Библиографическое описание:

Тагиров Т. Влияние дефектов на физические свойства кристаллов // Молодой ученый. — 2016. — №17.1. — С. 117-119.



Кристалл — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц.

Физические свойства кристаллов

Окраска — некоторые кристаллы имеют настолько чистый и красивый цвет, что их используют как краски или лаки. часто их названия применяют в обиходной речи: изумрудно- зеленый, рубиново- красный, бирюзовый, аметистовый. Окраска минералов, один из основных диагностических признаков, не является ни постоянной, ни вечной. Присутствие элементов — примесей в химической формуле кристалла приводит к специфической окраске.

Прозрачность кристалла — качество, которое отличается большой изменчивостью: непрозрачный кристалл можно легко отнести к прозрачным. Основная часть бесцветных кристаллов относятся к этой группе. Прозрачность зависит от строения кристаллов — некоторые агрегаты и мелкие зерна гипса и слюды кажутся непрозрачными или просвечивающими, в то время как кристаллы прозрачны. Но если рассматривать с лупой маленькие гранулы и агрегаты, можно видеть, что они прозрачны.

Твердость – довольно легко поцарапать кристалл кальцита кончиком ножа, но сделать это с кристаллом кварца вряд ли получится — лезвие скользнет по камню не оставив царапины. Значит, твердость у этих двух минералов различная.

Можно оценить твердость упрощенным способом. Минералы с твердостью 1 легко царапается ногтем; при они жирные на ощупь. Поверхность минералов с твердостью 2 также царапается ногтем. Медная проволока или кусочек меди царапает минералы с твердостью 3. Кончик перочинного ножа царапает кристаллы до твердости 5; хороший новый напильник — кварц. Минералы с твердостью более 6 царапают стекло твердости 5. От 6 до 8 не берет даже хороший напильник; при таких попытках летят искры. Чтобы определить твердость, испытывают образцы с возрастающей твердостью, пока они под даются; затем берут образец, который очевидно, еще тверже. Противоположным образом надо действовать, если необходимо определить твердость минерала, окруженного породой, твердость которой ниже, чем у кристалла, нужного для образца.

Легко сделать вывод на основании того. скользит ли кристалл по поверхности другого или царапает ее с легким скрипом. Могут наблюдаться следующие случаи:

  1. Твердость одинакова, если образец и кристалл взаимно не царапают друг друга.
  2. Возможно, что оба кристалла друг друга царапают, поскольку верхушки и выступы кристалла могут быть тверже, чем грани или плоскости спайности. Поэтому можно поцарапать грань кристалла гипса или плоскость его спайности вершиной другого кристалла гипса.
  3. Минерал царапает первый образец, а на нем делает царапину образец, а на нем делает царапину образец более высокого класса твердости. Его твердость находится посредине между используемые для сравнения образцами, и ее можно оценить в полкласса.

Теплопроводность. Если взять в руку кусок янтаря и кусок меди, покажется, что один из них теплее другого. Это впечатления обусловлено различной теплопроводностью данных кристаллов. Так можно различить стеклянные имитации драгоценных камней; для этого нужно приложить камушек к щеке, где кожа более чувствительна к теплу.

Магнетизм. Фрагменты или порошок некоторых минералов, в основном имеющих повышенное содержания железа, можно отличить от других сходных минералов с помощью магнита. Магнит и пирротин сильно магнитны и притягивают железные опилки. Некоторые минералы, например, гематит, приобретают магнитные свойства, если их раскалить докрасна.

Следующие свойства можно определить по тому, какие ощущения они вызывают у человека. На ощупь графит, и тальк кажутся гладкими, а гипс и каолин — сухими и шероховатыми. Растворимые в воде кристаллы, такие как галит, сильвинит, эпсомит, имеют специфический вкус — соленый, горький, кислый. Некоторые минералы, такие как сера, арсенопирит и флюорит обладают легко распознаваемый запахом, который возникает сразу при ударе по образцу.

Дефекты

Одномерные дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решетки, а по двум другим — соизмерим с ним. К линейным дефектам относят дислокации и дисклинации. Общее определение: дислокация — граница области незавершенного сдвига в кристалле. Дислокации характеризуются вектором сдвига и углом ф между ним и линией дислокации. При φ=0 дислокация называется винтовой; при φ=90° — краевой; при других углах — смешанной и тогда может быть разложена на винтовую и краевую компоненты. Дислокации возникают в процессе роста кристалла; при его пластической деформации и во многих других случаях. Их распределение и поведение при внешних воздействиях определяют важнейшие механические свойства, в частности, такие как прочность, пластичность, а также электропроводность и др. Дисклинация — граница области незавершенного поворота в кристалле. Характеризуется вектором поворота.

Двухмерный дефект — Основной дефект-представитель этого класса — поверхность кристалла. Другие случаи — границы зёрен материала, в том числе малоугловые границы, плоскости двойникования, поверхности раздела фаз и др.

Трехмерные дефект — объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах, например, пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов и зон роста. Как правило, это поры или включения примесей фаз. Представляют собой конгломерат из многих дефектов. Происхождение — нарушение режимов роста кристалла, распад пересыщенного твердого раствора, загрязнение образцов. В некоторых случаях, например, при дисперсионном твердении объемные дефекты специально вводят в материал, для модификации его физических свойств.

Точечный дефект − это локальное нарушение кристаллической структуры, размеры которого во всех трех измерениях сравнимы с одним или несколькими (немногими) межатомными расстояниями. К простейшим точечным дефектам относятся вакансии − отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки и межузельные внедренные атомы, находящиеся в пустотах кристаллической решетки. Важнейшей особенностью точечных дефектов в ионных и ковалентных кристаллах является то, что они могут быть как электрически нейтральны, так и иметь заряд. Однако в целом кристалл остается электрически нейтрален. Условие электронейтральности обеспечивается образованием равного количества положительно и отрицательно заряженных дефектов, образованием сложных дефектов или свободных электронов и дырок.

Влияние дефектов на физические свойства кристаллов.

Несомненно, каждый реальный кристалл обладает всеми перечисленными и его свойства в связи с этим должны существенно отличаться от свойств идеализированных кристаллов. Дефекты структуры действительно оказывают сильное влияние на многие свойства кристаллов. К ним относятся твердость, электропроводность. Эти свойства получили названия структурно чувствительных. Однако часто оказывается, что ответственным за какое — либо определенное свойство реального кристалла является один тип дефектов. Это может быть обусловлено тем, что какой — либо дефект присутствует в гораздо большей концентрации чем прочие, либо же тем что на данное свойство прочие дефекты влияют в значительно меньшей степени.

Одним из типов дефектов, являются точечные дефекты, при которых недостает одного атома в узле кристаллической решетки обычно занимает таким атомом окружающие атомы медленно перемещаются в направлении к этому незанятному узлу. Вакансии образуются в результате термического возбуждения, при этом число вакансий на единицу объема в металл приблизительно равно числу атомов на единицу объема пара находящимся в равновесии с данным кристаллом. В больших количествах вакансии могут возникать под действием рентгеновских лучей.

Вследствие нарушения равновесных условий роста и захвата примесей при кристаллизации, а также под влиянием различного рода внешнего воздействия идеальная трехмерно — периодическая атомная структура.

Точечные дефекты являются причиной возникновения центр окрашивания кристаллов, например, мелкокристаллические порошки хлорид натрия при нагревании в парах натрия приобретают зеленовато — желтую окраску.

Избыточные ионы натрия остаются на поверхности, электроны диффундируют в объемах кристалла ионы хлора диффундируют к поверхности, оставляя равное количество анионных вакансий, обладающих эффективным положительным зарядом

Так кристаллы хлорида натрия приобретают одинаковую зеленовато — желтую окраску при нагревании их как в парах натрия, так и в парах кальция.

Литература:

  1. http://www.jewellery.org.ua/stones/games09.htm
  2. http://dssp.petrsu.ru/p/tutorial/ftt/Part3/part3_2.htm

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle