Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Сентября 2013 в 11:56, научная работа
Кристал — тверде тіло з упорядкованою внутрішньою будовою, що має вигляд багатогранника з природними плоскими гранями: впорядкованість будови полягає у певній повторюваності у просторі елементів кристала (атомів, молекул, йонів), що зумовлює виникнення кристалічної ґратки. Кристал обмежений гранями однієї або декількох простих форм (всього 47 простих форм) . Проста форма — сукупність кристалографічно однакових граней. Форма кристала змінюється в залежності від умов його зародження і росту.
1. ВСТУП 3
2. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ІСТОРІЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 8
3. МОНОКРИСТАЛИ І ПОЛІКРИСТАЛИ 17
4. РІДКІ КРИСТАЛИ 19
5. ПРОЦЕС РОСТУ КРИСТАЛІВ 20
6. ВИСНОВОК 26
7. ЛІТЕРАТУРА 27
Мал.8. Модель недобудованої грані кристалу
При утворенні зародка виділилося тепло. Атоми, що утворили кристалічну решітку зародка, передали частину своєї енергії сусіднім атомам розплаву, які почали рухатися швидше. Атоми найближчого оточення зародка до тих пір не зможуть «осісти» на ньому, поки не передадуть надлишкову енергію більш віддаленим атомам. Таким чином, зростання зародка відбуватиметься в тому випадку, якщо забезпечити постійний відвід тепла з розплаву.
Як же розташовуються на поверхні зародка осілі атоми? Раніше вважали, що зростання кристалів відбувається шар за шаром. Спочатку завершується побудова одного шару, потім починається укладання наступного і т.д. В результаті грані, нарощуючи шар за шаром, переміщаються паралельно самим собі в напрямку, перпендикулярному площині грані, як при кладці цегельної стіни. Про справедливість такого припущення, здавалося б, говорять факти існування плоских граней у кристалів. На мал.8 показана модель недобудованої грані кристала. Ясно, що осадження нового атома найбільш ймовірно в точці «А» поверхні, де він буде утримуватися трьома сусідами, тоді як в будь-який інший точці поверхні межі він буде утримуватися меншим числом сусідів. Коли закінчиться забудова четвертого ряду, розпочнеться забудова п'ятого і т. д., поки не завершиться вся площина.
Після цього зростання кристала ускладнюється, так як утворення нового шару - подія менш ймовірна. Де б не «осів» атом на завершеній площині, скрізь він буде пов'язаний з невеликим числом атомів кристала. Ймовірність того, що цей слабкий зв'язок буде порушений тепловим рухом, велика, тому атом не зможе закріпитися на кристалі і перейде у розчин або в розплав. При такому механізмі забудови атомних площин швидкість росту кристала повинна бути дуже малою. У досвіді ж при вирощуванні кристалів з пари з перенасиченням всього в 1% була виявлена швидкість росту кристала в 101000 разів більше розрахованої теоретично! Мабуть, більшого розходження теорії з досвідом у фізиці не спостерігалося.
Пояснення цієї розбіжності теорії та практики було знайдено лише порівняно недавно, в 1949 р. Легкість, з якою починається забудова нової атомної площини, виявилося можливим пояснити тим, що реальні кристали мають безліч дефектів структури.
Мал.9 Види дефектів в кристалах
Описуючи будову кристалів, ми користувалися їх ідеальними моделями. Відмінність реальних кристалів від ідеальних полягає в тому, що реальні кристали не мають правильної кристалічної решітки, а мають цілий ряд порушень в розташуванні атомів, які називаються дефектами. Знання умов утворення дефектів і способів їх усунення грає велику роль при використанні кристалів на практиці.
Схеми виникнення дефектів в кристалах показані на мал.9. Найпростіші дефекти в ідеальній кристалічній решітці виникають в результаті заміщення власного атома чужорідним (мал. 9,б), впровадження атома в міжвузля (мал. 9,в), відсутності атома в одному з вузлів кристалічної решітки (мал. 9,а).
Мал. 10. Крайова і гвинтова дислокації в кристалах. а - крайова дислокація у кристалі як поява зайвої атомної площини; лінія дислокації перпендикулярна площині малюнка; б - гвинтова дислокація у кристалі; лінія дислокації - вертикальна пунктирна лінія.
Особливу роль в процесі росту кристалу грають недосконалості його структури, звані дислокаціями (зміщеннями). Найпростішими видами дислокації є крайова і гвинтова. Крайова дислокація утворюється в місці обриву «зайвої» атомної півплощини (мал. 10,а). У разі гвинтової дислокації атомні площини утворюють систему, що нагадує кручені сходи. Кількість дислокацій в кристалах може бути дуже великою, досягаючи 108 - 109 см-3.
Кристалів без дислокацій не існує. Постійна наявність відкритої сходинки гвинтової дислокації створює сприятливі умови для росту кристалу, адже не потрібно починати будувати ні новий ряд, ні нову площину. Атоми, прилаштовуються до сходів, нарощують її, і за рахунок цього вона починає переміщатися по поверхні грані. Але цей рух не буде переміщенням сходинки паралельно самій собі, так як її кінець нерухомий. Неважко збагнути, що якщо атоми укладаються з постійною швидкістю вздовж всієї довжини сходинки, то вона в міру зростання почне згинатися і прийме форму спіралі. Постійне нарощування сходинки новими шарами атомів призведе до того, що на грані кристала утворюється спіральна башточка (мал. 10,б). Центральна частина її як би угвинчується в простір, випереджаючи у своєму русі нижні сходинки сходів, які з часом будуть забудовані повністю і зникнуть, перетворившись на завершений атомний шар.
Фотографії, отримані за допомогою електронного мікроскопа, підтвердили реальність спірального механізму росту кристалів. Якщо є багато близько розташованих дислокацій, то сходинки росту кристалів мають висоту в багато атомних шарів і їх можна бачити навіть у звичайний мікроскоп.
Зародження кристала полегшується при наявності в розчині чи розплаві найдрібніших сторонніх тіл - порошинок та інших забруднень. Очевидно, в даному випадку зародки кристалів утворюються не шляхом об'єднання при випадкових зіткненнях атомів або молекул, а в результаті осадження атомів на твердих чужорідних тілах, порошинках, практично завжди присутніх у розплаві або газі. Наприклад, зародками сніжинок є завислі в повітрі тверді порошинки, найчастіше дрібні кварцові піщинки. Неправильна форма пилинки, на якій починається зародження кристалу, сприяє виникненню в ньому дислокації і різкого зростання швидкості росту кристала.
Способи зародження нових шарів і швидкості росту граней кристалів різних речовин неоднакові. Одні кристали виростають у вигляді пластин, інші - у вигляді голок. Це викликано багатьма причинами. Одна з них - розходження молекул речовини за формою. Різниця швидкостей росту граней кристалів багатьох речовин пояснюється залежністю від напрямку величини сил зв'язку частинок, що утворюють кристал. Імовірність прилипання молекул в напрямку дії великих сил, звичайно, виявляється більшою, ніж в напрямку дії менших сил. Так йде справа в кристалах з пластинчастої структурою (слюда, графіт), в яких зростання відбувається переважно вздовж площин, де діють сильні зв'язки. В напрямках, перпендикулярних цим площинах, швидкість росту значно нижче.
Але не тільки форма молекул і помітна різниця сил їх взаємодії в різних напрямках визначають форму зростаючого кристала. Якщо кристали ростуть при великих перенасиченнях пара або розчину, то часто утворюються незвичайні для даної речовини гіллясті, деревоподібні форми, звані дендритами. Пояснюється це тим, що вершини кристалів стикаються з більш перенасиченим паром або розчином, ніж їх межі. Випереджаючи у зростанні бічні грані, вершини впроваджуються в глиб невикористаного розчину або пара, що сприяє їх подальшому швидкому зростанню і т. д. Прикладом дендритних утворень є сніжинки, крижані візерунки на склі. При повільному зростанні кристали льоду беруть звичайну для них форму шестигранних призм. Дендрити утворюються при швидкому охолодженні розплавів солей і металів. У природі досить часто зустрічаються у вигляді дендритів срібло, мідь, золото.
Під
час написання науково - пошукової
роботи була досліджена література та
мережа Інтернет а також виповнені
експерименти по зрощуванню кристалів.
З’ясувалось, що над такими питаннями
як стан речовини ,структура, форма
та властивості кристалів
Властивості кристалів використовуються майже в усіх сферах людської діяльності. Деякі з них:
В наслідок вивчення властивостей кристалів та експерименту по зрощуванню мета даної роботи була досягнута.