех ники, так как обладают особыми свойствами. Такие области использования к ристаллов, как полупроводники, сверхпроводники, пьез о - и сегнетоэлектрики, квантовая электр оника и многие другие требуют глубокого понимания зависимости физичес ких свойств кристаллов от их химического состава и строения. В настоящее время известны способы искусственного выращивания кристал лов. Кристалл можно вырастить в обыкновенном стакане, для этого требуетс я лишь определенный раствор и аккуратность, с которой необходимо ухаживать за растущим кристаллом. Что такое кристалл. В школьных учебниках кристаллами обычно называют т вердые тела, образующихся в природных или лабораторных условиях и имеющ ие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие ге ометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями- гранями , пересекающимися по прямым линиям- ребрам. Точки пересечен ия ребер образуют вершины. Сразу же следует оговори ться , что приведенное выше определение требует сущ ественных поправок. Вспомним, например, всем известную горную породу гра ниц, состоящую из зерен полевого шпата, слюды и кварца. Все эти зерна являю тся кристаллами, однако, их извилистые зерна не сохранили прежней прямол инейности и плоскогранности, а, следовательно, не подходят к вышеуказанному описанию. Одновременный рост всех составляю щих гранит кристаллов, мешавших друг другу развиваться, и привел к тому, ч то отдельные кристаллы не смогли получить свойственную им правильную м ногогранную форму. Итак, для образования правильно ограненных кристалл ов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту. Кристаллов в природе существует великое множество и так же много сущест вует различных форм кристаллов. В реальности, практически невозможно пр ивести определение, которое подходило бы ко всем кристаллам. Здесь на по мощь можно привлечь результаты рентгеновского анализа кристаллов. Рен тгеновские лучи дают возможность как бы нащупать атомы внутри кристалл ического тела, и определяет их пространственное расположение. В результате было установлено, что реши тельно все кристаллы построены из элементарных частиц, расположенных в строгом порядке внутри кристаллического тела. Упорядоченн ость расположения таких частиц и отличает кристаллическое состояние о т некристаллического, где степень упорядоченности частиц ничтожна. Во всех без исключения кристаллических постройках из атомов можно выде лить множество одинаковых атомов, расположенных наподобие узлов прост ранственной решетки. Чтобы представить такую решетку, мысленно заполни м пространство множеством равных параллелепипедов, параллельно ориент ированных и соприкасающихся по целым граням. Простейший пример такой по стройки представляет собой кладка из одинаковых кирпичиков. Если внутр и кирпичиков выделить соответственные точки, например, их центры или вер шины, то мы и получим модель пространственной решетки. Для всех без исклю чения кристаллических тел характерно решетчатое строение. Вот теперь м ы подошли к возможности дать общее определение для кристаллов. Итак, кри сталлами называются « все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономе рно наподобие узлов пространственных решеток »[4]. Э то определения является максимально приближенным к истине, оно подходи т к любым однородным кристаллическим телам: и булям (форма кристалла, у ко торого нет ни граней, ни ребер, ни выступающих вершин), и з ернам, и плоскогранным фигурам. Монокристаллы и кристалл ические агрегаты. В отличие от других агрегатных состояний, кристалл ическое состояние многообразно. Одни и те же по составу молекулы могут б ыть упакованы в кристаллах разными способами. От способа же упаковки зав исят физические и химические свойства вещества. Таким образом, одни и те же по химическому сост аву вещества на самом деле часто обладают различными физическим свойст вами. Для жидкого состояния такое многообразие не характерно, а для газо образного-невозможно. Если взять, н апример, обычную поваренную соль, то легко увидеть даже без микроскопа о тдельные кристаллики. Каждый крис таллик есть вещество NaCl, но одновременно он имеет черты индивидуума. Он мо жет быть большим или малым кубическим или прямоугольно-параллелепипед альным, по-разному ограненным и т.д. В жидкости нельзя увидеть отдельные индивидуумы- капельки, в кристаллич еском же веществе они видимы. Если мы хотим подчеркнуть, что имеем дело с одиночным, отдельным кристал лом, то называем его монокристаллом, чтобы подчеркнуть что речь идет о скоплении многих кристаллов, используется те рмин кристаллический агрегат. Если в кристаллическом агрегате отдельные кристаллы почти н е огранены, это может объясняться тем, что кристаллизация началась одновременно во многих точк ах вещества и скорость ее была достаточно высока. Растущие кристаллы явл яются препятствием друг другу и мешают правильному огранению каждого и з них. В данной работе речь пойдет в основном о монокристаллах, а так как они явл яются составными частями кристаллических агрегатов, то их свойства буд ут схожи со свойствами агрегатов. Симметрия в кристаллах. Рассматривая различные кристаллы , мы видим, что все они разные по форме, но любой из них представляет симметричное тело. И действительно с имметричность это одно из основных свойств кристаллов. К понятию о симме трии мы привыкли с детства. Симметричными мы называем тела, которые сост оят из равных одинаковых частей. Наиболее известными элементами симмет рии для нас являются плоскость симметрии (зеркальное отображение), ось с имметрии (поворот вокруг оси, перпендикулярной к плоскости ) . По углу поворота различают порядок оси симметрии, поворот на 180 о – о сь симметрии 2-ого порядка, 120 о – 3-его порядка и так далее. Есть и еще один элемент симметрии - центр симметрии. Представьте себе зеркало, но не большое, а точечное: точку, в которой все отображается как в зеркале. Вот эта точка и есть центр симметрии. При таком отображении отражение поворачивается не только справа налево , но и с лица на изнанку. Все кристал лы симметричны. Это значит, что в каждом кристаллическом многограннике можно найти плоскости симметрии, оси симметрии, центры симметрии и други е элементы симметрии так, чтобы совместились друг с другом одинаковые ча сти многогранника. Введем еще одно понятие относящиеся к симметрии полярность. Представим конус и ц илиндр, у обоих объектов есть по одной оси симметрии бесконечного порядк а, но они различаются полярностью, у конуса ось полярна (представим центр альную ось в виде стрелочки, указывающей к вершине), а у цилиндра ось непол ярна. Поговорим о видах симметрии в кристалле. Прежде все го, в кристаллах могут быть оси симметрии только 1, 2, 3, 4 и 6 порядков. Представим плоскость, которую надо пол ностью покрыть семи -, восьми -, девятиугольниками и т.д., так чтобы ме жду фигурами не оставалось пространства, это не получится, пятиугольник ами покрыть плоскость так же нельзя. Очевидно, оси с имметрии 5, 7-го и выше порядков не возможны, потому что при такой структуре атомные ряды и сетки не заполнят пространство непрерывно, возникнут пус тоты, промежутки между положениями равновесия атомов. Атомы окажутся не в самых устойчивых положениях и кристаллическая структура разрушится. В кристаллическом многограннике можно найти разные сочетания элементо в симметрии – у одних мало, у других много. По симметрии, прежде всего по о сям симметрии, кристаллы делятся на три категории. К высшей категории относятся самые симметричные крис таллы, у них может быть несколько осей симметрии порядков 2,3 и 4, нет осей 6-го порядка, могут быть плоскости и центры симметрии. К таким формам относят ся куб, октаэдр, тетраэдр и др. Им всем присуща общая черта: они примерно одинаковы во все стороны. У кристаллов средней категории могут быть оси 3, 4 и 6 порядков, но только по одной. Осей 2 порядка может быть несколько, возможны плоскости симметрии и центры симметрии. Формы этих кристаллов: призмы, пирамиды и др. Общая чер та: резкое различие вдоль и поперек главной оси симметрии. У кристаллов низшей категории не может быть ни одной оси симметрии 3 4 и 6 по рядков, могут быть только оси 2 порядка, плоскости или центр симметрии. Стр уктура данных кристаллов самая сложная. Из кристаллов к высшей категории относятся: алмаз, квасцы, гранаты герма ний, кремний, медь, алюминий, золото, серебро, серое олово вольфрам, железо; к средней категории – графит, рубин, кварц, цинк, магний, белое олово, турм алин, берилл; к низшей – гипс, слюда, медный купорос, сегнетовая соль и др. К онечно в этом списке не были перечислены все существующие кристаллы, а т олько наиболее известные из них. Категория, к которой принадлежит кристалл, характеризует его физический с войства. Категории в свою очередь разделяются на семь синго ний. В переводе с греческого «сингония» означает «сходноугольство». В си нгонию объединяются кристаллы с одинаковыми осями симметрии, а значит, с о сходными углами поворотов в структуре. Классификация кристаллов по ка тегориям и сингониям приведена в таблице 1. Плоскости и центр симметрии могут быть в любой сингонии. Всего сингоний семь. Каждый кристаллический многогранник обладает определенным набором эл ементов симметрии. Полный набор всех элементов симметрии, присущих данн ому кристаллу называется классом симметрии. Сколько же всего таких наборов? Их количество ограниче но. Математическим путем было доказано, что в кристаллах существует 32 вид а симметрии. Таб.1 Категория Сингония Характерная симметрия кристаллов Высшая Кубическая Несколько осей симметрии порядка выше, чем 2; обязательно че тыре оси симметрии 3-ого порядка Средняя Тригональная Тетрагональная Гексагональн ая. Одна ось симметрии порядка выше, чем 2, а именно: Одна ось 3-ого порядка Одна ось 4-ого порядка Одна ось 6-ого порядка Низшая Ромбическая Моноклинная Триклинная Нет осей симметрии порядка выше, чем 2.(Эти сингонии различаю тся по углам между кристаллографическими осями координат) Форма кристаллов. Изучение внешней формы кристаллов началось прежде изучения симметрии, однако только после вывода 32 видов симметрии появил ась надежная основа для создания геометрического учения о внешней форм е кристаллов. Основным его понятием является понятие простой формы. «Простой форм ой называется многогранник, который может быть получен из одной грани с помощью элементов симметрии ( оси, плоскости и центра симметрии)»[4]. Простые фор мы могут быть общими и частными в зависимости от того, как расположена ис ходная грань по отношению к элементам симметрии. Если она расположена ко со, то простая форма полученная из нее будет общей. Если же исходная форма расположена параллельно или перпендикулярно к элементам симметрии, то получается частная простая форма. Простые формы так же могут быть закрытыми и открытыми. Закрытая форма может одна образовать кристаллический многогранник, в т о время как одна открытая простая форма замкнутого многогранника образ овать не может. Каждая гран ь кристалла представляет собой плоскость, на которой располагаются ато мы. Когда кристалл растет, все грани передвигаются параллельно сами себе, так как на них откладываются все новые и новые слои атомов. По этой причине, параллельно каждой грани в структуре кристалла располагается огромное количество атомных плоско стей, которые когда-то в начальных стадиях роста тоже располагались на г ранях кристалла, но в процессе роста оказались внутри него. Ребра кристалла представляют собой прямые, на которых атомы располагаю тся в ряд. Таких рядов в кристалле тоже огромное количество и они распола гаются параллельно действительным ребрам кристалла. Кристаллический многогранник обычно представляет собой комбинацию не скольких простых форм, грани (или ребра) которых являются действительными гранями (ребрами) . Гран ь, которой на данном кристалле нет, но которая может оказаться на других к ристаллах того же вещества, называется возможной гранью. Возможной гранью может быть плоскость, про ходящая через два действительных или возможных ребра кристалла. Точно т ак же, если возьмем две реальные грани, которые на данном кристаллическо м многограннике не пересекаются, то линия, параллельная линии их пересеч ения, будет возможным ребром кристалла. Совокупность граней, пересекающихся в параллельных ребрах, называется поясом или зоной. А параллельная этим ребрам линия называется осью зоны. Необходимо упомянуть, что кристаллографами был создан строго математи ческий вывод всех возможных на свете кристаллических форм, и теперь можн о не только предположить, какова будет форма кристалла, а с большой увере нностью рассчитать будущую форму. В течени е долгих лет геометри я кристаллов казалась таинственной и неразрешимой загадкой. В 1619 великий немецкий математик и астроном Йоган Кеплер обратил внимание на шестерн ую симметрию снежинок. Он попытался объяснить ее тем, что кристаллы пост роены из мельчайших одинаковых шариков, теснейшим образом присоединен ных друг к другу (вокруг центрального шарика можно в плотную разложить т олько шесть таких же шариков). По пути, намеченному Кеплером , пошли в последствии Роберт Гук и М. В. Ломоносов. Они так же считали, что эле ментарные частицы кристаллов можно уподобить плотно упакованным шарик ам. В наше время принцип плотнейших шаровых упаковок лежит в основе стру ктурной кристаллографии, только сплошные шаровые частицы старинных ав торов заменены сейчас атомами и ионами. Через 50 лет после Кеплера датский геолог, кристаллограф и анатом Николас Стенон впервые сформулировал основные понятия о формировании кристалл ов: "Рост кристалла происходит не изнутри, как у растений, но путем наложен ия на внешние плоскости кристалламельчайших частиц, приносящихся извн е некоторой жидкостью". Эта идея о росте кристаллов в результате отложен ия на гранях все новых и новых слоев вещества сохранила свое значение и д о сих пор. Очень часто кристаллы одного и того же вещества срастаются друг с другом закономерным образом, образуя так называемый двойник. При этом обычно в озникают дополнительные элементы симметрии, называющиеся в данном слу чае двойниковые элементы симметрии. Если сросток состоит из многих крис таллов, закономерно чередующихся друг с другом, то он называется полисин тетическим двойником. Двойниковые кристаллы являются очень распростра ненным явлением в природе. Многие вещества, получаемые в лаборатории, та кже часто имеют двойники как простые, так и полисинтетические. Закон постоянства двухгр анных углов. Отклонения от закона. Симметричность кристаллов всегда привлекала вним ание ученых. Уже в 79 г. нашего летоисчисления Плиний Старший упоминает о п лоскогранности и прямобедренности кристаллов. Этот вывод и может счита ется первым обобщением геометрической кристаллографии. С тех пор на про тяжении многих столетий весьма медленно и постепенно накапливался мат ериал, позволивший в конце XVIII в. открыть важнейший закон геометрической к ристаллографии - з акон постоя нства двугранных углов. Этот закон связывается обычно с именем французс кого ученого Роме де Лиля, который в 1783г. опубликовал монографию, содержащ ую обильный материал по измерению углов природных кристаллов. Для каждо го вещества (минерала), изученного им, оказалось справедливым положение, что углы между соответственными гранями во всех кристаллах одного и тог о же вещества являются постоянными. Не следует думать, что до Роме де Лиля никто из ученых не занимался данной проблемой. История открытия закона постоянства углов прошла огромный, п очти двухвековой путь, прежде чем этот закон был отчетливо сформулирова н и обобщен для всех кристаллических веществ. Так, например, И. Кеплер уже в 1615г. указывал на сохранение углов в 60 о между отдельными лучиками у снежинок. В 1669 г. Н. Стенон открыл за кон постоянства углов в кристаллах кварца и гематита. Внимательно разгл ядывая реальные кристаллы кварца, Стенон также обратил внимание на их от клонение от идеальных геометрических многогранников с плоскими граням и и прямыми ребрами. В своем трактате он впервые ввел в науку реальный кри сталл с его несовершенствами и отклонениями от идеализированных схем. О днако все эти отклонения не помешали ученому открыть на тех же кристалла х кварца основной закон геометрической кристаллографии. Однако написа л он об этом очень кратко в пояснениях к рисункам, приложенным к его сочин ению, поэтому честь называться автором закона досталась Лилю. Годом позже Стенона Э. Бартолин сделал тот же вывод применительно к крис таллам кальцита, а в 1695 г. Левенгук - к кристаллам гипса. Он показал, что и у ми кроскопически малых и у больших кристаллов гипса углы между соответств енными гранями одинаковы. В России закон постоянства углов был отрыт М. В. Ломоносовым для кристалло в селитры (1749г.) пирита, алмаза и некоторых других минералов. Однако вернемс я к определению данному Лилем. В его версии закон постоянства углов звуч ит следующим образом: "Грани кристалла могут измен яться по своей форме и относительным размерам, но и х взаимные наклоны постоянны и неизменны для каждого рода кристаллов." Итак, все кристаллы обладают тем свойством, что углы между соответственн ыми гранями постоянны. Грани у отдельных кристаллов могут быть развиты п о-разному: грани, наблюдающиеся на одних экземплярах, могут отсутствоват ь на других - но если мы будем измерять углы между соответственными граня ми, то значения этих углов будут оставаться постоянными независимо от фо рмы кристалла. Однако по мере совершенствования методики и повышения точности измере ния кристаллов выяснилось, что закон постоянства углов оправдывается л ишь приблизительно. В одном и том же кристалле углы между одинаковыми по типу гранями слегка отличаются друг от друга. У многих веществ отклонен ия двухгранных углов между соответственными гранями достигает 10 -20', а в не которых случаях и градуса. Грани реального кристалла никогда не представляют собой идеальных пло ских поверхностей. Нередко они бывают покрыты ямками или бугорками рост а, в некоторых случаях грани представляют собой кривые поверхности, нап ример у кристаллов алмаза. Иногда замечаются на гранях плоские участки, положение которых слегка отклонено от плоскости самой грани, на которой они развиваются. Эти участки называются в кристаллографии вицинальным и гранями , или просто вицинал ями. Вицинали могут занимать большую часть плоскости нормальной грани, а иногда даже полностью заменить последнюю. Иногда на гранях наблюдаются ступеньки имеющие форму пандуса. Таким образом, можно говорить о скульптуре граней, являющейся причиной отклонения от равенства двугр анных углов. Изучением различных наростов занимается раздел кристалло графии - Морфология внешней формы кристаллов. Наблюдаются, конечно, и более закономерные изменения двугранных углов, например зависимость от температуры. В таблице 2 приведены значения угло в между гранями кварца при разной температуре. Таб.2 T, o C Угол T, o C Угол -166 0 21 100 200 128 o 11’ 54’ ’ 128 o 12’ 51” 128 o 13’ 12” 128 o 13’ 36” 128 o 14’ 54” 300 400 500 550 575 128 o 16’ 12” 128 o 17’ 54” 128 o 20’ 12” 128 o 22’ 00” 128 o 23’ 18” В заключени е разд ела о главном геометрическом законе кристаллографии необходимо сказат ь о случаях рез кого изменения углов кристаллов , которое возникает при полиморфном превращении вещества ( образование данным веществом разные п о симметрии и форме кристаллы), явлении, открытом позже формулировки зак она постоянства углов. Одно и то же вещество при полиморфном превращении скачком меняет свои свойства. Например, переход ромбической серы в моно клинную сопровождается увеличением удельного объема на 0.014 сантиметра н а грамм и термическим эффектом в 3.12 калорий на грамм. Еще резче меняет свои свойства кристаллический углерод при переходе алмаза в графит. Плотнос ть алмаза 3.5, графита 2.2; твердость алмаза 10, графита 1 и т.д. При полиморфном превращении наряду со скачкообраз ным изменением физических свойств, скачком меняется и внешняя форма кри сталлов, п ри этом совокупность дву гранных углов одной модификации может совсем не соответствовать совок упность двугранных углов другой. Учитывая вс е вышесказанное, можно так сформулировать закон постоянства углов: «Во всех кристаллах, принадлежащих к одной полиморфн ой модификации данного вещества, при одинаковых условиях углы между соо тветствующими гранями (и ребрами) постоянны» . Есть ли беспорядок в крист алле? После открытия дифракции рентгеновских лучей в крист аллах и рождения рентгеноструктурного анализа не стало сомнений в том, ч то в кристаллах частицы расположены правильным трехмерным строем. Уже в первые десятилетия после 1812 г. были расшифрованы структуры почти всех изв естных кристаллических веществ, измерены междуатомные расстояния, опр еделены силы связи между частицами. Структурщики как бы расставили атомы по их местам в решетках и определи ли силы взаимодействия между атомами. Появилась возможность вычислять величины физических свойств на основе структуры кристаллов. Теоретиче ски расчеты хорошо совпадали с данными опытов. Анизотропия (различие сво йств в зависимости от выбранного направления) физических свойств крист аллов нашла свое объяснение в законах кристаллического строения. Стройная схема законов атомного строения могла объяснить многие физич еские свойства кристаллов. Она была логична, ясна и казалась незыблемой. Но бессильна оказалась она в двух областях: в физике пластичности и проч ности и в учении о росте кристаллов. Началось все со споров о прочности кристаллов и об их механической дефор мации. Что же такое деформация твердого тела? Всякое твердое тело деформируетс я следующим образом: сначала, при небольшом усилии, деформация идет упру го, затем начинается деформация пластическая . Упруго – это значит, что после того, как в нешняя сила убрана, тело полностью восстановит свою изначальную форму, в се следы деформации исчезнут. Пластически – это значит, что изменения о станутся. Так же, как правило, деформируется поликристалл, если он вообще способен деформироваться. Но монокристалл и тут ведет себя особенно, из-за своей анизотропии. Даже и при упругой деформации кристалл далеко не всегда деформируется так, как вы хотите. Вы его сжимаете, а он сдвигается в сторону; хотите сдвинуть, а он не только сдвигается, но и растягивается. Если же вы доводите деформацию до пластической, то кристалл вообще начинает проявлять «свой характер». И с этим надо считаться, если вы хотите деформировать кристалл. Пластическая деформация кристаллов чаще всего происходит путем скольж ения: отдельные слои кристалла соскальзывают параллельно друг другу, ка к карты в колоде. Это не отдельные атомные слои, а «пачки» атомных слоев п араллельных друг другу. Пластическое скольжение происходит отнюдь не в том направлении, в котор ом приложена сила, а только по определенным плоскостям и в определенных направлениях, заданных структурой кристалла. Обычно это те плоскости, в которых атомы упакованы плотнее всего. Оно и понятно: если атомная плоск ость скользит параллельно самой себе, то движение ее легче идет там, где р асстояние между атомами самое маленькое, короче всего переход от одного атома, к другому такому же. Конечно и анизотропия деформации, и выбор плоскостей скольжения опреде ляется структурой кристалла. Вопрос о прочности кристаллов всегда вызывал интерес у ученых. Первым из ученых расчеты на прочность кристаллов были сделаны в 1924 г. советским физ иком-теоретиком Я. И. Френкелем. Расчеты прочности различных кристалличе ских структур были сделаны, однако на практике оказалось, что расчетная прочность кристалла в тысячи раз больше реальной прочности. Френкель ок азал огромную услугу проблеме прочности кристаллов, вскрыв кричащее пр отиворечие между теорией процесса скольжения и результатами экспериме нта Представьте себе, что воздвигнуто стройное высотное здание, каркас кото рого сложен из стальных балок. Но одна из балок попалась бракованная, над резанная, надломанная. Чем определить прочность всего здания? Конечно ее «слабым местом» – надломленной балкой, из-за которой может начаться сд виг и разрушение всей постройки. Вот такие слабые места, как оказалось, неизбежно существуют в каждом кри сталле. Сначала их так и называли «слабые места» или «места разрыхления» , однако позже стали называть дислокациями . Сначала ученые лишь предположили их существование, затем убед ились на опыте, а затем научились управлять. Итак, дислокация – это нарушение правильности расположения атомов в ст руктуре вдоль определенной линии. Представьте себе, что в серии параллельных плоскостей решетки одна из пл оскостей недостроена, не кончена: это уже не плоскость, а полуплоскость. К рай такой оборванной плоскости образует краевую дис локацию. Достаточно разорвать одну связь между атомами рядом с дислокацией – и дислокация (край оборванной плоскости) передвинется на одно междуатомное расстояние, а связь между атомами за ней восстановитс я. Разорвется следующая связь – оборванная плоскость передвинется дал ьше на один шаг. Так, шаг за шагом, перемещаясь путем поочередного разрыва по одной связи, дислокация перейдет через весь кристалл. А в результате а томная плоскость переместится на один междуатомный шаг. Итогом этого пе ремещения будет сдвиг одной половины кристалла относительно другой ег о половине, т.е. пластическое скольжение. Очевидно, кристалл, в котором есть дислокация, деформировать гораздо лег че, чем идеально построенный кристалл, - ведь здесь не надо разрывать все а томные связи, достаточно осуществлять работу разрыва последовательно по одному ряду связей. Данное явление очень ярко можно прокомментировать с помощью модели «ко вра». Ковер лежит на гладком полу: перемещать такой ковер по полу, если он к полу прилегает плотно, - д ело нелег кое: площадь соприкосновения ковра с полом велика, ковер тяжелый, и усили я для его смещения понадобятся немалые. А вот если поперек ковра имеется узкая складка, вдоль которой ковер отделен от пола, переместить ковер мо жно существенно меньшими усилиями. Они нужны лишь для того, чтобы разгла дить складку. Когда складка пройдет через весь ковер, он сместится на шир ину складки. Складка – это легкоподвижн ый дефект в системе «ковер – пол», так как в области складки ковер не сопр икасается с полом. Аналогично ковру со складкой, одна из тех атомных плоскостей кристалла, которые ориентированы перпендикулярно плоскости скольжения, обрывающ аяся на этой плоскости, должна перемещаться легче прочих. Итак, почему же реальная прочность кристаллов оказалась намного меньше теоретической? Теоретической прочностью обладал бы кристалл, если бы он был построен безукоризненно, идеально правильно. На самом же деле, в реал ьном кристалле всегда есть отступления от порядка, нарушения расположе ния атомов. Обладая такими знаниями, человек научился извлекать из данно го дефекта кристаллов выгоду. О некоторых свойствах кри сталлов. Физические свойства кристаллов чаще всего зависят от их структуры и химического строения. Сначала стоит упомянуть два основных свойства кристаллов. Одним из них является анизотропия , о которой уж е упоминалась выше. Под этим термином подразумевается изменение свойст в в зависимости от направления. Так, например, если выр езать из кристалла поваренной соли в различных направлени ях стержни с поперечным сечением 1мм 2 и испытать их на разрыв, то окажется, что они имеют различную прочность. Вместе с тем кристаллы являются телами однородными. Однородность кристаллического вещества состоит в то м, что два его участка одинаковой формы и одинаковой ориентировки одинак овы по свойствам. Поговорим сначала об электрических свойствах. В принципе электрически е свойства кристаллов можно рассматривать на примере металлов, так как м еталлы, в одном из состояний, могут представлять собой кристаллические а грегаты. Электроны, свободно передвигаясь в металле, не могут выйти нару жу, для этого нужно затратить энергию. Если при этом затрачивается лучис тая энергия, то эффект отрыва электрона вызывает так называемый фотоэле ктрический эффект. Аналогичный эффект наблюдается и в монокристаллах. В ырванный из молекулярной орбиты электрон, оставаясь внутри кристалла, о буславливает у последнего металлическую проводимость (внутренний фото электрический эффект). В нормальных же условиях (без облучения) такие сое динения не являются проводниками электрического тока. О прочности кристаллов. Ранее было описано, что кристалл заполнен дефектам и. Как же влияют дефекты на прочность кристаллов. Об одном, о прочности, мы уже говорили: дефекты понижаю т прочность, в сотни, тысячи раз. Если к кристаллу приложить внешнюю силу, то атомная постройка начнет разрушаться именно в месте слабины, там, где есть дефект. Дефект - дислокация - начинает двигаться по кристаллу. Но не так все просто, по мере того, как растет деформация кристалла, растет и число дефектов в нем. А так как дефекты взаимодействуют друг с другом, т о, чем их больше, тем труднее им двигаться в кристалле. Получается парадок с: если есть дефект кристалл - кристалл деформируется и разрушается легч е, чем, если дефекта нет. А если дефектов слишком много, то кристалл оп ять станов ится прочным , и чем больше дефектов, тем он более упо рядочивается. Значит, если мы научимся управлять числом и расположением дефектов, мы сможем управлять прочностью материалов. Еще сильнее удалось бы изменить свойства кристаллов, если бы удалось выр астить кристалл совсем без дефектов. Как в стальном каркасе здания, если бы не было ни одной дефектной балки, прочность здания была бы расчетной. Б ез дефектов кристалл “не хочет” расти. И все же ученым удалось перехитри ть природу. Научились выращивать кристаллы, в которых нет, совсем нет, деф ектов, или есть один единственный дефект, очень удачно расположенный. Такие идеальные кристаллы удивительно прочны. «Обычное техническое же лезо выдерживает, не разрушаясь, усилие в 20-30 кг/мм 2 , самая лучшая конструкционная сталь - 200-300 кг/мм 2 , а бездефектный кристаллик железа - 1400 кг/мм 2 . Иначе говоря, бездеф ектные кристаллы железа прочнее обычного в 40-50 раз»[2]. Такие кристаллы научились растить, измерять их свойства и прочность, но эти кристаллы очень и очень малы. Это “нитевидные кристаллы”, или “усы” - в олоски диаметром не более 1-2 микрон. Растить такой кристалл очень сложно, а вырастет он чуть потолще - в нем обязательно проявляются дефекты и проч ность сразу снижается. Такой усик выдерживает нагрузку значительно большую, чем обычная прово лока. Он деформируется упруго, восстанавливает свою форму после деформа ции, не меняется при высоких температурах. Уже широко применяются нитеви дные кристаллы для создания высокопрочных композитных материалов. Ком позит, или композитный материал - это сплошная основа, металл или полимер, пронизанный нитевидными кр исталлами. Созданы кристаллизационные установки, в которых вытягивают монокристаллические нити сапфира длин ной до 30 метров. Кристалл получается такой упругий и гибкий, что его намат ывают как нить на катушку. А затем этими гибкими нитями упрочняют основу. Из композитных материалов делают листы для обшивки самолетов и ракет. Ч еловек научился получать материалы, гораздо прочнее природных. Кристаллы из-за их прочности используют и в различных режущих аппаратах , так как кристалл один из самых прочных материалов на Земле. Человек применяет кристаллы почти во всех областях материальной сферы их цена и значение чрезвычайно велики. Заключение. Итак, в данной работе была рассказана лишь малая час ть того, что известно о кристаллах в настоящее время, однако и эта информа ция показала, насколько неординарны и загадочны кристаллы по своей сущн ости. В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в морях и океанах, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых о рганизмах – везде встретим мы кристаллы. Но может кристаллизация вещес тва совершается только на нашей планете? Нет, мы знаем теперь, что и на дру гих планетах и далеких звездах все время непрерывно возникают, растут и разрушаются кристаллы. Метеориты, космические посланцы, тоже состоят из кристаллов, причем иногда в их состав входят кристаллические вещества, н а Земле не встречающиеся. Кристаллы везде. Люди привыкли использовать кристаллы, делать из них украшения, любовать ся ими. Теперь, когда изучены методы искусственного выращивания кристаллов, об ласть их применение расширилась, и, возможно, будущее новейших технологи й принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам. Список используемой лите ратуры. 1. «Кристаллы», М.П. Шаскольская, Москва «н аука», 1978г. 2. «Очерки о свойствах кристаллов», М. П. Шаскольская, Москва «наука», 1978г. 3. «Симм етрия в природе», И.И. Шафрановский, Ленинград «недра», 1985г. 4. «Крис таллохимия», Г. Б. Бокий, Москва «наука», 1971г. 5. «Живо й кристалл», Я. Е. Гегузин, Москва «наука», 1981г. 6. «Очер ки о диффузии в кристаллах», Я. Е. Гегузин, Москва «наука», 1974г. 22
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Опять буддисты теракт устроили...
- Какие же это буддисты? Это ж мусульмане!
- А, то есть вы не станете больше утверждать, что у террористов нет религии?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "Симметрия кристалов", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru