Οι κρύσταλλοι είναι στερεά σώματα με κανονικό γεωμετρικό σχήμα. Η δομή μέσα στην οποία βρίσκονται τα διατεταγμένα σωματίδια ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Τα σημεία θέσης των σωματιδίων στα οποία ταλαντώνονται ονομάζονται κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος. Όλα αυτά τα σώματα χωρίζονται σε μονοκρυστάλλους και πολυκρυστάλλους.
Τι είναι τα μονοκρύσταλλα
Οι μονοκρύσταλλοι είναι μονοκρύσταλλοι στους οποίους το κρυσταλλικό πλέγμα έχει μια σαφή σειρά. Συχνά ένας μόνο κρύσταλλος έχει κανονικό σχήμα, αλλά αυτό το χαρακτηριστικό δεν είναι υποχρεωτικό κατά τον προσδιορισμό του τύπου του κρυστάλλου. Τα περισσότερα ορυκτά είναι μονοκρυστάλλοι.
Η εξωτερική μορφή εξαρτάται από τον ρυθμό ανάπτυξης της ουσίας. Με αργή αύξηση και την ομοιογένεια του υλικού, οι κρύσταλλοι έχουν τη σωστή κοπή. Σε μεσαία ταχύτητα, το κόψιμο δεν είναι έντονο. Με υψηλό ρυθμό κρυστάλλωσης, αναπτύσσονται πολυκρυστάλλοι που αποτελούνται από πολλούς μονοκρυστάλλους.
Κλασικά παραδείγματα μονοκρυστάλλων είναι το διαμάντι, ο χαλαζίας,τοπάζι. Στα ηλεκτρονικά, ιδιαίτερη σημασία έχουν οι μονοκρυστάλλοι, που έχουν ιδιότητες ημιαγωγών και διηλεκτρικών. Τα κράματα μονοκρυστάλλων χαρακτηρίζονται από αυξημένη σκληρότητα. Οι υπερκαθαροί μονοκρυστάλλοι έχουν τις ίδιες ιδιότητες ανεξαρτήτως προέλευσης. Η χημική σύνθεση των ορυκτών εξαρτάται από τον ρυθμό ανάπτυξης. Όσο πιο αργά αναπτύσσεται ο κρύσταλλος, τόσο πιο τέλεια η σύνθεσή του.
Πολυκρυστάλλοι
Οι απλοί κρύσταλλοι και οι πολυκρύσταλλοι χαρακτηρίζονται από υψηλή μοριακή αλληλεπίδραση. Ένας πολυκρύσταλλος αποτελείται από πολλούς μονοκρυστάλλους και έχει ακανόνιστο σχήμα. Μερικές φορές ονομάζονται κρυσταλλίτες. Εμφανίζονται ως αποτέλεσμα φυσικής ανάπτυξης ή καλλιεργούνται τεχνητά. Οι πολυκρυστάλλοι μπορεί να είναι κράματα, μέταλλα, κεραμικά. Τα κύρια χαρακτηριστικά αποτελούνται από τις ιδιότητες των μονοκρυστάλλων, αλλά τα μεγέθη των κόκκων, η απόσταση μεταξύ τους και τα όρια κόκκων έχουν μεγάλη σημασία. Παρουσία ορίων, τα φυσικά χαρακτηριστικά των πολυκρυστάλλων αλλάζουν σημαντικά, η αντοχή μειώνεται.
Οι πολυκρυστάλλοι δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της κρυστάλλωσης, των αλλαγών στις κρυσταλλικές σκόνες. Αυτά τα ορυκτά είναι λιγότερο σταθερά από τους μονοκρυστάλλους, με αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη ανάπτυξη μεμονωμένων κόκκων.
Πολυμορφισμός
Οι απλοί κρύσταλλοι είναι ουσίες που μπορούν να υπάρχουν σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα, οι οποίες θα διαφέρουν ως προς τις φυσικές τους ιδιότητες. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται πολυμορφισμός.
Ταυτόχρονα, μια ουσία σε μια κατάσταση μπορεί να είναι πιο σταθερή από μια άλλη. Όταν αλλάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες, η κατάσταση μπορείαλλαγή.
Ο πολυμορφισμός είναι των ακόλουθων τύπων:
- Ανακατασκευή - συμβαίνει διάσπαση σε άτομα και μόρια.
- Παραμόρφωση - η δομή έχει τροποποιηθεί. Συμβαίνει συμπίεση ή τέντωμα.
- Shift - ορισμένα στοιχεία της δομής αλλάζουν τη θέση τους.
Οι ιδιότητες των κρυστάλλων μπορούν να αλλάξουν με μια ξαφνική αλλαγή στη σύνθεση. Το κλασικό παράδειγμα πολυμορφισμού είναι η τροποποίηση άνθρακα. Σε μια κατάσταση είναι διαμάντι, σε άλλη είναι γραφίτης, ουσίες με διαφορετικές ιδιότητες.
Ορισμένες μορφές υδατανθράκων μετατρέπονται σε γραφίτη όταν θερμαίνονται. Οι αλλαγές στις ιδιότητες μπορούν να συμβούν χωρίς παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος. Στην περίπτωση του σιδήρου, η υποκατάσταση ορισμένων συστατικών οδηγεί στην εξαφάνιση των μαγνητικών ιδιοτήτων.
Κρυσταλλική αντοχή
Οποιοδήποτε υλικό χρησιμοποιείται στη σύγχρονη τεχνολογία έχει τελική αντοχή. Ένα κράμα νικελίου, χρωμίου και σιδήρου έχει τη μεγαλύτερη αντοχή. Η αύξηση της αντοχής των μετάλλων θα βελτιώσει τον στρατιωτικό και πολιτικό εξοπλισμό. Η αυξημένη αντίσταση στη φθορά θα έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες μελετούν την αντοχή των μονοκρυστάλλων εδώ και πολύ καιρό.
Οι καθαροί μονοκρύσταλλοι είναι κρύσταλλοι με ιδανικό κρυσταλλικό πλέγμα, περιέχουν μικρό αριθμό ελαττωμάτων. Με τη μείωση του αριθμού των ελαττωμάτων, η αντοχή των μετάλλων αυξάνεται αρκετές φορές. Ταυτόχρονα, η πυκνότητα του μετάλλου παραμένει σχεδόν ίδια.
Μονοί κρύσταλλοι με ιδανικό πλέγμα είναι ανθεκτικοί στη μηχανική καταπόνηση μέχρι το σημείο τήξης. Μην αλλάζετε μεχρόνος. Τις περισσότερες φορές, τέτοιοι μονοκρυστάλλοι έχουν μηδενική εξάρθρωση. Αλλά αυτή είναι μια προαιρετική προϋπόθεση. Η αντοχή εξηγείται από το γεγονός ότι οι μικρορωγμές σχηματίζονται σε μέρη όπου υπάρχει ο μεγαλύτερος αριθμός εξαρθρώσεων. Και ερήμην τους δεν υπάρχει πουθενά να εμφανιστούν ρωγμές. Αυτό σημαίνει ότι ο μονοκρύσταλλος θα διαρκέσει μέχρι να ξεπεραστεί το όριο της αντοχής του.
Τεχνητοί μονοκρυστάλλοι
Η ανάπτυξη μονοκρυστάλλων είναι δυνατή στο τρέχον επίπεδο της επιστήμης. Όταν επεξεργάζεστε μέταλλο, χωρίς να αλλάξετε τη σύνθεσή του, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μόνο κρύσταλλο που έχει υψηλό περιθώριο ασφάλειας.
Υπάρχουν 2 γνωστές μέθοδοι για την παραγωγή μονοκρυστάλλων:
- υπερυψηλής πίεσης και χύτευση μετάλλων;
- κρυογονική πίεση.
Η πρώτη μέθοδος είναι δημοφιλής για την επεξεργασία ελαφρών μετάλλων. Δεδομένης της καθαρότητας του μετάλλου και της αυξανόμενης πίεσης, σταδιακά θα εμφανιστεί ένα νέο μέταλλο που έχει τις ίδιες ιδιότητες, αλλά με αυξημένη αντοχή. Υπό ορισμένες προϋποθέσεις, είναι δυνατό να ληφθεί ένας μόνο κρύσταλλος με ένα ιδανικό πλέγμα. Παρουσία ακαθαρσιών, υπάρχει πιθανότητα το κρυσταλλικό πλέγμα να μην είναι ιδανικό.
Στα βαρέα μέταλλα, με την αύξηση της πίεσης, εμφανίζεται η διαδικασία αλλαγής της δομής. Ο μονοκρύσταλλος δεν έχει βγει ακόμα, αλλά η ουσία έχει αλλάξει ιδιότητες.
Η κρυογονική χύτευση βασίζεται στην παραγωγή κρυογονικών υγρών. Η κρυστάλλωση δεν συμβαίνει υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου. Η ημι-κρυσταλλική μορφή γίνεται κρύσταλλος αφού φορτιστεί ηλεκτρικά.
Διαμάντικαι χαλαζίας
Οι ιδιότητες του διαμαντιού βασίζονται στο γεγονός ότι είναι μια ουσία με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Ο δεσμός μεταξύ των ατόμων καθορίζει την αντοχή ενός διαμαντιού. Υπό σταθερές συνθήκες, το διαμάντι δεν αλλάζει. Όταν εκτίθεται σε κενό, μετατρέπεται σταδιακά σε γραφίτη.
Τα μεγέθη κρυστάλλων ποικίλλουν σημαντικά. Τα διαμάντια με συνθετική καλλιέργεια έχουν όψεις κύβου και φαίνονται διαφορετικά από τα αντίστοιχα. Οι ιδιότητες του διαμαντιού χρησιμοποιούνται για την κοπή γυαλιού.
Οι κρύσταλλοι χαλαζία βρίσκονται παντού. Το ορυκτό είναι ένα από τα πιο κοινά. Ο χαλαζίας είναι συνήθως άχρωμος. Αν υπάρχουν πολλές ρωγμές μέσα στην πέτρα, τότε είναι λευκή. Όταν προστίθενται άλλες ακαθαρσίες, αλλάζει χρώμα.
Οι κρύσταλλοι χαλαζία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή γυαλιού, για τη δημιουργία υπερήχων, σε ηλεκτρικό, ραδιοφωνικό και τηλεοπτικό εξοπλισμό. Ορισμένες ποικιλίες χρησιμοποιούνται σε κοσμήματα.
Δομή μονοκρυστάλλων
Τα μέταλλα σε στερεή κατάσταση έχουν κρυσταλλική δομή. Η δομή των μονοκρυστάλλων είναι μια ατελείωτη σειρά εναλλασσόμενων ατόμων. Στην πραγματικότητα, η σειρά των ατόμων μπορεί να διαταραχθεί λόγω θερμικών επιδράσεων, μηχανικών ή για διάφορους άλλους λόγους.
Τα κρυσταλλικά πλέγματα βρίσκονται σε 3 τύπους:
- τύπος βολφραμίου;
- τύπος χαλκού;
- τύπος μαγνησίου.
Αίτηση
Τα τεχνητά μονοκρύσταλλα είναι μια ευκαιρία να αποκτήσετε υλικό με νέες ιδιότητες. Η περιοχή εφαρμογής των μονοκρυστάλλων είναι πολύ μεγάλη. Ο χαλαζίας και ο σπάρος δημιουργήθηκαν από τη φύση, ενώ το φθοριούχο νάτριο αναπτύχθηκε τεχνητά.
Οι μονοκρυστάλλοι είναιυλικά που χρησιμοποιούνται στην οπτική και την ηλεκτρονική. Ο χαλαζίας και η μαρμαρυγία χρησιμοποιούνται στην οπτική αλλά είναι ακριβά. Κάτω από τεχνητές συνθήκες, μπορείτε να αναπτύξετε έναν μόνο κρύσταλλο, ο οποίος θα διακρίνεται από καθαρότητα και δύναμη.
Το Το διαμάντι χρησιμοποιείται όπου απαιτείται υψηλή αντοχή. Όμως συντίθεται με επιτυχία σε τεχνητές συνθήκες. Οι τρισδιάστατοι μονοκρυστάλλοι αναπτύσσονται από τήγματα.
