Kristalografia. Bazat e kristalografisë Kristalografia gjeometrike kristalografia Ligji i qëndrueshmërisë së këndeve të fytyrës

Dërgoni punën tuaj të mirë në bazën e njohurive është e thjeshtë. Përdorni formularin e mëposhtëm

Studentët, studentët e diplomuar, shkencëtarët e rinj që përdorin bazën e njohurive në studimet dhe punën e tyre do t'ju jenë shumë mirënjohës.

Priti në http://www.allbest.ru/

1 . karakteristikat e përgjithshme disiplinat gjeologjike

Shkencat e mineralogjisë, kristalografisë dhe petrografisë janë ndarë historikisht nga shkenca e përbërjes materiale, strukturës dhe historisë së zhvillimit të tokës të quajtur gjeologjia.

Kristalografia studion formimin, formën dhe vetitë fiziko-kimike të kristaleve që përbëjnë minerale të ndryshme.

Metalografia- një shkencë që studion strukturën dhe vetitë e metaleve dhe vendos një marrëdhënie midis përbërjes, strukturës dhe vetive të tyre.

Minerologjia spikati si shkenca e përbërjeve kimike natyrore të quajtura minerale. Minerologjia studion përbërjen dhe strukturën e mineraleve, kushtet për formimin dhe ndryshimin e tyre.

Petrografia- shkenca e shkëmbinjve, përbërja e tyre, struktura, klasifikimi, kushtet e shfaqjes.

Këto shkenca janë të lidhura pazgjidhshmërisht me nevojat praktike të industrive metalurgjike dhe të tjera. Nuk ka asnjë industri të vetme ku mineralet të mos përdoren në formën e tyre natyrore, apo ndonjë përbërës të nxjerrë prej tyre. Njohuritë për mineralet, përbërjen e tyre, vetitë e ndryshme dhe fushat e zbatimit praktik janë të nevojshme për specialistët që punojnë në industri të ndryshme.

Minerale quaj elementet ose përbërjet kimike të formuara në koren e tokës, guaskën ujore ose atmosferën si rezultat i proceseve të ndryshme fiziko-kimike (pa asnjë ndërhyrje).

Mineralet mund të përbëhen nga një element kimik: diamanti (C); grafit (C); squfur (S); ari (Au) ose mund të jenë komponime me përbërje konstante ose të ndryshueshme:

Komponimet me përbërje konstante (spar orteku; kuarc; kalcium)

Komponimet me përbërje të ndryshueshme: olivinat që variojnë në përbërje nga Mg 2 (SiO 4) forsterite në Fe 2 (SiO 4) fayalite.

Shumica e mineraleve janë substanca të ngurta, kristalore. Megjithëse mineralet individuale gjenden në një formë kriptokristaline (zakonisht një gjendje e shpërndarë në koloid).

Në natyrë, mineralet mund të shpërndahen në formën e grimcave të vogla ose të pranishme në grupime të mëdha. Në të njëjtën kohë, mineralet e së njëjtës substancë mund të shfaqen në forma të ndryshme. Kjo shkakton vështirësi në përcaktimin e jashtëm të mineraleve të përfshira në çdo shkëmb.

Aktualisht njihen rreth 3800 minerale të ndryshme, nga të cilat vetëm 250-300 janë të përhapur dhe kanë vlerë praktike. Bëhet fjalë për xeheroret e metaleve me ngjyra, me ngjyra dhe metalet e rralla, lëndët e para për prodhimin e materialeve të ndërtimit, lëndët e para për industrinë kimike, gurët e çmuar dhe të tjerë.

Meqenëse mineralet kanë rregullimin e saktë të atomeve, për shkak të strukturës së tyre kristalore, lëngjet, gazrat, lëndët e ngurta artificiale dhe substancat natyrore atmosferike nuk i përkasin mineraleve.

Mineralet ndryshojnë nga njëri-tjetri në përbërjen kimike dhe strukturën kristalore.

Mineralet që kanë të njëjtën strukturë kristalore, por që ndryshojnë në përbërjen kimike quhen izomorfike.

Mineralet me të njëjtën përbërje kimike, por me strukturë kristalore të ndryshme quhen polimorfike(një shembull i mineraleve polimorfike: diamanti dhe grafiti).

1.1 Morfologjia e mineraleve (format e gjetjes së mineraleve në natyrë)

Në natyrë, mineralet gjenden në formën e:

monokristale;

Dyshe;

njësive.

doppelgänger quhet një ndërrritje e tillë natyrore e dy kristaleve, në të cilën një individ mund të merret nga një tjetër ose me reflektim në një plan të caktuar (binjak) ose me rrotullim rreth një boshti të caktuar (binjak).

Më shpesh, mineralet ndodhin në formën e agregateve të rastësishme të parregullta. agregate. Agregatet mund të përbëhen nga kristale të një minerali (agregate monominerale) ose disa agregate (agregate poliminerale).

Agregatët ndahen në:

me kokërr të trashë (më shumë se 5 mm);

Me kokërr mesatare (1-5 mm);

Me kokërr të imët (më pak se 1 mm).

Format e kokrrave që përbëjnë agregatet janë: luspa, fibroze, dheu. Dallohen llojet e mëposhtme morfologjike të agregateve:

Druset janë ndërthurje kristalesh të formuara mirë, të ndryshme në lartësi dhe të orientuara ndryshe, por të ngjitura në një skaj në një bazë të përbashkët të sheshtë ose konkave.

Sekrecionet janë formacione minerale që mbushin zbrazëtitë në shkëmbinj. Mbushja e zbrazëtirave ndodh si rezultat i depozitimit gradual të substancave në muret e tyre nga periferia në qendër.

Konkrecione - formacione të një forme të rrumbullakosur, që zakonisht kanë një strukturë rrezatuese ose guaskë. Ndryshe nga sekretimi, depozitimi i një substance ndodh nga qendra në periferi.

Oolitët janë formacione të vogla sferike me një strukturë guaskë koncentrike.

Pseudoolite - formacione të ngjashme në formë me oolitët, por që nuk kanë një strukturë guaskë koncentrike.

Dendritet janë agregate të ngjashme me pemët që ngjajnë me gjethet e fierit, degët e pemëve.

1.2 Vetitë fizike të mineraleve

Vetitë fizike kryesore të mineraleve që bëjnë të mundur përcaktimin e tyre sipas karakteristikave të jashtme përfshijnë: ngjyrën, ngjyrën e vijës, nuancën, shkëlqimin, shkallën e transparencës, fortësinë, ndarjen, thyerjen, peshën specifike, magnetizmin, brishtësinë, lakueshmërinë, fleksibilitetin, etj.

Ngjyrëështë një nga vetitë fizike karakteristike të mineraleve. Për të njëjtin mineral, në varësi të përbërjes kimike, strukturës, papastërtive mekanike dhe kimike, ngjyra mund të ndryshojë. Sipas ngjyrës, mund të gjykohen kushtet për formimin e mineraleve dhe përkatësinë e tyre në një depozitë të veçantë.

Akademiku A.E. Fersman dallon tre lloje ngjyrash minerale: idiokromatike, alokromatike dhe pseudokromatike.

Idiokromatik - ngjyra e vet e mineralit.

Allokromatik - pasojë e pranisë në mineral të përfshirjeve të papastërtive të huaja mekanike.

Pseudokromatik - fenomeni i difraksionit të rrezeve të dritës nga çdo çarje e brendshme.

Ngjyra e dashit- një gjurmë e lënë nga një mineral në një pjatë porcelani pa lustër. Kjo është ngjyra e pluhurit mineral të grimcuar.

njollë- fenomeni kur një mineral, përveç ngjyrës kryesore në një shtresë të hollë sipërfaqësore, ka një ngjyrë shtesë.

Dekolte- aftësia e disa mineraleve për t'u ndarë ose ndarë përgjatë planeve të caktuara me formimin e sipërfaqeve të lëmuara, të njëtrajtshme, me shkëlqim.

1.3 Gjeneza minerale (rrethformimi i mineraleve në natyrë)

Proceset e formimit të mineraleve mund të ndahen në:

1) Endogjen (që ndodh brenda tokës dhe shoqërohet me aktivitet magmatik);

2) Ekzogjene (që ndodh në sipërfaqen e tokës, manifestohet në veprimin e agjentëve atmosferikë dhe sipërfaqen e tretësirave ujore, si dhe në aktivitetin biokimik të organizmave (oksidimi, dekompozimi);

3) Metamorfike (që ndodh si rezultat i transformimit të shkëmbinjve të formuar më parë kur ndryshojnë kushtet fizike dhe kimike.

Paragenehështëminerale.

Paragjeneza është dukuri e përbashkët e mineraleve në natyrë, për shkak të procesit të përbashkët të formimit të tyre. Mineralet mund të formohen në mënyrë sekuenciale ose njëkohësisht.

1.4 PmetrografiaI

Petrografia- një shkencë që studion shkëmbinjtë, përbërjen e tyre minerale dhe kimike, strukturën, shpërndarjen dhe kushtet e formimit.

shkëmbinj quhen agregate minerale me përbërje pak a shumë konstante kimike dhe minerale, që zënë zona të konsiderueshme të kores së tokës. Shkëmbinjtë mund të jenë monomineralë, të përbërë nga një mineral, dhe polimineral, të cilët përfshijnë disa minerale.

Monomineral shkëmbinj - gëlqerorë dhe mermer (përbëhen nga minerali kalcit), kuarcit (përbëhet nga kuarci).

Polimineral shkëmbinjtë - graniti (mineralet kryesore formuese të shkëmbinjve janë feldspatët (mikroklina, ortoklazi, plagioklaza), kuarci dhe mika (biotiti, muskoviti).

Njihen rreth një mijë lloje shkëmbinjsh, të cilët, sipas kushteve të formimit (gjenezës), ndahen në tre klasa:

1. I zjarrtë( ose i gabuar). Ato formohen nga magma e ngrirë në zorrët e Tokës ose në sipërfaqen e saj; janë formacione tipike me temperaturë të lartë.

2. Sedimentare. Ato janë produkte të mbushura dhe të transformuara të shkatërrimit të shkëmbinjve të formuar më parë, mbetjeve të organizmave dhe produkteve të tyre metabolike; Formimi i shkëmbinjve sedimentarë ndodh në sipërfaqen e Tokës në temperatura të zakonshme dhe presion normal, kryesisht në mjedisin ujor.

3. Metamorfike. Ato formohen në thellësi të mëdha për shkak të ndryshimeve të shkëmbinjve sedimentarë dhe magmatikë nën ndikimin e proceseve të ndryshme endogjene (temperaturat dhe presionet e larta, substancat e gazta të çliruara nga magma etj.).

2 . Bazat e kristalografisë

Kristalografia ndahet në: kristalografi gjeometrike, kristalografi kimike dhe fizike.

Kristalografia gjeometrike merr parasysh modelet e përgjithshme të ndërtimit të substancave kristalore që formojnë kristalet e tyre, si dhe simetrinë dhe sistematikën e kristaleve.

kimia e kristalit studion marrëdhëniet midis strukturave dhe vetive kimike të një lënde kristalore, si dhe përshkrimin e strukturave të kristaleve

Kristalografia fizike përshkruan vetitë fizike të kristaleve (mekanike, optike, termike, elektrike dhe magnetike).

2 .1 Bazatkristalografia gjeometrike

Karakteristikat e gjendjes kristalore. Fjala "kristal" shoqërohet gjithmonë me idenë e një poliedri të një forme ose një tjetër. Sidoqoftë, substancat kristalore karakterizohen jo vetëm nga aftësia për të dhënë formacione të një forme të caktuar. Tipari kryesor i trupave kristalorë është i tyre anizotropia- varësia e një sërë vetive (rezistenca në tërheqje, përçueshmëria termike, kompresueshmëria, etj.) nga drejtimi në kristal.

Creeçeliqet- trupa të ngurtë të formuar në formën e poliedrave të rregullt gjeometrik.

a) kripë guri b) kuarc; c) magnetit

Figura 1. Kristalet

Elementet e kufizimit të kristaleve janë: aeroplanët - fytyrat; linjat e kryqëzimit të skajeve - brinjët; pikat e kryqëzimit të skajeve - majat.

Priti në http://www.allbest.ru/

Priti në http://www.allbest.ru/

Figura 2. Elementet e kufizimit të kristaleve

Grimcat elementare (atomet, jonet ose molekulat) në kristale ndodhen në formën e një rrjete hapësinore.

Rrjeta hapësinore është një sistem pikash të vendosura në kulmet e paralelopipedëve paralelë që janë paralelë dhe ngjitur përgjatë gjithë faqeve, pa boshllëqe që mbushin hapësirën.

Figura 3. Rrjetë hapësinore e një kristali

metal plastik mineral kristalor

Paralelepipedët elementar që përbëjnë rrjetën hapësinore të një kristali quhen qelizat elementare.

Parametrat e një qelize të tillë janë: tre kënde ndërmjet, të marra si boshtet kryesore, dhe tre segmente (A, B, C) të distancave ndërmjet nyjeve përgjatë këtyre akseve.

Figura 4. Parametrat e qelizës njësi

Një rregullim i caktuar i grimcave në kristale në formën e një grilë hapësinore përcakton një numër të vetive të veçanta të substancave kristalore - uniformitetin, anizotropinë, aftësinë për të prerë vetë, d.m.th. rriten në formën e poliedrave të rregullt).

Uniformiteti do të thotë se vetitë e kristaleve janë të njëjta në të gjitha pikat e tij.

Anizotropia kristalet qëndron në pabarazinë në drejtime të ndryshme të shumicës së vetive të tyre fizike (mekanike, optike dhe të tjera).

Aftësia për të kufizuar veten qëndron në faktin se, në kushte të favorshme rritjeje, ato formojnë poliedra të rregullta, faqet e të cilave janë rrjeta të sheshta të rrjetës hapësinore.

Nëse vendosni një copë kristalesh me formë të çrregullt në një tretësirë ​​me kushtet e duhura, atëherë pas një kohe ajo do të fitojë skaje dhe do të marrë formën e një poliedri të rregullt, karakteristik për kristalet e kësaj substance.

Shndërrimi i një topi të prerë nga një kristal kub i kripës shkëmbore në një tretësirë ​​të ngopur përsëri në një kristal kub.

Figura 5. Skema e transformimit

Kristalet e një minerali karakterizohen më shpesh nga prania e llojeve të caktuara të fytyrave, megjithëse në raste të rralla format e jashtme të kristaleve të të njëjtit mineral mund të ndryshojnë në varësi të kushteve të formimit.

Ligjet e kristalografisë gjeometrike kanë një rëndësi të madhe për studimin e kristaleve.

Ligji i parë:Ligji i qëndrueshmërisë së këndeve të aspektit-Ligji i Stenit: për kristale të ndryshme të së njëjtës substancë, pavarësisht nga madhësia dhe forma, ndërmjet faqeve përkatëse në kushte të dhëna është konstante.

Figura 6. Kristale të ndryshme kuarci

Ligji i dytë-ligji i racionalitetit të marrëdhënieve të parametrave. Ligji Ayui.

Në një kristal, mund të gjenden vetëm figura të tilla, parametrat e faqeve të të cilave lidhen me parametrat e fytyrave të një forme të thjeshtë, të marra si kryesore, si numra racionalë.

Simetria kristalore

Simetria kristalore qëndron në përsëritjen e rregullt të fytyrave, skajeve, qosheve identike në këtë kristal.

Imazhet e kushtëzuara, në lidhje me të cilat vërehet simetria, quhen elemente simetrie. Këto përfshijnë: rrafshin e simetrisë, boshtin e simetrisë, qendrën dhe kulmin.

Rrafshi i simetrisë- ky është një plan imagjinar që ndan poliedrin kristalor në dy pjesë të barabarta, njëra prej të cilave është një imazh pasqyrë e tjetrës.

Numri i planeve të simetrisë në kristale tregohet me një numër përpara simbolit të kushtëzuar të planit të simetrisë, shkronjës P.

Kristalet nuk mund të kenë më shumë se nëntë plane simetrie.

Boshti i simetrisë- një vijë e drejtë imagjinare që kalon nëpër kristal dhe, kur rrotullohet me 360 ​​°, figura kombinohet me vetveten një numër të caktuar herë (n herë). Emri i boshtit ose rendi i tij përcaktohet nga numri i kombinimeve gjatë një rrotullimi të plotë rreth boshtit (360 gradë) të kristalit.

Kristalet kanë boshte të rendit të dytë, të tretë, të katërt dhe të gjashtë.

Boshtet e simetrisë shënohen me shkronjën L dhe një simbol që tregon rendin e boshtit të simetrisë (L 1, L 2, L 3, L 4, L 6).

Përveç akseve të zakonshme të simetrisë, ekzistojnë boshtet e përmbysjes dhe të pasqyrës rrotulluese. Nëse ato janë të disponueshme, për të përafruar figurën me vetveten, rrotullimi rreth boshtit duhet të shoqërohet nga një rrotullim 180 ° rreth boshtit pingul me atë të dhënë (inversion), ose një reflektim pasqyre nga rrafshi.

Qendra e simetrisë C quhet një pikë që përgjysmon çdo vijë që kalon nëpër të, e tërhequr në kryqëzimin me faqet e figurës.

Në 1867 A.V. Gadolin matematikisht tregoi se ekzistenca e 32 llojeve të simetrisë së formave kristalore është e mundur, secila prej të cilave karakterizohet nga një kombinim i caktuar i elementeve të simetrisë.

Të gjitha llojet e simetrisë së kristaleve ndahen në tre kategori: të ulëta, të mesme dhe të larta. Kristalet e kategorisë më të ulët nuk kanë akse të rendit më të lartë - më të lartë se i dyti; kategoria e mesme karakterizohet nga një bosht i rendit më të lartë, më i larti - nga disa akse të tilla. Kategoritë ndahen në sisteme kristalore ose singoni.

Singoniaështë një grup elementesh simetrie me të njëjtin numër boshtesh të të njëjtit rend. Gjithsej janë shtatë singoni: triklinike, monoklinike, rombike, trigonale, gjashtëkëndore, kubike, tetragonale.

Kategoria më e ulët përfshin tre singoni - triklinike, monoklinike dhe rombike. Në kristalet e sistemit kristal triklinik, nuk ka as boshte dhe as plane simetrie: qendra e simetrisë gjithashtu mund të mungojë. Kristalet monoklinike mund të kenë një bosht dhe një rrafsh simetrie, por nuk mund të kenë boshte të shumta ose plane simetrie. Sistemi rombik karakterizohet nga prania e disa elementeve të simetrisë - disa akseve ose planeve.

Një kusht i domosdoshëm për formimin e kristaleve me simetri të lartë është simetria e grimcave të tyre përbërëse. Për shkak se shumica e molekulave nuk janë simetrike, kristalet me simetri të lartë përbëjnë vetëm një pjesë të vogël të numrit total të njohur.

Njihen shumë raste kur e njëjta substancë ekziston në forma të ndryshme kristalore, d.m.th. ndryshon në strukturën e brendshme, dhe për rrjedhojë në vetitë e tij fiziko-kimike. Një fenomen i tillë quhet polimorfizëm.

Ndër trupat kristalorë, fenomeni gjithashtu vërehet shpesh izomorfizëm- vetia e atomeve, joneve ose molekulave për të zëvendësuar njëra-tjetrën në rrjetën kristalore, duke formuar kristale të përziera. Kristalet e përziera janë përzierje plotësisht homogjene të lëndëve të ngurta - ato janë zgjidhje të ngurta zëvendësuese. Prandaj, mund të themi se izomorfizmi është aftësia për të formuar zgjidhje të ngurta zëvendësuese.

Format e kristalit

Krahas elementeve të simetrisë, kristalet karakterizohen edhe nga forma e tyre e jashtme. Pra, kubi dhe oktaedri kanë të njëjtat elemente simetrie, por forma e jashtme dhe numri i faqeve janë të ndryshme.

formë kristaliështë koleksioni i të gjitha fytyrave të tij. Të dallojë format e thjeshta dhe të ndërlikuara.

formë e thjeshtë quhet formë e tillë, të gjitha faqet e së cilës lidhen me njëra-tjetrën me elemente simetrie, ose thënë ndryshe, këto janë kristale që përbëhen nga faqe identike që kanë një rregullim simetrik (kub, tetëkëndor, katërkëndor).

Format e thjeshta mund të jenë ose mbyllja e ciklit hapësinor (format e mbyllura) ose të hapura, jo mbyllja e hapësirës nga të gjitha anët.

Format e thjeshta të hapura përfshijnë:

Monohedron, diedron, pinanoid, piramida, prizma

Format e thjeshta të mbyllura përfshijnë:

Dipiramidat, romboedri, tetraedri, kubi, tetëedroni etj.

Figura 7. Forma të thjeshta kristali

Forma ose kombinim kompleks quhet një formë e tillë, e cila përbëhet nga dy ose më shumë forma të thjeshta, d.m.th. fytyrat kristal janë të disa llojeve, dhe ato nuk janë të ndërlidhura nga elementët e simetrisë.

Format e thjeshta dhe komplekse të kristaleve janë jashtëzakonisht të rralla në natyrë. Devijimet e kristaleve reale nga format e thjeshta të përshkruara shkaktohen nga zhvillimi i pabarabartë i fytyrave për shkak të ndikimit në formimin e një kristali të kushteve të mjedisit në të cilin është formuar.

Ndonjëherë, së bashku me formimin e kristaleve individuale, lindin ndërrritjet e tyre të ndryshme. Një rast i tillë është formimi i dyfishtë i dy ose më shumë kristaleve që rriten së bashku në pozicionin e gabuar. Një proces i tillë quhet binjakëzimi. Formimi i ndërrritjeve të tilla zakonisht shkaktohet nga ndërlikime të ndryshme të procesit të kristalizimit (ndryshimet në temperaturë, përqendrimi i tretësirave, etj.)

Ka binjakë parësorë (që dalin gjatë kristalizimit) dhe binjakë dytësorë që lindin si rezultat i ndonjë ndikimi.

Përveç ndërrritjes së kristaleve të një lënde, është e mundur ndërrritja natyrore e kristaleve të substancave të ndryshme ose modifikimet polimorfike të një lënde, që kristalizohen në singoni të ndryshme. Ky proces quhet - epitaksi.

3 . Bazat e kimisë së kristalit

Struktura e brendshme e kristaleve përfundimisht përcakton të gjitha tiparet e tij: formën e kristaleve, vetitë fizike dhe kimike.

Grilë hapësinore- ky është një sistem pikash të vendosura në kulmet e paralelopipedëve të barabartë të orientuar paralelisht dhe ngjitur përgjatë gjithë faqeve, duke mbushur hapësirën pa boshllëqe.

Rrjeta hapësinore përbëhet nga një grup i pafund paralelipipedësh (qeliza elementare) me madhësi dhe formë të barabartë. Shkencëtari francez O. Brave në 1855 konstatoi se ekzistojnë vetëm 14 lloje të rrjetave hapësinore (Figura 8). Këto qeliza ndahen në dy grupe:

1) primitive, të gjitha nyjet e të cilave ndodhen vetëm në majat e qelizave elementare.

2) Nyje komplekse, të cilat ndodhen jo vetëm në kulmet e qelizave elementare, por edhe në faqet, skajet dhe në vëllim.

1 - triklinik;

2 dhe 3 - monoklinikë;

4,5,6 dhe 7 - rombike;

8 - gjashtëkëndor;

9 - rombohedral;

10 dhe 11 - tetragonal;

12, 13 dhe 14 janë kub.

Figura 8. Katërmbëdhjetë rrjeta hapësinore O. Brave

Përveç klasifikimeve të mësipërme të strukturës së kristaleve sipas llojit të rrjetave hapësinore, ekziston një ndarje e strukturës së kristaleve sipas llojeve të lidhjeve kimike midis atomeve në një kristal.

Ekzistojnë llojet e mëposhtme të lidhjeve kimike:

A) jonike

B) metali

B) kovalente ose molekulare

D) Van - der - Waals ose mbetje

D) hidrogjeni

Jonik ( lidhja heteropolare) vërehet në strukturat kristalore jonike dhe ndodh ndërmjet dy joneve të ngarkuar në mënyrë uniforme. Përbërjet me lidhje jonike treten mirë në tretësirat ujore. Lidhje të tilla nuk e përçojnë mirë elektricitetin.

kovalente Lidhja (homeopolare) kryhet në strukturat kristalore atomike dhe pjesërisht jonike për shkak të shfaqjes së elektroneve të zakonshme në atomet fqinje. Kjo lidhje është shumë e fortë, gjë që shpjegon ngurtësinë e shtuar të mineraleve me një lidhje kovalente. Mineralet me këtë lidhje janë izolues të mirë dhe janë të patretshëm në ujë.

metalike lidhja manifestohet vetëm në ndërtesat atomike. Karakterizohet nga fakti se bërthamat e atomeve janë të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore, sikur të zhytur në një gaz të përbërë nga elektrone të lira që lëvizin si grimca gazi. Atomi dhuron elektronet e tij dhe bëhet një jon i ngarkuar pozitivisht. Elektronet e dhëna nuk i janë caktuar asnjë atomi, por janë, si të thuash, në përdorim të zakonshëm.

Kjo lidhje përcakton forcën e strukturës. Lëvizja e lirë e elektroneve përcakton vetitë e mëposhtme: përçueshmëri e mirë elektrike dhe termike, shkëlqimi metalik, lakueshmëria (për shembull, metalet vendase)

furgon - der-Waals (e mbetur) lidhja është midis dy molekulave. Edhe pse çdo molekulë është elektrostatikisht neutrale dhe të gjitha ngarkesat janë të balancuara në të, shumë molekula janë një dipol, d.m.th. qendra e gravitetit të të gjitha grimcave të ngarkuara pozitivisht të një molekule nuk përkon me qendrën e gravitetit të të gjitha grimcave të ngarkuara negativisht. Si rezultat, pjesë të ndryshme të një molekule fitojnë një ngarkesë të caktuar. Për shkak të kësaj, lidhjet e mbetura lindin midis dy molekulave. Forcat Van der Waals janë shumë të vogla. Strukturat kristalore me këtë lidhje janë dielektrikë të mirë, ato karakterizohen nga fortësi dhe brishtësia e ulët. Ky lloj lidhjeje është karakteristik për përbërjet organike. Kështu, mund të themi se natyra e lidhjes përcakton të gjitha vetitë themelore të substancave kristalore.

Duhet të theksohet se kristalet mund të kenë një lloj lidhjeje, kristale të tilla quhen homodesmike dhe llojet e përziera të lidhjeve, quhen kristale të tilla heterodesmike.

Në një numër mineralesh (kristalet e akullit), lidhjet hidrogjenore luajnë një rol të rëndësishëm. Ato lindin si rezultat i bashkëveprimit të atomit të hidrogjenit të një molekule me atomin e azotit, oksigjenit, klorit të molekulave fqinje. Lidhjet e hidrogjenit janë më të forta se lidhjet van der Waals, por shumë më të dobëta se të gjitha llojet e tjera të lidhjeve.

3 .1 Rrezet atomike dhe jonike. Koordiniminumri i aksionit. Motivet e strukturës

Atomet dhe jonet që përbëjnë strukturat kristalore të mineraleve të ndryshme janë të vendosura në distanca të ndryshme nga njëri-tjetri. Këto vlera varen nga ngarkesa e joneve, kushtet termodinamike, etj.

Kjo vlerë quhet - atomike (rrezja jonike). atomike (dhenjë) rreze quhet distanca minimale në të cilën qendra e sferës së një atomi të caktuar mund t'i afrohet sipërfaqes së atomeve fqinje.

Numri i atomeve (joneve) më të afërt që rrethojnë një atom (jon) të caktuar quhet numri i koordinimit.

Ekzistojnë tre mënyra për të përshkruar strukturat kristalore.

1 Metoda e paraqitjes së strukturave me sfera.

2 Metoda e paraqitjes së strukturave duke vizatuar qendrat e gravitetit të topave.

3 Metoda e paraqitjes së strukturave me poliedra koordinuese - kjo metodë është e përshtatshme për paraqitjen e strukturave komplekse. Meqenëse mineralet e ndryshme përbëhen nga struktura kristalore të formave të ndryshme (oktaedri, kubi, etj.).

Struktura e substancave kristalore përcaktohet si nga forma e vetë poliedrave të koordinimit ashtu edhe nga natyra e ndërveprimit të tyre të kombinimit, d.m.th. motivi i strukturës.

Ekzistojnë motivet e mëposhtme të strukturave:

1 Motivi koordinues i strukturës. Në këtë rast, të gjitha poliedrat e koordinimit janë të lidhura me njëra-tjetrën nga fytyrat dhe skajet e përbashkëta.

2 Ishullioh struktura e motivit. Polyedrat e ndara të koordinimit nuk prekin njëra-tjetrën dhe janë të lidhura me anë të kationeve dhe anioneve të përbashkëta.

3 Motive me zinxhir dhe fjongo strukturat. Në këtë rast, poliedrat e koordinimit janë të lidhura me njëra-tjetrën në zinxhirë të pafund të shtrirë në një drejtim.

4 motiv me shtresa strukturat. Polyedrat koordinuese janë të lidhura me njëra-tjetrën në shtresa të pafundme në dy dimensione. Brenda shtresës, poliedrat individualë janë afër njëra-tjetrës. Shtresat individuale janë të vendosura në një distancë të konsiderueshme nga njëra-tjetra.

5 Motivi i kornizës strukturat. Në këtë rast, të gjitha figurat e koordinimit lidhen me njëra-tjetrën me vetëm një kulm në korniza që janë të pafundme në tre dimensione.

Motivi i strukturave të vendosjes së kristalit përcakton shumë veti fizike.

Kështu, vetitë fizike të substancave kristalore përcaktohen kryesisht nga përbërja e vetë atomeve dhe joneve që përbëjnë strukturat kristalore (pesha specifike, ngjyra), lloji i lidhjes (përçueshmëria elektrike, përçueshmëria termike, ngurtësia, lakueshmëria, tretshmëria). , dhe motivi i strukturës (ngurtësia).

4 . Defekte në kristale

Kristalet metalike janë zakonisht të vogla. Prandaj, një produkt metalik përbëhet nga një numër shumë i madh kristalesh.

Një strukturë e tillë quhet polikristaline. Në një agregat polikristalor, kristalet individuale nuk janë në gjendje të marrin formën e duhur. Kristalet me formë të çrregullt në një agregat polikristalor quhen kokrra, ose kristalitet. Megjithatë, kjo gjendje nuk është e vetmja. Deformimi plastik i ftohtë (rrokullisje, vizatim, etj.) çon në orientim preferencial të kokrrizave (teksturë). Shkalla e orientimit preferencial mund të jetë e ndryshme dhe varion nga një shpërndarje e rastësishme në një gjendje ku të gjithë kristalet orientohen në të njëjtën mënyrë.

Me një largim shumë të ngadaltë të nxehtësisë gjatë kristalizimit, si dhe me ndihmën e metodave të tjera speciale, mund të fitohet një copë metali, e cila është një kristal i vetëm, i ashtuquajturi. një kristal. Kristale të vetme me përmasa të mëdha (me peshë disa qindra gram) bëhen për kërkime shkencore, si dhe për disa degë të veçanta të teknologjisë (gjysmëpërçuesit).

Studimet kanë treguar se struktura e brendshme kristalore e kokrrës nuk është e saktë.

Devijimet nga renditja ideale e atomeve në kristale quhen defektet. Ata kanë një ndikim të madh, ndonjëherë vendimtar në vetitë e substancave kristalore.

Rregullimi i gabuar i atomeve individuale në rrjetën kristalore krijon defekte në pikë. Në një kristal të përbërë nga atome identike, për shembull, në një kristal metalik, një nga atomet mund të mungojë në një pjesë të rrjetës. Në vend të saj do të ketë një zgavër, rreth saj - një strukturë e shtrembëruar. Një defekt i tillë quhet vend i lirë pune. Nëse një atom i një lënde të caktuar ose një atom papastërti bie midis atomeve në vendet e rrjetës, atëherë defekt i ngulitjes(Figura 9).

Fotografia bëhet më e ndërlikuar në kalimin nga një kristal metalik në atë jonik. Këtu duhet të respektohet elektroneutraliteti; prandaj, formimi i defekteve shoqërohet me një rishpërndarje të ngarkesave. Kështu, shfaqja e një vakante kationi shoqërohet me shfaqjen e një boshllëku të anionit; ky lloj defekti në një kristal jonik quhet defekt Schottky. Futja e një joni në një interstice shoqërohet me shfaqjen e një vendi bosh në vendin e tij të mëparshëm, i cili mund të konsiderohet si qendër e një ngarkese të shenjës së kundërt; këtu kemi një defekt. Frenkel. Këta emra janë dhënë për nder të shkencëtarit austriak Schottky dhe fizikantit sovjetik Ya.I. Frenkel.

Defektet në pikë lindin për arsye të ndryshme, duke përfshirë si rezultat i lëvizjes termike të grimcave. Vendet e lira mund të lëvizin rreth kristalit - një atom fqinj bie në zbrazëti, vendi i tij lirohet, etj. Kjo shpjegon difuzionin në trupa të ngurtë dhe përçueshmërinë jonike të kripës dhe kristaleve të oksidit, të cilat bëhen të dukshme në temperatura të larta.

Përveç defekteve pika të konsideruara në kristale, ka gjithmonë gjithashtu dislokimet- defekte që lidhen me zhvendosjen e rreshtave të atomeve. Dislokimet janë buzë dhe vidë. Të parat janë për shkak të thyerjes së planeve të mbushura me atome; e dyta - nga zhvendosja e ndërsjellë e boshtit pingul me të. Zhvendosjet mund të lëvizin rreth kristalit; ky proces ndodh gjatë deformimit plastik të materialeve kristalore.

Imagjinoni që për ndonjë arsye një gjysmë plan shtesë atomesh u shfaq në rrjetën kristalore, i ashtuquajturi ekstraplan(Figura 10). Formohet skaji 3-3 i një rrafshi të tillë defekt i linjës(papërsosmëri) i grilës, që quhet dislokimi i buzës. Një zhvendosje e skajit mund të shtrihet në gjatësi mbi mijëra parametra grilë, mund të jetë i drejtë, por gjithashtu mund të përkulet në një drejtim ose në një tjetër. Në kufi, ajo mund të rrotullohet në një spirale, duke formuar një zhvendosje të vidës. Një zonë e shtrembërimit të rrjetës elastike lind rreth dislokimit. Distanca nga qendra e defektit në vendin e grilës pa shtrembërim merret e barabartë me gjerësinë e dislokimit; është e vogël dhe e barabartë me disa distanca atomike.

a - vende të lira pune; b - atom i zëvendësuar; atom të ngulitur

Figura 9. Skema e defekteve në pikë

Figura 10. Dislokimi në rrjetën kristalore

Figura 11. Lëvizja e një dislokimi

Për shkak të shtrembërimit të grilës në zonën e dislokimeve (Figura 11, a), kjo e fundit zhvendoset lehtësisht nga pozicioni neutral, dhe rrafshi fqinj, duke kaluar në një pozicion të ndërmjetëm (Figura 11, b), shndërrohet në një plan shtesë (Figura 11, c), duke formuar një zhvendosje përgjatë atomeve të skajit. Kështu, një dislokim mund të lëvizë (ose më mirë, të transmetohet si një garë stafetë) përgjatë një rrafshi të caktuar (avioni i rrëshqitjes) i vendosur pingul me rrafshin shtesë. Sipas ideve moderne, në metalet e zakonshme të pastra, dendësia e dislokimit, d.m.th. numri i dislokimeve në 1 cm 3 kalon një milion.Vetitë mekanike të metaleve varen nga numri i dislokimeve dhe veçanërisht nga aftësia e tyre për të lëvizur dhe shumëzuar.

Kështu, rregullsia e strukturës kristalore cenohet nga dy lloje defektesh - pika ( vende të lira pune) dhe lineare ( dislokimet). Vendet e lira lëvizin vazhdimisht në rrjetë kur një atom ngjitur me të kalon në një "vrimë", duke e lënë vendin e tij të vjetër bosh. Një rritje e temperaturës dhe lëvizshmërisë termike të atomeve rrit numrin e ngjarjeve të tilla dhe rrit numrin e vendeve të lira.

Defektet lineare nuk lëvizin spontanisht dhe në mënyrë kaotike, si vendet e lira. Sidoqoftë, mjafton një stres i vogël që dislokimi të fillojë të lëvizë, duke formuar një plan dhe në seksion, një vijë rrëshqitjeje. NGA(Figura 12). Siç u përmend më lart, rreth dislokimeve krijohet një fushë e një rrjete kristalore të shtrembëruar. Energjia e shtrembërimit të rrjetës kristalore karakterizohet nga të ashtuquajturat Vektori i Burgers.

Figura 12. Rrafshi prerës (C) si gjurmë e lëvizjes së një dislokimi (A-A); B-ekstraplan

Nëse një kontur ABCD vizatohet rreth dislokimit + (Figura 13), atëherë seksioni i konturit BC do të përbëhet nga gjashtë segmente dhe seksioni AB nga pesë. Diferenca BC-AD=b, ku b është madhësia e vektorit Burgers. Nëse disa dislokime (zonat e shtrembërimit të rrjetës kristalore që mbivendosen ose bashkohen) rrethohen me një kontur, atëherë vlera e tij korrespondon me shumën e vektorëve Burgers të çdo dislokimi. Aftësia për të lëvizur dislokimet lidhet me madhësinë e vektorit Burgers.

Figura 13. Skema për përcaktimin e vektorit Burgers për një dislokim linear

4.1 Defektet sipërfaqësore

Defektet e rrjetës sipërfaqësore përfshijnë gabimet e grumbullimit dhe kufijtë e kokrrizave.

Defekt në paketim. Gjatë lëvizjes së një dislokimi të plotë të zakonshëm, atomet bëhen në mënyrë sekuenciale nga një pozicion ekuilibri në tjetrin, dhe gjatë lëvizjes së një dislokimi të pjesshëm, atomet lëvizin në pozicione të reja që nuk janë tipike për një rrjetë të caktuar kristalore. Si rezultat, shfaqet një defekt në paketim në material. Shfaqja e gabimeve të grumbullimit shoqërohet me lëvizjen e dislokimeve të pjesshme.

Në rastin kur energjia e gabimit të stivimit është e lartë, ndarja e dislokimit në të pjesshme është energjikisht e pafavorshme, dhe në rastin kur energjia e gabimit të stivimit është e ulët, dislokimet ndahen në të pjesshme dhe një grumbullim. mes tyre shfaqet faji. Materialet me energji të ulët të gabimit të grumbullimit janë më të fortë se materialet me energji të lartë të gabimit të grumbullimit.

kufijtë e grurit janë një rajon i ngushtë tranzicioni ndërmjet dy kristaleve me formë të çrregullt. Gjerësia e kufijve të kokrrizave, si rregull, është 1.5-2 distanca ndëratomike. Meqenëse atomet në kufijtë e kokrrizave janë zhvendosur nga pozicioni i ekuilibrit, energjia e kufijve të kokrrizave rritet. Energjia e kufirit të kokrrizave në thelb varet nga këndi i keqorientimit të rrjetave kristalore të kokrrizave fqinje. Në kënde të vogla të keqorientimit (deri në 5 gradë), energjia kufitare e kokrrizave është praktikisht proporcionale me këndin e keqorientimit. Në këndet e orientimit të gabuar që tejkalojnë 5 gradë, dendësia e dislokimeve në kufijtë e kokrrizave bëhet aq e lartë saqë bërthamat e dislokimit bashkohen.

Varësia e energjisë kufitare të kokrrizave (Egr) nga këndi i keqorientimit (q). qsp 1 dhe qsp 2 - kënde të keqorientimit të kufijve të veçantë.

Në kënde të caktuara të keqorientimit të kokrrave fqinje, energjia e kufijve të kokrrizave zvogëlohet ndjeshëm. Kufij të tillë të kokrrave quhen të veçantë. Prandaj, këndet e orientimit të gabuar të kufijve, në të cilat energjia e kufijve është minimale, quhen kënde të veçanta. Përsosja e kokrrave çon në një rritje të rezistencës elektrike të materialeve metalike dhe një ulje të rezistencës elektrike të dielektrikëve dhe gjysmëpërçuesve.

5 . Struktura atomiko-kristaline

Çdo substancë mund të jetë në tre gjendje grumbullimi - të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë.

Një substancë e ngurtë nën ndikimin e gravitetit ruan formën e saj, dhe një lëng përhapet dhe merr formën e një ene. Megjithatë, ky përkufizim nuk është i mjaftueshëm për të karakterizuar gjendjen e materies.

Për shembull, xhami i fortë zbutet kur nxehet dhe gradualisht kthehet në një gjendje të lëngshme. Tranzicioni i kundërt gjithashtu do të ndodhë pa probleme - qelqi i lëngshëm trashet me uljen e temperaturës dhe, më në fund, trashet në një gjendje "të ngurtë". Xhami nuk ka një temperaturë specifike të kalimit nga një gjendje e lëngshme në një gjendje "të ngurtë" dhe nuk ka temperaturë (pikë) të një ndryshimi të mprehtë të vetive. Prandaj, është e natyrshme të konsiderohet xhami "i ngurtë" si një lëng fort i trashë.

Rrjedhimisht, kalimi nga gjendja e ngurtë në të lëngshme dhe nga gjendja e lëngët në të ngurtë (si dhe nga e gazta në të lëngshme) ndodh në një temperaturë të caktuar dhe shoqërohet me një ndryshim të mprehtë të vetive.

Te gazet, nuk ka rregullsi në renditjen e grimcave (atomeve, molekulave); grimcat lëvizin rastësisht, sprapsin njëra-tjetrën dhe gazi tenton të zërë sa më shumë vëllim.

Në trupat e ngurtë, rregullimi i atomeve është i sigurt, i rregullt, forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes reciproke janë të balancuara dhe trupi i ngurtë ruan formën e tij.

Figura 14. Zonat e gjendjes së ngurtë, të lëngët dhe të gaztë në varësi të temperaturës dhe presionit

Në një lëng, grimcat (atomet, molekulat) ruajnë vetëm të ashtuquajturat rend i ngushtë, ato. në hapësirë, një numër i vogël atomesh vendosen rregullisht, dhe jo atome të të gjithë vëllimit, si në një trup të ngurtë. Rendi me rreze të shkurtër është i paqëndrueshëm: ose lind ose zhduket nën veprimin e dridhjeve termike energjike. Kështu, gjendja e lëngshme është, si të thuash, e ndërmjetme midis të ngurtë dhe të gaztë; në kushte të përshtatshme, një kalim i drejtpërdrejtë nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të gaztë është e mundur pa shkrirje të ndërmjetme - sublimimi(Figura 14). Rregullimi i saktë, i rregullt i grimcave (atomeve, molekulave) në hapësirë ​​karakterizon gjendje kristalore.

Struktura kristalore mund të imagjinohet si një rrjetë hapësinore, në nyjet e së cilës ndodhen atomet (Figura 15).

Tek metalet, në nyjet e rrjetës kristalore, nuk ka atome, por jo me ngarkesë pozitive dhe ndërmjet tyre lëvizin elektronet e lira, por zakonisht thuhet se në nyjet e rrjetës kristalore ka atome.

Figura 15. Qelizë kristalore elementare (kubike e thjeshtë)

5. 2 Rrjeta kristalore të metaleve

Gjendja kristalore karakterizohet kryesisht nga një rregullim i caktuar, i rregullt i atomeve në hapësirë . Kjo përcakton që në një kristal çdo atom ka të njëjtin numër të atomeve më të afërt - fqinjë të vendosur në të njëjtën distancë prej tij. Dëshira e atomeve (joneve) metalike për t'u vendosur sa më afër njëri-tjetrit, më të dendura, çon në faktin se numri i kombinimeve të rregullimit të ndërsjellë të atomeve metalike në kristale është i vogël.

Ekzistojnë një numër skemash dhe metodash për përshkrimin e varianteve të rregullimit të ndërsjellë të atomeve në një kristal. Rregullimi i ndërsjellë i atomeve në një nga rrafshet është paraqitur në diagramin e rregullimit atomik (Figura 15). Vijat imagjinare të vizatuara nëpër qendrat e atomeve formojnë një rrjetë, në nyjet e së cilës ndodhen atomet (asnjë të ngarkuar pozitivisht); kjo e ashtuquajtura rrafsh kristali. Përsëritje e shumëfishtë e rrafsheve kristalografike të renditura në riprodhime paralele rrjetë kristalore hapësinore, nyjet e të cilave janë vendndodhja e atomeve (joneve). Maten distancat midis qendrave të atomeve fqinje angstroms(1 A 10 -8 cm) ose in kiloix - kX x (1 kX=1,00202 A). Rregullimi i ndërsjellë i atomeve në hapësirë ​​dhe vlera ndërmjet distancave atomike përcaktohen nga analiza e difraksionit me rreze X. Rregullimi i atomeve në një kristal përshkruhet shumë mirë në formën e skemave hapësinore, në formën e të ashtuquajturës qelizat elementare kristalore. Nën qelizën elementare kristal nënkuptohet kompleksi më i vogël i atomeve, i cili, kur përsëritet në hapësirë, ju lejon të riprodhoni rrjetën kristalore hapësinore. Lloji më i thjeshtë i qelizës kristal është grilë kubike. Në një rrjetë të thjeshtë kubike, atomet nuk janë të paketuara mjaftueshëm fort. Dëshira e atomeve metalike për të zënë vendet më afër njëri-tjetrit çon në formimin e grilave të llojeve të tjera: kub në qendër të trupit( figura 16, a), me në qendër fytyrën kub( figura 16, b) dhegjashtëkëndor i mbushur ngushtë(foto 16 , e). Prandaj, metalet kanë një densitet më të lartë se jometalet.

Rrathët që përfaqësojnë atomet janë të vendosura në qendër të kubit dhe përgjatë kulmeve të tij (kubi në qendër të trupit), ose në qendrat e fytyrave dhe përgjatë kulmeve të kubit (kubi në qendër të fytyrës), ose në formën e një gjashtëkëndëshi , brenda të cilit është futur edhe një gjashtëkëndësh përgjysmë, tre atome të rrafshit të sipërm të të cilit janë brenda prizmit gjashtëkëndor (rrjeta gjashtëkëndore).

Metoda e imazhit të rrjetës kristalore e paraqitur në figurën 16 është e kushtëzuar (si çdo tjetër). Mund të jetë më e saktë të përshkruhen atomet në një rrjetë kristalore në formën e topave kontaktues (diagramet majtas në figurën 16). Sidoqoftë, një imazh i tillë i rrjetës kristalore nuk është gjithmonë i përshtatshëm se ai i pranuar (diagramet e djathta në figurën 16).

a - kub në qendër të trupit;

b - fytyrë kub në qendër;

c-gjashtëkëndore e mbyllur

Figura 16. Qelizat elementare kristal

6 . Kristalizimi i metaleve

6 .1 Tri gjendje të lëndës

Çdo substancë, siç dihet, mund të jetë në tre gjendjet e grumbullimit: të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë. Në metalet e pastra, në temperatura të caktuara, ndodh një ndryshim në gjendjen e grumbullimit: gjendja e ngurtë zëvendësohet nga një gjendje e lëngshme në pikën e shkrirjes, gjendja e lëngshme bëhet e gaztë në pikën e vlimit. Temperaturat e tranzicionit varen nga presioni (Figura 17), por në presion konstant ato janë mjaft të përcaktuara.

Temperatura e shkrirjes është një konstante veçanërisht e rëndësishme e vetive të metaleve. Ai ndryshon për metale të ndryshme brenda një gamë shumë të gjerë - nga minus 38.9 ° C, për merkurin - metali më i shkrirë që është në gjendje të lëngshme në temperaturën e dhomës, deri në 3410 ° C për metalin më zjarrdurues - tungsten.

Forca (fortësia) e ulët në temperaturën e dhomës së metaleve të shkrirë (kallaj, plumb, etj.) është kryesisht për shkak të faktit se temperatura e dhomës për këto metale është më pak e largët nga pika e shkrirjes sesa për metalet zjarrduruese.

Gjatë kalimit nga një gjendje e lëngshme në një gjendje të ngurtë, formohet një rrjetë kristali, shfaqen kristale. Një proces i tillë quhet kristalizimi.

Gjendja energjetike e një sistemi që ka një numër të madh grimcash (atomesh, molekulash) të mbuluara nga lëvizja termike karakterizohet nga një funksion i veçantë termodinamik F, i quajtur energji e lirë (energjia e lirë F= (U - TS), ku U - energjia e brendshme e sistemit; T- temperaturë absolute; S-entropia).

Figura 17. Ndryshimi i energjisë së lirë të gjendjes së lëngët dhe kristalore në varësi të temperaturës

Në një temperaturë të barabartë me T s, energjitë e lira të gjendjes së lëngët dhe të ngurtë janë të barabarta, metali në të dyja gjendjet është në ekuilibër. Kjo temperaturë T s dhe hani ekuilibri ose temperatura teorike e kristalizimit.

Megjithatë, kur T s procesi i kristalizimit (shkrirjes) nuk mund të ndodhë, pasi në një temperaturë të caktuar

Për të filluar kristalizimin, është e nevojshme që procesi të jetë termodinamikisht i favorshëm për sistemin dhe të shoqërohet me një ulje të energjisë së lirë të sistemit. Nga kthesat e paraqitura në figurën 17, mund të shihet se kjo është e mundur vetëm kur lëngu ftohet nën pikën T s. Temperatura në të cilën praktikisht fillon kristalizimi mund të quhet temperatura aktuale e kristalizimit.

Ftohja e një lëngu nën temperaturën e kristalizimit të ekuilibrit quhet hipotermia. Këto arsye përcaktojnë gjithashtu se transformimi i kundërt nga gjendja kristalore në gjendje të lëngshme mund të ndodhë vetëm mbi temperaturën T s ky fenomen quhet mbinxehje.

Vlera ose shkalla e superftohjes është ndryshimi midis temperaturave teorike dhe aktuale të kristalizimit.

Nëse, për shembull, temperatura teorike e kristalizimit të antimonit është 631°C, dhe para fillimit të procesit të kristalizimit, antimoni i lëngshëm është superftuar në 590°C dhe është kristalizuar në këtë temperaturë, atëherë shkalla e superftohjes P përcaktohet nga diferenca 631-590=41°C. Procesi i kalimit të një metali nga një gjendje e lëngshme në një gjendje kristalore mund të përshkruhet me kthesa në koordinatat kohë - temperaturë (Figura 18).

Ftohja e metalit në gjendje të lëngshme shoqërohet me një ulje graduale të temperaturës dhe mund të quhet ftohje e thjeshtë, pasi nuk ka ndryshim cilësor në gjendje.

Kur arrihet temperatura e kristalizimit, një platformë horizontale shfaqet në kurbën temperaturë-kohë, pasi heqja e nxehtësisë kompensohet nga nxehtësia e lëshuar gjatë kristalizimit. nxehtësia latente e kristalizimit. Në fund të kristalizimit, d.m.th. pas kalimit të plotë në gjendjen e ngurtë, temperatura fillon të ulet përsëri, dhe trupi i ngurtë kristalor ftohet. Teorikisht, procesi i kristalizimit përfaqësohet nga kurba 1 . Kurba 2 tregon procesin aktual të kristalizimit. Lëngu ftohet vazhdimisht në temperaturën e nënftohjes T p , nën temperaturën teorike të kristalizimit T s. Kur ftohet nën temperaturë T s krijohen kushte energjitike që janë të nevojshme që procesi i kristalizimit të vazhdojë.

Figura 18. Lakoret e ftohjes gjatë kristalizimit

6 .2 Mekanizmiprocesi i kristalizimit

Në vitin 1878, D.K. Chernov, duke studiuar strukturën e çelikut të derdhur, vuri në dukje se procesi i kristalizimit përbëhet nga dy procese elementare. Procesi i parë është lindja e grimcave më të vogla të kristaleve, të cilat Chernov i quajti "rudimente", dhe tani ato quhen mikrobet, ose qendrat e kristalizimit. Procesi i dytë konsiston në rritjen e kristaleve nga këto qendra.

Madhësia minimale e një mikrobi të aftë për rritje quhet madhësia kritike e embrionit, dhe embrioni i tillë quhet të qëndrueshme.

Forma e formacioneve kristalore

Interesi aktual i kristalizimit është i ndërlikuar nga veprimi i faktorëve të ndryshëm që ndikojnë në proces në një masë kaq të fortë sa që roli i shkallës së superftohjes mund të bëhet sasiorisht dytësor.

Gjatë kristalizimit nga një gjendje e lëngshme, faktorë të tillë si shpejtësia dhe drejtimi i largimit të nxehtësisë, prania e grimcave të patretura, prania e rrymave të konvekcionit të lëngut, etj., bëhen të një rëndësie të madhe për shpejtësinë e procesit dhe për formën. e kristaleve që rezultojnë.

Kristali rritet më shpejt në drejtim të largimit të nxehtësisë sesa në drejtimin tjetër.

Nëse një tuberkuloz shfaqet në sipërfaqen anësore të një kristali në rritje, atëherë kristali fiton aftësinë të rritet në drejtimin anësor. Si rezultat, formohet një kristal i ngjashëm me pemën, i ashtuquajturi dendrit, struktura skematike e së cilës, e përshkruar për herë të parë nga D.K. Chernov, është paraqitur në Figurën 19.

Figura 19. Skema e një dendriti

Struktura e shufrës

Struktura e shufrës së derdhur përbëhet nga tre zona kryesore (Figura 20). Zona e parë - në natyrë lëvozhga me kokërr të imët 1, i përbërë nga kristale të vegjël të çorientuar - dendritë. Në kontaktin e parë me muret e kallëpit në një shtresë të hollë ngjitur prej metali të lëngshëm, ndodh një gradient i mprehtë i temperaturës dhe fenomeni i superftohjes, duke çuar në formimin e një numri të madh qendrash kristalizimi. Si rezultat, korja merr një strukturë të imët.

Zona e dytë e shufrës - zona e kristaleve kolone 2. Pas formimit të vetë kores, kushtet për heqjen e nxehtësisë ndryshojnë (për shkak të rezistencës termike, për shkak të rritjes së temperaturës së murit të mykut dhe arsyeve të tjera), gradienti i temperaturës në shtresën metalike të lëngshme ngjitur zvogëlohet ndjeshëm dhe, për rrjedhojë zvogëlohet shkalla e superftohjes së çelikut. Si rezultat, nga një numër i vogël qendrash kristalizimi, kristalet kolone të orientuara normalisht në sipërfaqen e kores (dmth. në drejtim të heqjes së nxehtësisë) fillojnë të rriten.

Zona e tretë e shufrës - zonë kristalore ekuiakse3 . Në qendër të shufrës, nuk ka më një drejtim të caktuar të transferimit të nxehtësisë. "Temperatura e metalit ngurtësues ka kohë të barazohet pothuajse plotësisht në pika të ndryshme, dhe lëngu kthehet në një gjendje të butë, si të thuash, për shkak të formimit të elementeve të kristaleve në pikat e tij të ndryshme. Më tej, rudimentet rriten me sëpata - degë në drejtime të ndryshme, duke u takuar me njëri-tjetrin "(Chernov D.K.). Si rezultat i këtij procesi, formohet një strukturë ekuiakse. Bërthamat e kristalit këtu janë zakonisht përfshirje të ndryshme të vogla që janë të pranishme në çelikun e lëngshëm, ose kanë hyrë aksidentalisht në të, ose nuk janë tretur në metal të lëngshëm (-përbërës zjarrdurues).

Shpërndarja relative në vëllimin e shufrës së zonës së kristaleve kolone dhe të barabarta ka rëndësi të madhe.

Në zonën e kristaleve kolone, metali është më i dendur, përmban më pak predha dhe flluska gazi. Sidoqoftë, kryqëzimet e kristaleve kolone kanë forcë të ulët. Kristalizimi që çon në bashkimin e zonave të kristaleve kolone quhet transkristalizimi.

Metali i lëngshëm ka një vëllim më të madh se ai i kristalizuar, kështu që metali i derdhur në kallëp gjatë kristalizimit zvogëlohet në vëllim, gjë që çon në formimin e zbrazëtirave, të quajtura predhat e tkurrjes; zgavrat e tkurrjes mund të përqendrohen ose të përqendrohen në një vend, ose të shpërndahen në të gjithë vëllimin e shufrës ose në një pjesë të tij. Ato mund të mbushen me gazra që janë të tretshëm në metalin e lëngshëm, por që lirohen gjatë kristalizimit. Në pus të deoksiduar të ashtuquajturat çelik i qetë, e hedhur në një kallëp me një shtrirje të izoluar, në pjesën e sipërme të shufrës formohet një zgavër tkurrjeje dhe vëllimi i të gjithë shufrës përmban një numër të vogël flluskash dhe zgavrash gazi (Figura 21, a). i deoksiduar në mënyrë të pamjaftueshme, i ashtuquajturi çeliku të vluar, përmban predha dhe flluska në të gjithë (Figura 21, b).

Figura 20. Skema e strukturës së një shufër çeliku

Figura 21. Shpërndarja e zgavrës së tkurrjes dhe zbrazëtirave në çeliqet e qeta (a) dhe të vluara (b)

7 . Deformimi i metalit

7.1 Deformim elastik dhe plastik

Ushtrimi i stresit në një material shkakton deformim. Deformimi mund të jetë elastike, zhduket pas heqjes së ngarkesës dhe plastike, mbetur pas shkarkimit.

Deformimet elastike dhe plastike kanë një ndryshim të thellë fizik.

Gjatë deformimit elastik nën veprimin e një force të jashtme, distanca midis atomeve në rrjetën kristalore ndryshon. Heqja e ngarkesës eliminon shkakun që shkaktoi ndryshimin e distancës ndëratomike, atomet kthehen në vendet e tyre origjinale dhe deformimi zhduket.

Deformimi plastik është një proces krejtësisht i ndryshëm, shumë më kompleks. Gjatë deformimit plastik, njëra pjesë e kristalit lëviz (zhvendos) në raport me tjetrën. Nëse ngarkesa hiqet, atëherë pjesa e zhvendosur e kristalit nuk do të kthehet në vendin e saj të vjetër; deformimi do të mbetet. Këto ndërrime zbulohen nga ekzaminimi mikrostrukturor, siç tregohet, për shembull, në Figurën 22.

Dokumente të ngjashme

Morfologjia e mineraleve si trupa kristalorë dhe amorfë, shkalla Mohs. Vetitë e mineraleve të përdorura në diagnostikimin makroskopik. Moti i shkëmbinjve. Burimi i energjisë, faktorët, llojet e motit, rezultati gjeologjik: korja e motit.

test, shtuar 29.01.2011


Vetitë optike dhe elektrike të mineraleve, fushat e përdorimit të mineraleve në shkencë dhe teknologji. Karakteristikat e mineraleve të klasës "fosfate". Shkëmbinjtë sedimentarë klastikë, depozitimet e grafitit, karakterizimi i llojeve gjenetike të depozitimeve.

test, shtuar më 20.12.2010


Studimi i gjenezës së mineraleve si proces i origjinës së çdo formacioni gjeologjik. Llojet kryesore të gjenezës: endogjene, ekzogjene dhe metamorfike. Metodat për rritjen e kristaleve: nga avulli, tretësira hidrotermale, faza e lëngshme dhe e ngurtë.

abstrakt, shtuar më 23.12.2010


Deformimi i trupit si një ndryshim në formën dhe vëllimin e trupit nën veprimin e forcave të jashtme, varietetet e tij: elastike, plastike, të mbetura, të brishta. Struktura e rrudhave, përbërësit dhe studimi i tyre, klasifikimi morfologjik, kushtet gjeologjike të formimit.

prezantim, shtuar 23.02.2015


Parimet e klasifikimit të kristaleve. Vetitë fizike, origjina dhe aplikimi i mineraleve të klasës së tungstatit. Veçoritë e trupave amorfë. Vetitë e substancave kristalore. Mineralet e metalurgjisë së zezë me origjinë sedimentare, mekanizmi i formimit të tyre.

test, shtuar 04/03/2012


Morfologjia e mineraleve, vetitë e tyre, varësia e përbërjes dhe strukturës. Zhvillimi i mineralogjisë, lidhja me shkencat e tjera të tokës. Format e mineraleve në natyrë. Habitusi i mineraleve natyrore dhe artificiale, dendësia dhe brishtësia e tyre specifike. Shkalla e fortësisë Mohs.

prezantim, shtuar 25.01.2015


Koncepti dhe vendi në natyrë i mineraleve, struktura dhe rëndësia e tyre në trupin e njeriut, përcaktimi i dozave të nevojshme për shëndetin. Historia e studimit të mineraleve nga kohërat e lashta deri në ditët e sotme. Klasifikimi i mineraleve, vetitë e tyre fizike dhe kimike.

abstrakt, shtuar 22.04.2010


Vetitë fizike të mineraleve dhe përdorimi i tyre si veçori diagnostikuese. Koncepti i shkëmbinjve dhe parimet themelore të klasifikimit të tyre. Mbrojtja e natyrës në zhvillimin e vendburimeve minerale. Përpilimi i seksioneve gjeologjike.

punë kontrolli, shtuar 16.12.2015


Formimi i oksideve të lidhura me procese të ndryshme gjeologjike: endogjene, ekzogjene dhe metamorfike. Vetitë fizike të arsenolitit - një mineral i rrallë, oksid arseniku. Formula kimike, morfologjia, varietetet dhe formimi i kuarcit.

prezantim, shtuar 02/05/2016


Përkufizimi dhe kuptimi i gjenezës, paragjenezës, tipomorfizmit dhe veçorive të tjera gjenetike të mineraleve. Rëndësia e mineralogjisë gjenetike. Ndryshimet në minerale gjatë proceseve të ndryshme gjeologjike dhe fiziko-kimike dhe në zona të ndryshme të kores së tokës.

Në varësi të strukturës së brendshme, dallohen trupat e ngurtë kristalorë dhe amorfë.

kristalore thërrasin trupat e ngurtë të formuar nga grimcat e materialit të vendosur gjeometrikisht saktë në hapësirë ​​- jonet, atomet ose molekulat. Rregullimi i tyre i rregullt dhe i rregullt formon një rrjetë kristalore në hapësirë ​​- një formacion periodik tredimensional i pafund. Ai dallon nyjet (pikat individuale, qendrat e gravitetit të atomeve dhe joneve), rreshtat (një grup nyjesh që shtrihen në një vijë të drejtë) dhe rrjetet e sheshta (aeroplanët që kalojnë nëpër çdo tre nyje). Forma e saktë gjeometrikisht e kristaleve është kryesisht për shkak të strukturës së tyre rreptësisht të rregullt të brendshme. Rrjetat e rrjetës së kristalit korrespondojnë me faqet e një kristali të vërtetë, kryqëzimet e rrjetave - rreshtave - në skajet e kristaleve, dhe kryqëzimet e skajeve - me majat e kristaleve. Shumica e mineraleve dhe shkëmbinjve të njohur, duke përfshirë materialet e ndërtimit prej guri, janë lëndë të ngurta kristalore.

Të gjithë kristalet kanë një numër të vetive themelore të përbashkëta.

Uniformiteti i strukturës- i njëjti model i rregullimit të ndërsjellë të atomeve në të gjitha pjesët e vëllimit të rrjetës së tij kristalore.

Anizotropia - ndryshimi në vetitë fizike të kristaleve (përçueshmëria termike, fortësia, elasticiteti dhe të tjera) në drejtimet paralele dhe joparalele të rrjetës kristalore. Vetitë e kristaleve janë të njëjta në drejtime paralele, por jo të njëjta në ato joparalele.

Aftësia për të kufizuar veten, ato. marrin formën e një poliedri të rregullt me ​​rritjen e lirë të kristaleve.

Simetria- mundësia e kombinimit të një kristali ose pjesëve të tij me transformime të caktuara simetrike që korrespondojnë me simetrinë e rrjetave të tyre hapësinore.

amorfe ose mineraloidet quhen trupa të ngurtë, të karakterizuar nga një renditje e çrregullt, kaotike (si në një lëng) të grimcave përbërëse të saj (atome, jone, molekula), për shembull, qelqi, rrëshira, plastika etj. Një substancë amorfe dallohet nga izotropia e saj. vetitë, mungesa e një pike shkrirjeje të përcaktuar qartë dhe formës natyrore gjeometrike.

Studimi i formave kristalore të mineraleve ka treguar se bota e kristaleve dallohet nga simetria, e cila vërehet mirë në formën gjeometrike të prerjes së tyre.

Një objekt konsiderohet simetrik nëse mund të kombinohet me vetveten me transformime të caktuara: rrotullime, reflektime në rrafshin e pasqyrës, reflektim në qendër të simetrisë. Imazhet gjeometrike (rrafshët ndihmës, vijat e drejta, pikat), me ndihmën e të cilave arrihet shtrirja, quhen elemente simetrie. Këto përfshijnë boshtet e simetrisë, rrafshet e simetrisë, qendrën e simetrisë (ose qendrën e përmbysjes).

Qendra e simetrisë (emërtimi C) është një pikë njëjës brenda figurës, kur vizatohet përmes së cilës çdo vijë e drejtë do të takohet në një distancë të barabartë prej saj të njëjtat dhe të kundërta pjesë të figurës. Rrafshi i simetrisë (emërtimi P) është një rrafsh imagjinar që e ndan figurën në dy pjesë të barabarta në mënyrë që njëra nga pjesët të jetë pasqyrë e tjetrës. Boshti i simetrisë është një vijë e drejtë imagjinare, kur rrotullohet rreth saj në një kënd specifik, të njëjtat pjesë të figurës përsëriten.

Këndi më i vogël i rrotullimit rreth boshtit, që çon në një kombinim të tillë, quhet këndi elementar i rrotullimit të boshtit të simetrisë. "a". Vlera e tij përcakton rendin e boshtit të simetrisë "P", e cila është e barabartë me numrin e vetëkoincidencave me një rrotullim të plotë të figurës me 360 ​​° (P = 360/a). Boshtet e simetrisë shënohen me shkronjë L me një indeks numerik që tregon rendin e boshtit - L n .Është vërtetuar se në kristalet vetëm boshtet e sekondës ( L 2), e treta ( b b), e katërta (L 4) dhe rendi i gjashtë (L6). Akset e L 3 të tretë, e katërta L 4 dhe i gjashti L 6 urdhrat konsiderohen si akse të rendit më të lartë.

Kthim përmbysje (ose përmbysje) (emërtim Lin) ata e quajnë një vijë imagjinare, kur rrotullohet rreth së cilës në një kënd specifik, e ndjekur nga reflektimi në pikën qendrore të figurës, si në qendër të simetrisë, figura kombinohet me vetveten. Për kristalet tregohet se është e mundur vetëm ekzistenca e boshteve të inversionit të rendit të mëposhtëm L n , L a , L iV L i4 , L i6. Grupi i plotë i elementeve të simetrisë së një poliedri kristalor quhet lloji i simetrisë. Ekzistojnë vetëm 32 klasa simetrie (Tabela 1.1). Secila prej tyre karakterizohet nga formula e saj e simetrisë. Ai përbëhet nga elemente simetrie kristalore të shkruara në një rresht në rendin e mëposhtëm: boshtet e simetrisë (nga rendet më të larta në më të ulëtat), rrafshet e simetrisë, qendra e simetrisë. Për shembull, formula e simetrisë për një kub është 3Z 4 4L 3 6Z 2 9PC (tre boshte të rendit të katërt, katër boshte të rendit të tretë, gjashtë boshte të rendit të dytë, nëntë rrafshe të simetrisë, qendra e simetrisë).

Sipas simetrisë dhe drejtimeve kristalografike, 32 lloje të simetrisë ndahen në tre kategori: e ulët, e mesme, e lartë. Kristalet e kategorisë më të ulët - më pak simetrikët me një anizotropi të theksuar të vetive, nuk kanë akse simetrie më të larta se rendi i dytë. Kristalet e kategorisë së mesme karakterizohen nga prania e një boshti kryesor që përkon me boshtin e simetrisë së rendit më të lartë se 2, d.m.th. me bosht të rendit 3, 4 ose 6, i thjeshtë ose i përmbysur. Për kristalet e kategorisë më të lartë, prania e katër akseve të rendit të tretë është e detyrueshme. Tre kategori ndahen në 7 singoni. Singony kombinon kristalet me të njëjtën simetri dhe me të njëjtin rregullim të boshteve kristalografike. Kategoria më e ulët përfshin sistemet triklinike, monoklinike dhe rombike, kategoria e mesme përfshin sistemet trigonale, tetragonale dhe gjashtëkëndore dhe kategoria më e lartë përfshin sistemet kubike.

Rendi i strukturës së brendshme të kristaleve, prania në të e një periodiciteti tre-dimensionale në rregullimin e grimcave materiale përcakton formën e saktë të jashtme të kristaleve. Çdo mineral ka formën e tij specifike të kristaleve, për shembull, kristalet e kristaleve të shkëmbinjve kanë formën e prizmave gjashtëkëndore, të kufizuara nga piramidat gjashtëkëndore. Kripa e gurit, piriti dhe kristalet e fluorit gjenden shpesh në forma kubike të zhvilluara mirë. Një formë e thjeshtë e një poliedri kristalor është një grup fytyrash të barabarta (në formë dhe madhësi) të ndërlidhura nga elementët e tij simetrik. Një formë e kombinuar është një shumëfaqësh e shfaqur nga dy ose më shumë forma të thjeshta. Janë vendosur gjithsej 47 forma të thjeshta: në kategorinë më të ulët - 7 forma të thjeshta, në mes - 25, në më të lartat - 15. Rregullimi i ndërsjellë i fytyrave në hapësirë ​​përcaktohet në lidhje me boshtet koordinative dhe disa faqe fillestare. , duke përdorur simbole kristalografike. Çdo formë e thjeshtë ose kombinim i formave të thjeshta përshkruhet nga një grup simbolesh, për shembull, për një kub, simbolet janë gjashtë fytyrat e tij: (100), (010), (001), (100), (010) dhe 001).

Tabela 1.1

Mineralet, të karakterizuara nga një strukturë kristalore, kanë një lloj të caktuar rrjetash kristalore, grimcat në të cilat mbahen nga lidhje kimike. Bazuar në konceptin e elektroneve të valencës, ekzistojnë katër lloje kryesore lidhje kimike: 1) jonike ose heteropolare (halit mineral), 2) kovalente ose homeopolare (diamanti mineral), 3) metalik (ari mineral), 4) molekular ose van der Waals. Natyra e lidhjes ndikon në vetitë e substancave kristalore (brishtësia, ngurtësia, lakueshmëria, pika e shkrirjes, etj.). Prania e një lloji të lidhjes (struktura homodesmike) ose e disa llojeve (struktura heterodesmike) është e mundur në një kristal.

Përbërja dhe struktura reale e mineraleve ndryshojnë nga ato ideale, të shprehura në formula kimike dhe skema strukturore të formimit të mineraleve. Variacionet e tyre konsiderohen në kuadrin e koncepteve teorike të polimorfizmit dhe izomorfizmit. Polimorfizmi- transformimi i strukturës së një përbërjeje kimike pa ndryshuar përbërjen e tij kimike nën ndikimin e kushteve të jashtme (temperatura, presioni, aciditeti i mediumit, etj.). Ekzistojnë dy lloje tranzicionesh: të kthyeshme - enantiotropike (modifikime të ndryshme Si0 2: kuarc - tridimit - kristobalit) dhe i pakthyeshëm - monotrop (modifikimet C: grafit - diamant). Nëse një tranzicion i tillë ndodh me ruajtjen e formës së kristaleve të mineralit parësor, atëherë lindin pseudomorfoza. Një lloj tjetër polimorfizmi - politipi - shkaktohet nga zhvendosja ose rrotullimi i shtresave identike dy-dimensionale, duke çuar në formimin e varieteteve strukturore. izomorfizëm- ndryshimi i përbërjes kimike të një minerali (zëvendësimi i një joni ose grupi jonik me një jon tjetër ose grup jonesh) duke ruajtur strukturën e tij kristalore. Një kusht i domosdoshëm për zëvendësime të tilla është afërsia e vetive kimike dhe madhësive të joneve që zëvendësojnë njëri-tjetrin. Ekziston një izomorfizëm izovalent (jonet ose atomet që zëvendësojnë njëri-tjetrin kanë të njëjtën valencë) dhe heterovalent (jonet zëvendësues kanë valenca të ndryshme, por struktura mbetet elektrikisht neutrale). Përbërjet kimike me përbërje të ndryshueshme, të formuara si rezultat i izomorfizmit, quhen tretësirë ​​të ngurtë. Në varësi të mekanizmit të formimit, zgjidhjet e ngurta të zëvendësimit (një lloj jonesh zëvendësohet pjesërisht nga një tjetër), futjet (jonet shtesë futen në zbrazëtirat e strukturës-ndërprerjet) dhe zbritjet (disa nga nyjet e rrjetës kristalore janë të lira) dallohen. Zëvendësimet izomorfike në tretësirat e ngurta ndahen në të plota dhe të kufizuara (hyrja e papastërtive në strukturën kristalore brenda kufijve të caktuar). Shkalla e zëvendësimit varet nga ngjashmëria e vetive kimike dhe madhësive të joneve, si dhe nga kushtet termodinamike për formimin e një zgjidhjeje të ngurtë: sa më afër të jenë vetitë kimike dhe aq më i vogël është ndryshimi relativ në rrezet jonike, dhe aq më i lartë temperatura e sintezës, aq më e lehtë është formimi i tretësirave të ngurta izomorfike.

Një ngurtë kristalore karakterizohet nga një rregullim i caktuar i grimcave materiale në hapësirë ​​ose një lloj strukturor (Fig. 1.1). Kristalet që i përkasin të njëjtit lloj strukturor janë të njëjtë deri në ngjashmëri; prandaj për përshkrim tregohen tipi strukturor dhe parametrat (dimensionet) e rrjetës kristalore. Llojet e mëposhtme strukturore janë më të zakonshmet: substancat e thjeshta karakterizohen nga llojet strukturore të bakrit, magnezit, diamantit (Fig. 1.1a) dhe grafitit (Fig. 1.16); për komponimet binare të tipit AB - lloje strukturore NaCl(Fig. 1. 1c), CsCl, sfaleriti ZnS, wurtzite ZnS, nikelinë Nias, për lidhjet binare si AB 2 - Llojet strukturore të fluoritit CaF2, rutile Ti0 2, zmeril А1 2 0 3 , perovskite SATYU 3, spinelet MgAl204.

Oriz. 1.1 Rrjetat kristalore: a) diamant, b) grafit, c) kripë guri

KRISTALOGRAFIA

Kristalografia- një shkencë që studion kristalet, vetitë e tyre, formën e jashtme dhe arsyet e shfaqjes së tyre, të lidhura drejtpërdrejt me mineralogjinë, matematikën (sistemi koordinativ kartezian), fizikën dhe kiminë (çështja e shfaqjes dhe rritjes së kristaleve). Punimet e para ishin bërë nga Platoni, Pitagora etj.

Deri në fillim të shekullit të 19-të, kristalografia ishte përshkruese. Por tashmë në fillim të shekullit të 19-të, matematika dhe fizika u zhvilluan, kështu që kristalografia mori zhvillimin e saj. Sidomos në mesin e shekullit të 20-të, me rritjen e teknologjive të reja, kristalografia mori karakter eksperimental (rritja dhe sintetizimi i kristaleve). Deri më sot, mund të dallohen seksionet e mëposhtme të kristalografisë:

Deri më sot, mund të dallohen seksionet e mëposhtme të kristalografisë:

1. Kristalografia gjeometrike- studion formën e jashtme të kristaleve dhe modelet e strukturës së tyre të brendshme.

2. Kimia e kristaleve- studion marrëdhënien ndërmjet strukturës së brendshme të kristaleve dhe përbërjes kimike të tyre.

3. Kristalografia fizike dhe kimike– studion modelet e formimit dhe të rritjes së kristaleve.

4. Kristalografia fizike- studion vetitë fizike të kristaleve (optike, termike, elektrike etj.), ku disa zona janë shfaqur si shkenca të veçanta (optika kristalore).

Lëndët e ngurta kristalore dhe amorfe

Lëndët e ngurta ndahen në:

1. amorfe, ku grimcat elementare ndodhen rastësisht, në mënyrë të parregullt, gjë që çon në zotërimin e vetive të izotropisë (të njëjtat veti të materies në çdo drejtim). Trupat amorfë janë të paqëndrueshëm dhe me kalimin e kohës bëhen kristalorë (dekkristalizimi).

2. kristalore, karakterizuar nga një rregullim i renditur i grimcave elementare që krijojnë një strukturë kristalore të përfaqësuar nga një rrjetë hapësinore.

Rrjetë kristalore (hapësinore).

Qelizë kristalore- një grup grimcash elementare të vendosura në pikat përkatëse të një grupi të pafund paralelipipedësh që mbushin plotësisht hapësirën, duke qenë të barabarta, të orientuara paralele dhe ngjitur përgjatë gjithë faqeve (Fig. 1).

Elementet e strukturës së rrjetës hapësinore:

1. Nyje- grimcat elementare që zënë një pozicion të caktuar në rrjetë.

2. Rreshti- një grup nyjesh të vendosura në të njëjtën vijë të drejtë përmes një intervali të caktuar të barabartë, i quajtur intervali i rreshtit.

3. rrjetë e sheshtë- një grup nyjesh të vendosura në të njëjtin plan.

4. qelizë elementare- një paralelipiped i vetëm, përsëritja e të cilit formon një rrjetë hapësinore.

Matematikani Auguste Bravais vërtetoi se mund të ketë vetëm 14 rrjeta thelbësisht të ndryshme. Parametrat e qelizës njësi përcaktojnë llojin e rrjetës kristalore.

Kristal- një trup i ngurtë që ka formën e një shumëkëndëshi të rregullt, në të cilin grimcat elementare janë të rregulluara rregullisht në formën e një rrjete kristalore.

Elementet e kufizimit të kristalit:

fytyrat (aeroplanët e lëmuar);

brinjë (vijat e kryqëzimit të fytyrave);

kulm (pika e prerjes së skajeve).

Marrëdhënia e formës së jashtme të kristalit me strukturën e brendshme

1. Rrjetat e sheshta korrespondojnë me fytyrat e kristalta.

2. Rreshtat korrespondojnë me skajet.

3. Nyjet korrespondojnë me kulmet.

Por vetëm ato rrjeta dhe rreshta të sheshta korrespondojnë me fytyrat dhe skajet që kanë më të madhen retikulare dendësiaështë numri i nyjeve për njësi sipërfaqe të një rrjeti të sheshtë ose gjatësi njësi të një rreshti.

Nga këtu, Euler nxori ligjin: "Shuma e numrit të faqeve dhe kulmeve është e barabartë me numrin e skajeve plus 2."

Vetitë themelore të kristaleve

Struktura e brendshme e rregullt e kristaleve në formën e një grilë hapësinore përcakton vetitë e tyre më të rëndësishme:

1. Uniformiteti janë të njëjtat veti të kristalit në drejtime paralele.

2. Anizotropia- veti të ndryshme të kristalit në drejtime jo paralele (për shembull, nëse minerali disten ("sten" - rezistenca) gërvishtet përgjatë zgjatimit, atëherë fortësia e tij është 4,5, dhe nëse në drejtim tërthor, atëherë fortësia është 6- 6.5).

3. Aftësia për të kufizuar veten– në kushte të favorshme rritjeje, kristali merr formën e një poliedri të rregullt.

4. Simetria.

Simetria kristalore

Simetria – (nga greqishtja "sim" - e ngjashme, "metrios" - matje, distancë, madhësi) - përsëritja e rregullt e fytyrave identike, skajeve, kulmeve të një kristali në lidhje me disa imazhe gjeometrike ndihmëse (vijë e drejtë, plan, pikë). Imazhet gjeometrike ndihmëse, me ndihmën e të cilave zbulohet simetria e një kristali, quhen elemente simetrie.

Elementet e simetrisë së një kristali përfshijnë boshtin e simetrisë (L - nga vija angleze - vijë), rrafshin e simetrisë (P - nga loja angleze - plani), qendra e simetrisë (C - nga qendra angleze - qendër ).

Boshti i simetrisë- një vijë e drejtë, kur rrotullohet rreth saj me 360 ​​°, kristali kombinohet me pozicionin e tij fillestar disa herë.

Këndi elementar i rrotullimit a - mund të jetë i barabartë me 60°, 90°, 120°, 180°.

Rendi i boshtit të simetrisë është numri i kombinimeve të kristalit me pozicionin e tij fillestar gjatë rrotullimit me 360°.

Akset e simetrisë së rendit të dytë, të tretë, të katërt dhe të gjashtë janë të mundshme në një kristal. Akset e simetrisë së të pestës dhe më shumë se të gjashtës nuk ekziston. Rendi i boshteve të simetrisë shënohet me L 6 , L 4 , L 3 , L 2 .

Numri i mundshëm i boshteve të simetrisë me të njëjtin rend është si më poshtë:

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

L 4 - 0, 1, 3;

Rrafshi i simetrisë- një plan që ndan kristalin në dy pjesë të barabarta me pasqyrën.

Qendra e simetrisë- një pikë brenda kristalit në të cilën vijat kryqëzohen dhe përgjysmohen, duke lidhur faqet, skajet ose kulmet e kundërta identike të kristalit. Nga ky përkufizim rrjedh rregulli i mëposhtëm: nëse ka një qendër simetrie në një kristal, atëherë çdo faqe duhet të ketë një faqe të kundërt, të barabartë, paralele dhe të drejtuar anasjelltas.

Është zakon të shkruhet tërësia e të gjithë elementëve të simetrisë në dispozicion në një vijë, pa asnjë shenjë pikësimi midis tyre, ndërsa fillimisht tregohen boshtet e simetrisë, duke filluar nga renditja më e lartë, pastaj rrafshi i simetrisë dhe në vendin e fundit, nëse ka. , shkruhet qendra e simetrisë.

Klasifikimi i kristaleve

Sipas tërësisë së elementeve të simetrisë në to, kristalet kombinohen në klasa. Në vitin 1830, shkencëtari F. Hessel, me llogaritjet matematikore, arriti në përfundimin se gjithsej 32 kombinime të ndryshme të elementeve të simetrisë në kristale janë të mundshme. Është bashkësia e elementeve të simetrisë që përcakton klasën.

Klasat kombinohen në singoni. Klasat e karakterizuara nga një ose më shumë elementë identikë të simetrisë grupohen në një singoni. Syngonium i njohur 7.

Sipas shkallës së simetrisë, singonitë kombinohen në nënndarje më të mëdha - kategori: më të larta, të mesme, të poshtme (tabela).

Format e kristalit

1. E thjeshtë - kristale në të cilat të gjitha fytyrat kanë të njëjtën formë dhe të njëjtën madhësi. Ndër format e thjeshta dallohen:

të mbyllura - mbyllni plotësisht hapësirën me fytyrat e tyre (polyedra të rregullta);

hapur - nuk e mbyllin plotësisht hapësirën dhe për t'i mbyllur ato përfshihen forma të tjera të thjeshta (prizma etj.).

2. Një kombinim i formave të thjeshta - një kristal mbi të cilin zhvillohen fytyra që ndryshojnë nga njëra-tjetra në formë dhe madhësi. Sa lloje të ndryshme aspektesh janë në një kristal, i njëjti numër formash të thjeshta marrin pjesë në këtë kombinim.

Nomenklatura e formave të thjeshta

Emri bazohet në numrin e fytyrave, formën e fytyrave, seksionin e formës. Emrat e formave të thjeshta përdorin terma grekë:

· mono- nje i vetem;

· di, bi- dy-, dy herë;

· tre- tre-, tre-, tre herë;

· tetra- katër-, katër-, katër herë;

· penta- pesë, pesë;

· hekza- gjashtë-, gjashtë;

· okta- tetë, tetë;

· dodeka- dymbëdhjetë-, dymbëdhjetë;

· hedron- buzë;

· gonio- qoshe;

· sin- i ngjashëm;

· pinakos- tavolinë, dërrasë;

· cline- pjerrësia;

· poli- shumë;

· rocknos- i zhdrejtë, i pabarabartë.

Për shembull: një pentagondodekaedron (pesë, kënd, dymbëdhjetë - 12 pesëkëndësha), një dipiramidë tetragonale (një katërkëndësh në bazë dhe dy piramida).

Sistemet e boshteve kristalografike

Akset kristalografike- drejtimet në kristal paralel me skajet e tij, të cilat merren si boshte koordinative.boshti x është III, boshti y është II, boshti z është I.

Drejtimet e boshteve kristalografike përkojnë me rreshtat e rrjetës hapësinore ose janë paralele me to. Prandaj, ndonjëherë në vend të akseve I, II, III, përdoren emërtime të segmenteve të vetme a, b, c.

Llojet e boshteve kristalografike:

1. Sistemi treaksial drejtkëndor (Fig. 2). Ndodh kur drejtimet janë të orientuara pingul me njëri-tjetrin. Përdoret në sistemet kubike (a=b=c), tetragonale (a=b≠c) dhe rombike (a≠b≠c).

2. Sistemi me katër boshte (Fig. 3). Boshti i katërt është i orientuar vertikalisht dhe tre boshte janë tërhequr në 120° në një plan pingul me të. Përdoret për kristalet gjashtëkëndore dhe trigonale, a=b≠c

3. i zhdrejtë sistemi (Fig. 4). a=γ=90°, b≠90°, a≠b≠c. Përdoret për instalimin e kristaleve të sistemit monoklinik.

4.
Sistemi i zhdrejtë (Fig. 5). a≠γ≠b≠90°, a≠b≠c. Përdoret për kristalet triklinike.

Ligji i numrave të plotë

Ky është një nga ligjet më të rëndësishme të kristalografisë, i quajtur edhe ligji i Haüy, ligji i racionalitetit të raporteve të dyfishta, ligji i racionalitetit të raporteve të parametrave. Ligji thotë: "Raportet e dyfishta të parametrave të prerë nga çdo dy faqe të një kristali në tre skajet e tij të kryqëzuara janë të barabarta me raportet e numrave të plotë dhe numrave relativisht të vegjël".

1. Zgjedhim tre skaje jo paralele që kryqëzohen në pikën O. Këto skaje i marrim si boshte kristalografike (Fig. 6).

2. Ne zgjedhim dy faqe A 1 B 1 C 1 dhe A 2 B 2 C 2 në kristal, dhe rrafshi A 1 B 1 C 1 nuk është paralel me rrafshin A 2 B 2 C 2, dhe pikat shtrihen në boshtet kristalografike.

3. Segmentet e prera nga faqet në boshtet kristalografike quhen parametra të faqes. Në rastin tonë OA 1 , OA 2 , OB 1 , OB 2 , OC 1 , OC 2 .

Ligji shpjegohet me strukturën e rrjetës kristalore. Drejtimet e zgjedhura si boshte korrespondojnë me rreshtat e rrjetës hapësinore.

Simbolet e Fytyrës

Për të marrë një simbol të fytyrës, duhet të vendosni kristalin në boshtet përkatëse kristalografike, më pas zgjidhni fytyrë e vetme– faqe, parametrat e së cilës përgjatë çdo boshti kristalografik merren si njësi matëse (me fjalë të tjera, si segment shkallë). Si rezultat, raporti i parametrave do të karakterizojë pozicionin e fytyrës në akset kristalografike.

Është më i përshtatshëm për të përdorur jo parametrat, por indekset e fytyrës– sasitë e kundërta me parametrat: . Indekset shkruhen me kaçurrela (për shembull, karakterizoni një formë të thjeshtë në tërësi (hkl) ose (hhl)) ose kllapa (referojuni drejtpërdrejt një fytyre specifike, p.sh. (hhl) ose (hlh) ) pa shenja pikësimi. Nëse fitohet një indeks negativ, atëherë ai mund të tregohet me shenjën e vektorit - (hkl). Indekset mund të shënohen edhe me vlera numerike, si (321), (110) ose (hk0). "0" - do të thotë që fytyra është paralele me boshtin.

Mënyrat e formimit të kristalevenë

Kristalet mund të formohen nga të gjitha gjendjet agregate të materies, si në kushte natyrore ashtu edhe në kushte laboratorike.

Gjendja e gaztë - floket e borës (kristalet e akullit), ngrica, pllaka, squfuri vendas (gjatë shpërthimeve vullkanike, kristalet e squfurit vendosen në muret e kratereve); në industri - kristalet e jodit, magnezit. Sublimimi- procesi i formimit të kristaleve nga një substancë e gaztë.

Gjendja e lëngshme - formimi i kristaleve nga shkrirja dhe nga tretësira. Formimi i të gjithë shkëmbinjve ndërhyrës ndodh nga shkrirjet (shkrirjet magmatike të mantelit), kur faktori kryesor është ulja e temperaturës. Por më e zakonshme është formimi i kristaleve nga tretësirat. Në natyrë, këto procese janë më të zakonshmet dhe më intensivet. Veçanërisht formimi i kristaleve nga solucionet është tipik për tharjen e liqeneve.

Gjendja e ngurtë është kryesisht procesi i kalimit të një lënde amorfe në atë kristalore (rikristalizimi); në kushte natyrore, këto procese vazhdojnë në mënyrë aktive në temperatura dhe presione të larta.

Shfaqja e kristaleve

Zgjidhjet ndryshojnë në shkallën e përqendrimit të substancës në to:

i pangopur (i pangopur) - mund të shtoni një substancë, dhe ajo do të vazhdojë të shpërndahet;

i ngopur - shtimi i një lënde nuk çon në shpërbërjen e saj, ajo precipiton;

i mbingopur (i mbingopur) - formohet nëse një zgjidhje e ngopur bie në kushte kur përqendrimi i substancës tejkalon ndjeshëm kufirin e tretshmërisë; tretësi fillon të avullojë i pari.

Për shembull, formimi i një bërthame kristalore të NaCl:

1. Kristal njëdimensional (për shkak të tërheqjes së joneve, formohet një seri), (Fig. 7);

2. Kristal 2D (rrjet i sheshtë), (Fig. 8);

3. Rrjetë kristalore primare (bërthamë kristal prej rreth 8 qeliza njësi), (Fig. 9).

Çdo kristal ka zinxhirin e vet të formimit (për një kristal kripe - një kub), por mekanizmi do të jetë gjithmonë i njëjtë. Në kushte reale, si rregull, si qendër e kristalizimit shërben ose një papastërti e jashtme (një kokërr rërë) ose grimca më e vogël e substancës nga e cila do të ndërtohet kristali.

rritja e kristalit

Deri më sot, ekzistojnë dy teori kryesore që përshkruajnë rritjen e kristaleve. E para prej tyre quhet teoria Kossel-Stransky. (Fig. 10). Sipas kësaj teorie, grimcat ngjiten me kristalin kryesisht në atë mënyrë që lirohet energjia më e madhe. Kjo shpjegohet me faktin se çdo proces shkon "më lehtë" nëse lirohet energji.

POR– sasia maksimale e energjisë lirohet (kur një grimcë godet këtë kënd trekëndor).

B- do të çlirohet më pak energji (këndi dihedral).

AT- çlirohet një minimum energjie, rasti më i pamundur.

Gjatë rritjes, grimcat së pari do të bien në pozicionin e tyre POR, pastaj në B dhe në fund në AT. Një shtresë e re nuk do të fillojë të rritet në kristal derisa shtresa të ndërtohet plotësisht.

Kjo teori shpjegon plotësisht rritjen e kristaleve me faqe ideale të lëmuara me mekanizmin e rritjes shtresë pas shtrese të fytyrave.

Por në vitet '30 të shekullit XX, u vërtetua se fytyrat e kristalit janë gjithmonë të shtrembëruara ose kanë një lloj defekti, prandaj, në kushte reale, fytyrat e kristalit janë larg planeve ideale të lëmuara.

Teoria e dytë u propozua nga G.G. Lemmlein, duke marrë parasysh faktin se fytyrat e kristaleve nuk janë ideale, zhvilloi teorinë e dislokimit (rritja e dislokimit) - zhvendosja. Për shkak të zhvendosjes së vidës, ekziston gjithmonë një "hap" në sipërfaqen e kristalit, në të cilin grimcat e një kristali në rritje ngjiten më lehtë. Teoria e dislokimit dhe, në në veçanti, teoria e dislokimit të vidës (Fig. 11, 12), gjithmonë bën të mundur vazhdimin e rritjes së fytyrave, sepse gjithmonë ka një vend për një lidhje të favorshme të një grimce në një rrjetë kristalore të dislokuar. Si rezultat i një rritje të tillë, sipërfaqja e fytyrës fiton një strukturë spirale.

Të dyja teoritë, rritja e përsosur dhe e papërsosur e kristalit, plotësojnë njëra-tjetrën, secila prej tyre bazohet në të njëjtat ligje dhe parime dhe lejon plotësisht karakterizimin e të gjitha çështjeve të rritjes së kristalit.

Shkalla e rritjes së aspektit

Shkalla e goditjes së skajit- vlera e segmentit normal në rrafshin e tij, në të cilin faqja e dhënë lëviz për njësi të kohës (Fig. 13).

Shkalla e rritjes së fytyrave të ndryshme kristal është e ndryshme. Aspektet me një shkallë më të lartë të lëvizjes zvogëlohen gradualisht në madhësi, zëvendësohen nga fytyra në rritje me shpejtësi të ulët të goditjes dhe mund të zhduken plotësisht nga sipërfaqja e kristalit. (Fig. 14). Para së gjithash, fytyrat me densitetin më të lartë retikular zhvillohen në kristal.

Shkalla e rritjes së skajit varet nga shumë faktorë:

e brendshme dhe e jashtme. Nga faktorët e brendshëm, ndikimin më të madh në ritmin e rritjes së faqeve e ushtron dendësia e tyre retikulare, e cila shprehet me ligjin e Bravais: “Kristali është i mbuluar me faqe me densitet retikular më të lartë dhe me shpejtësi më të ulët të rritjes”.

Faktorët që ndikojnë në formën e një kristali në rritje

Faktorët ndahen në të brendshëm (që lidhet drejtpërdrejt me vetitë e joneve ose atomeve ose rrjetës kristalore) dhe të jashtëm: presioni, si dhe:

1. Rrjedhat e përqendrimit. Kur një kristal rritet në një tretësirë, ka një zonë me një temperaturë pak më të lartë pranë tij (grimcat ngjiten në mënyrë që të çlirohet sa më shumë energji) dhe me një densitet të reduktuar të tretësirës (kristali në rritje ushqehet) (Fig. 15) . Kur shpërbëhet, gjithçka ndodh anasjelltas.

Rrjedhat luajnë një rol të dyfishtë: rrjedhat që lëvizin vazhdimisht lart sjellin pjesë të reja të materies, por ato gjithashtu shtrembërojnë formën e kristaleve. Ushqyerja ndodh vetëm nga poshtë, më pak nga anët dhe pothuajse asnjë nga lart. Kur rriten kristalet në kushte laboratorike, ata përpiqen të përjashtojnë efektin e rrjedhave të përqendrimit, për të cilat përdorin metoda të ndryshme: metodën e rritjes dinamike të kristalit, metodën e përzierjes artificiale të tretësirës, ​​etj.

2. Përqendrimi dhe temperatura e tretësirës. Gjithmonë ndikoni në formën e kristaleve.

Efekti i përqendrimit të tretësirës në formën e kristaleve të alumit (përqendrimi rritet nga 1 në 4):

1 - një kristal në formën e një oktaedri;

2.3 - një kombinim i disa formave të thjeshta;

4 - një kristal me një zhvillim mbizotërues të fytyrës oktaedrale, forma afrohet sferike.

Efekti i temperaturës në epsomit:

Me një rritje të temperaturës, kristalet epsomit fitojnë një formë prizmatike më të trashë, dhe në një temperaturë të ulët - një lente të hollë.

3. Papastërtitë e lëndëve të huaja. Për shembull, një tetëkëndor i shapit kthehet në një kub kur rritet në një zgjidhje me një përzierje të boraksit.

4. Të tjerët.

Ligji i qëndrueshmërisë së këndeve të aspektit

Në mesin e shekullit të 17-të, në vitin 1669, shkencëtari danez Steno studioi disa kristale kuarci dhe kuptoi se pavarësisht se sa shumë ishte shtrembëruar kristali, këndet midis fytyrave mbeten të pandryshuara. Në fillim, ligji u trajtua me gjakftohtësi, por pas 100 vjetësh kërkimesh nga Lomonosov dhe shkencëtari francez Romeu-Delille, pavarësisht nga njëri-tjetri, konfirmuan këtë ligj.

Deri më sot, ligji ka një emër tjetër - ligji Steno-Lomonosov-Romë-Delille). Ligji i qëndrueshmërisë së këndeve të faqes: "Në të gjithë kristalet e së njëjtës substancë, këndet midis faqeve dhe skajeve përkatëse janë konstante". Ky ligj shpjegohet me strukturën e rrjetës kristalore.

Për të matur këndet midis fytyrave, përdoret një pajisje goniometri (e ngjashme me një përzierje të një raportuesi dhe një vizore). Për matje më të sakta, një goniometër optik i shpikur nga E.S. Fedorov.

Duke ditur këndet midis faqeve të një kristali të një substance, është e mundur të përcaktohet përbërja e një substance.

Ndërrritjet e kristaleve

Midis ndërrritjeve të kristaleve, dallohen dy grupe kryesore:

1. Të parregullta - ndërthurje kristalesh, të cilat nuk janë të ndërlidhura dhe nuk janë të orientuara ndërmjet tyre në hapësirë ​​(druze).

2. E rregullt:

paralele;

binjakë.

Ngjitje paralele kristalet janë disa kristale të së njëjtës substancë, të cilat mund të jenë të madhësive të ndryshme, por të orientuara paralelisht me njëri-tjetrin, rrjeta kristalore në këtë bashkim lidhet drejtpërdrejt në një.

nyja e skeptrit- Kristalet më të vogla të kuarcit rriten së bashku me një kristal më të madh.

Dyshe

Dyfishtë- një ndërthurje natyrale e dy kristaleve, në të cilën njëri kristal është një imazh pasqyrë i tjetrit, ose njëra gjysma e binjakut hiqet nga tjetra duke u kthyer 180 °. Nga pikëpamja e mineralogjisë, në çdo binjak, një kënd i brendshëm rihyrës është gjithmonë i dukshëm. (Fig. 16).

Elementet binjake:

1. Plani binjak - rrafsh në të cilin pasqyrohen dy pjesë të binjakut.

2. Boshti binjak - një aks, kur rrotullohet rreth të cilit njëra gjysma e binjakut kthehet në të dytën.

3. Plani i shkrirjes - rrafshi përgjatë të cilit dy pjesët e binjakëve janë ngjitur me njëra-tjetrën. Në raste të veçanta, rrafshi binjak dhe rrafshi i shkrirjes përkojnë, por në shumicën e rasteve nuk është kështu.

Kombinimi dhe natyra e të tre elementëve të binjakëve përcaktojnë ligjet e binjakëzimit: "spinel", "galik" etj.

Binjakët që mbijnë Një kristal rritet përmes një kristali tjetër. Nëse përfshihen disa kristale, në përputhje me rrethanat dallohen tees, katërfishtë, etj. (në varësi të numrit të kristaleve).

Binjakë polisintetikë- një seri kristalesh të binjakëzuar të rregulluar në mënyrë që secila dy ngjitur të vendosen drejt njëri-tjetrit në një orientim binjak, dhe kristalet që kalojnë përmes njërit janë të orientuar paralel me njëri-tjetrin (Fig. 17).

Binjakëzimi polisintetik në kristalet natyrale shpesh manifestohet në formën e çeljes së hollë paralele (qepjet binjake).

Format e kristaleve natyrore

Ndër kristalet, është zakon të dallohen:

· ideale- ato kristale në të cilat të gjitha fytyrat me të njëjtën formë të thjeshtë janë të njëjta në madhësi, formë, distancë nga qendra e kristalit;

· reale- takohen me devijime të caktuara nga format ideale.

Në kristalet natyrale (të vërteta), zhvillimi i pabarabartë i fytyrave të së njëjtës formë të jep përshtypjen e simetrisë më të ulët. (Fig. 18).

Në kristalet reale, fytyrat janë larg planeve matematikisht të sakta, sepse në fytyrat e kristaleve reale ka ndërlikime të ndryshme në formën e hijeve, modeleve, gropave, rritjeve, d.m.th. skulptura. Alokoni: model si parketi, hije në fytyrë, vicinale (ato janë zona të vogla të fytyrës së kristalit, pak të zhvendosura nga drejtimi i fytyrës). Në kristalet reale, format e ndërlikuara të kristaleve janë shumë të zakonshme.

Kur devijoni nga kushtet normale të rritjes, kristalet e skeletit- kristalet në të cilat skajet dhe kulmet janë zhvilluar kryesisht, dhe fytyrat mbeten prapa në zhvillim (për shembull, floket e borës). Kristal kundër skeletit- faqet janë kryesisht të zhvilluara, ndërsa skajet dhe kulmet mbeten prapa në zhvillim (kristali merr një formë të rrumbullakosur, diamanti gjendet shumë shpesh në këtë formë).

Ka edhe kristale të përdredhur, të ndarë, të deformuar.

Struktura e brendshme e kristaleve

Struktura e brendshme e kristaleve është shumë shpesh zonale. Çdo ndryshim në përbërjen kimike të tretësirës ku rritet kristali shkakton shtresën e vet. Struktura zonale është për shkak të pulsimeve dhe ndryshimeve në përbërjen kimike të tretësirave të ushqimit, d.m.th. në varësi të asaj që ka ngrënë kristali në rininë e tij, ai do të ndryshojë, për shembull, ngjyra e zonave.

Në frakturën tërthore shihet një strukturë sektoriale, e cila është e lidhur ngushtë me zonimin dhe është për shkak të ndryshimeve në përbërjen e mediumit.

Përfshirjet në kristale

Të gjitha përfshirjet ndahen në homogjene dhe heterogjene. Ato gjithashtu ndahen sipas kohës së formimit në:

1. Mbetje (relike) - një fazë e ngurtë, që përfaqëson një substancë që ekzistonte edhe para rritjes së kristalit.

2. Singjenetike - përfshirje që kanë lindur me rritjen e kristaleve.

3. Epigjenik - që lind pas formimit të kristaleve.

Me interes më të madh për kristalografinë janë përfshirjet e mbetura dhe singjenetike.

Metodat për studimin e përfshirjeve në kristale

I.P. Ermakov dhe Yu.A. Dolgov dha një kontribut të madh në studimin e përfshirjeve, dhe sot ekzistojnë dy metoda kryesore për studimin e përfshirjeve në kristale:

1. Metoda e homogjenizimit- një grup metodash të bazuara në parimin e shndërrimit të përfshirjeve në një gjendje homogjene; si rregull, kjo arrihet me ngrohje. Për shembull, flluskat në një kristal janë të lëngshme dhe kur nxehen në një temperaturë të caktuar, ato bëhen homogjene, d.m.th. lëngu bëhet gaz. Kryesisht, kjo metodë funksionon në kristale transparente.

2. Metoda e deshifrimit- duke ndryshuar temperaturën dhe presionin, kristali dhe përfshirjet e tij nxirren jashtë ekuilibrit dhe përfshirjet sillen në një shpërthim.

Si rezultat, merren të dhëna për temperaturën dhe presionin e formimit të një kristali me gaze të mbyllura, lëngje ose një fazë të ngurtë në formën e një përfshirjeje.

Ligjërata 1.11Bazat e kristalografisë dhe kimisë së kristaleve

Prezantimi

Kimia e kristaleve është një shkencë që studion varësinë e strukturës së brendshme dhe vetive fizike të kristaleve nga përbërja kimike. Kimia e kristaleve është shkenca e strukturave kristalore, e bazuar kryesisht në të dhënat e difraksionit të rrezeve X, si dhe në difraksionin e neutroneve dhe elektroneve. Studimet e difraksionit me rreze X bëjnë të mundur gjykimin e motivit të renditjes së grimcave në një strukturë kristalore, për të matur me saktësi të madhe distancat midis atomeve, joneve dhe molekulave. Duke përdorur këto metoda, mund të identifikohen substanca, të dallohen trupat kristalorë dhe amorfë, të përcaktohet madhësia e kristaleve të vegjël të kombinuar në agregate, të orientohen kristalet e vetme, të studiohen deformimet dhe sforcimet e kristaleve, të studiohen transformimet fazore, si dhe struktura e formacioneve pjesërisht të renditura.

Vetitë fizike varen jo vetëm nga gjeometria e strukturës kristalore, por edhe nga forcat e ndërveprimit kimik. Studimi i natyrës së lidhjeve në kristale u zhvillua paralelisht me studimin e natyrës së forcave që veprojnë në gaze dhe lëngje midis grimcave (forcat ndërmolekulare) dhe brenda molekulave (forcat intramolekulare). Bazuar në të dhënat e kimisë së kristaleve, është e mundur të llogariten disa nga sasitë fizike të kristaleve (p.sh. indeksi i thyerjes së dritës, zgjerimi termik, rezistenca ndaj grisjes). Të dhënat eksperimentale nuk janë gjithmonë në përputhje me llogaritjet teorike. Kjo është për shkak të pranisë së defekteve në strukturat kristalore. Njohja e madhësisë së grimcave që përbëjnë një trup kristalor, edhe në disa raste dhe pa kryer një eksperiment, me një përbërje kimike të njohur, na lejon të supozojmë llojin e strukturës.

Kimia e kristaleve është një nga ato shkenca kufitare që u ngritën në fillim të shekullit tonë në kryqëzimet e zonave të mëdha të shkencës klasike të natyrës. Ai lidhte kristalografinë, një shkencë në thelb fizike, dhe kiminë. Ashtu si shkencat e tjera kufitare (biokimia, gjeokimia, biofizika etj.), ajo i detyrohet lindjes së saj revolucionit shkencor që pasoi zbulimet e strukturës së atomit, difraksioni i rrezeve X nga kristalet dhe krijimi i mekanikës kuantike.

Kimia e kristaleve plotëson serinë historike të disiplinave të shkencave natyrore: mineralogji - kristalografi - kristalografi kimike - kimi kristalore.

Grupet e simetrisë dhe klasat e strukturës

Koncepti i simetrisë është shumë i rëndësishëm si në lidhje me studimin teorik dhe eksperimental të strukturës së atomeve dhe molekulave. Parimet bazë të simetrisë zbatohen në mekanikën kuantike, spektroskopinë dhe për të përcaktuar strukturën duke përdorur difraksionin e neutronit, elektronit dhe rrezeve X. Natyra ofron shumë shembuj të simetrisë, dhe kjo është veçanërisht e dukshme kur molekulat studiohen në konfigurime ekuilibri. Për një konfigurim ekuilibri, atomet konsiderohen të fiksuar në pozicionet e tyre të mesme. Kur ekziston simetria, disa llogaritje thjeshtohen nëse merret parasysh simetria. Simetria përcakton gjithashtu nëse një molekulë mund të jetë optikisht aktive ose të ketë një moment dipol. Molekulat individuale, ndryshe nga trupat e ngurtë kristalorë, nuk kufizohen nga simetria që mund të kenë.

Ka shumë mënyra për të përshkruar simetrinë e një sistemi. Kimistët zakonisht merren me molekulat dhe, në përcaktimin e simetrisë së tyre, para së gjithash zgjedhin një pikënisje në molekulë, pastaj marrin parasysh simetrinë e vijave dhe planeve rreth kësaj pike (simetria e pikës). Simetria e pikave mund të përdoret gjithashtu për të përshkruar simetrinë e kristaleve, por për ta kanë rëndësi të madhe edhe elementet e simetrisë së figurave të pafundme (simetria përkthimore). Simetria e pikës nuk duhet të shkelë kërkesat e simetrisë përkthimore. Njohja e simetrisë së natyrshme në çdo objekt është pasojë e përvojës sonë të përditshme. Për të përshkruar simetrinë e molekulave, përdoren pesë lloje të elementeve të simetrisë: qendra e simetrisë, boshti i rrotullimit të duhur, rrafshi i pasqyrës, boshti i rrotullimit jo të duhur dhe elementi identik. Secili prej këtyre elementeve ka një operacion simetrie të lidhur me të. Elementet kanë emërtimet e tyre. Së bashku me simbolikën ndërkombëtare në literaturën mbi strukturën e materies, kiminë kuantike dhe spektroskopinë, simbolika Schoenflies përdoret gjerësisht. Për një kohë të gjatë, formula e simetrisë është përdorur për të përcaktuar simetrinë e kristaleve (Tabela 1). Pas aplikimit të veprimit të simetrisë në një molekulë, pozicioni i saj mund të ndryshojë. Por nëse nuk është kështu, atëherë është zakon të thuhet se molekula ka një veprim simetrie dhe një element simetrie përkatëse. Bashkësia e elementeve të simetrisë nuk mund të jetë arbitrare. Ai i bindet një sërë teoremash, njohja e të cilave lehtëson shumë analizën e simetrisë së një figure.

Tabela 1

Shembull i planeve të simetrisë

Shembull i boshteve të simetrisë

https://pandia.ru/text/80/247/images/image005_8.jpg" width="321" height="197 id=">

Rrjetë kristalore hapësinore

tabela 2

Singonitë dhe llojet e grilave

Emërtimet: Р – primitive; A, B, C - në qendër të bazës; I - në qendër të trupit, F - grila në qendër të fytyrës; R është një rrjet rombohedral në një sistem koordinativ gjashtëkëndor (gjashtëkëndor me qendër dyfish). Katër llojet e grilave Bravais ekzistojnë vetëm në singoninë rombike, pasi që përqendrimi në sisteme të tjera jo gjithmonë çon në shfaqjen e një lloji të ri rrjetash. Për shembull, përqendrimi i faqeve të sipërme dhe të poshtme të një qelize P tetragonale çon në shfaqjen e një rrjete të re P me një raport të ndryshëm skaji a/c. nëse zëmë qendrat e të gjitha fytyrave në këtë rrjetë, atëherë marrim një qelizë I tetragonale me qendër trupin. Në rrjetat monoklinike të tipit F ose I, qeliza elementare mund të zgjidhet në një mënyrë paksa të ndryshme, gjë që lejon që ato të konsiderohen si rrjeta të tipit C. Përqendrimi i qelizës elementare në rrjetat triklinike nuk e ndryshon thelbin e çështjes, pasi atëherë mund të zgjidhet një qelizë elementare primitive më e vogël. Për të përshkruar rrjetën, një nga nyjet e saj zgjidhet si origjinë. Të gjitha nyjet e rrjetës numërohen sipas radhës përgjatë boshteve të koordinatave. Prandaj, çdo nyje karakterizohet nga një grup prej tre numrash të plotë ·mnp·, të quajtur indekse të nyjeve. Nëse zëvendësojmë gjashtë parametra të rrjetës skalare me tre vektorë: → → → c b a, atëherë çdo përkthim mund të shkruhet duke përdorur një vektor të tërhequr nga origjina në nyjen përkatëse ·mnp· .

kodet e shkurtra">

Më interesantja:

Çfarë është një filial

Pse është e rëndësishme të mbani të përditësuar Windows dhe programet e instaluara në të?

Si të shpërfillni opinionet e njerëzve të tjerë Pranojeni veten ashtu siç jeni