Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основные понятия кристаллохимии

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.03.2016

Размер:

640.12 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Рис. 1. У поря доченны е структуры в жидких кристаллах . В ы тянуты е молекулы изображены в видеэллипсов. Заисключением случая изотропны х жидкостей, они расположены так, чтоих длинны е оси параллельны (Т- температураперех ода).

а – твердая ф аза: жесткая трех мерная структура;

б– смектический жидкий кристалл: вя зкая непрозрачная жидкость, кажды й слой упоря доченв двух направления х ;

в– нематический жидкий кристалл: текучая непрозрачная ф аза, структураупоря доченав одном направлении;

г – аморф ная изотропная жидкость: текучая прозрачная ф аза, упоря доченность структуры отсутствует.

Ж идкие кристаллы третьего типа (модиф ицированная нематическая ф аза или холес т ер ичес ка я ф аза) проявля ют оптическую активность. П ри освещ ении обы чны м светом такие жидкие кристаллы могут отражать свет различны х цветов. Э то явление связано со структурой слоев, толщ ина которы х соответствует 500–5000 молекулам. Кажды й такой слой – стопка мономолекулярны х слоев. Д линны е оси молекул в каждом тонком слое ориентированы в одном и том же направлении. Н а рис. 2 видно, что при перех оде отодногослоя кдругомудлинны е оси молекулслегкаменя ютсвое

направление. Т акая « закрутка» можетпроисх одить как по часовой стрелке, таки против часовой стрелки, приводя кпоя влению спиральной структуры .

Рис. 2. П ространственная структура х олестерического жидкого кристалла. С трелки показы ваютнаправление длинны х осей молекулв каждом слое.


Расстояние между слоем,			в котором длинны е оси молекул смотря т в
определенном		направлении,	и	ближайш им слоем,	в котором оси
ориентированы		в том же направлении, назы вают ш агом спирали. Т акая
структура в	различной степени			отражает свет разны х	длин волн. Е сли
отраженны й	свет относится		к	видимой области, то х олестерические
кристаллы будут казаться окраш енны ми. Д лина волны					отраженного света

пропорциональнаш агуспирали. О траженны й светя вля ется дополнительны м к прош едш ему, и все это проя вля ется в красивой радужной окраске таких

	13
жидких кристаллов. П ри изменении температуры изменя ется		ш аг спирали,
меня ется	и цвет отраженного света, поэтому х олестерические жидкие
кристаллы	можно использовать в качестве температурны х	с енс ор ов –
датчиков,	реагирующ их на изменение температуры . С мена окраски,

ох ваты вающ ая всю область видимого спектра, от ф иолетового цвета до красного, у некоторы х материалов происх одит в температурном интервале всего 0,1 °С , у других – в интервале более 40 °С , но есть и такие жидкие кристаллы , которы е становя тся истинны ми жидкостями прежде, чем их окраскапройдетвсе цветавидимогоспектра.

С месь х олестерических эф иров, для которы х прох ождение всегоспектра в видимой области соответствуетинтервалу в 3 °С (при температуре тела),


используют при термограф ическом				изучении поверх ности кожи.					У частки
кожи над венами и артерия ми несколько теплее,						чем другие участки, и эту
разницу можно уловить при помощ и х олестерических жидких кристаллов.
С пециалисты	могут	использовать			тех нику	термограф ии		кожи		для
обнаружения	тромбов	в	венах	и	артерия х .	Э тот	метод		успеш но
применя ют	для ранней		диагностики		рака грудны х		желез.	Когда		на

поверх ность кожи в области груди нанося тслой х олестерическогоматериала, опух оль проявляется как « горя чая область», окраш енная в голубой цвет. В

электронной промы ш ленности х олестерические жидкие	кристаллы
используют для того, чтобы найти места потенциальны х	повреждений

электрических цепей, посколькутакие меставы гля дя ткак« горя чие точки». В авиапромы ш ленности материалы делают более легкими, придавая им слоистую структуру с я чеисты ми прослойками. Качество сцепления между слоями можно проконтролировать, нанеся слой х олестерической жидкости, которая по изменению теплопроводности вы явит любы е деф екты . Т аким же образом можно обнаруживать деф екты сварки и трещ ины , вы званны е усталостью металла.

Комнатны е термометры содержатх олестерические жидкие кристаллы с подх одя щ ими цветовы ми х арактеристиками. П ри изменении температуры поя вля ются по-разномуокраш енны е циф ры .

Ц иф ровы е экраны в часах и микрокалькуля торах содержатнематические жидкие кристаллы . Н ематическая ф аза текуча, а молекулы жидких кристаллов полярны . П оэтим причинам для изменения ориентации молекул достаточноочень слабого электрическогополя . Е сли изменение ориентации вы зы вает изменение оптических свойств, то жидкие кристаллы можно использовать для вы водаинф ормации (такой, например, каквремя и дата) на

экран. С менапоказаний наэкране часов контролируется кристаллом кварца, структурны е составля ющ ие которогоподдействием слабогоэлектрического

токаколеблются счастотой 32768 Г ц.
	Н а рубеже XX и XXI веков отмечено резкое повы ш ение интереса к
изучению х олестерических				жидких	кристаллов. В		результате интенсивны х
научно-исследовательских				и опы тно-конструкторских				разработок		бы ли
созданы такие композиции (смеси)					жидких кристаллов,			которы е изменя ли
окраш ивание в зависимости отвеличины						напряженности слабы х и сильны х
электрических и электромагнитны х					полей. Н а основе таких				композиций
созданы жидкокристаллические дисплеи (LCD) для циф ровы х									видеокамер,
компьютерны х мониторов и телевизоров.
	1.3. В О П РО С Ы Д Л Я			С АМ О КО Н Т РО Л Я
1.	Н азовите сх одны е свойства для				жидкостей и		газов.	Ч ем	обусловлено
	сх одствоэтих свойств?
2.	Н азовите	сх одны е	свойства для жидкостей				и тверды х		тел.	Ч ем
	обусловленосх одствоэтих свойств?
3.	Н азовите	сх одства	и	различия	в	свойствах	тверды х аморф ны х и

кристаллических тел. Ч ем они обусловлены ?

4.Д айтеопределение кристалла.

5.Ч тотакое жидкие кристаллы ? Д айтеих классиф икацию.

6.О бъясните, почемууприведенны х групп имеются дипольны е моменты :

-CN, -OR, -NO2, -NH2 .
6. О бъясните, почему перечисленны е ниже центральны е группы	атомов
- N = N - ; - N = N ; - CH = CH - ; - CH = N - препя тствуют
O
вращ ению и стабилизируют линейны е конф ормации молекул,	в состав
которы х они вх одя т.
7. Н арисуйте расположение двух молекулжидких кристаллов
(CH3)2NC6H4N=NC6H4NO
а - линейно, друг задругом;

б- параллельнодруг другу.

8.О бъясните, каким образом диполь-дипольное взаимодействие будет

удерживать молекулы вместе в упоря доченном строении с параллельны м расположением молекул.

		16
Г Л АВ А 2. М Е С Т О		КРИ С Т АЛ Л О Х И М И И С РЕ Д И Е С Т Е С Т В Е Н Н Ы	Х Н АУ К
2.1. П РЕ Д М Е Т		И ЗАД АЧ И КРИ С Т АЛ Л О Х И М И И
Х отя кристаллы интересовали человекасглубокой древности, наука о
кристаллах	как самостоя тельная ветвь естествознания стала оф ормляться в
XVII–XVIII	веках , когда бы ли откры ты основны е законы		огранения


кристаллов и изученоя вление световоголучепреломления . В начале Х Х										века
с откры тием	диф ракции рентгеновских					лучей началось бурное, поистине
революционное,		развитие науки о кристаллах ,					которое продолжается			и до
настоя щ еговремени.
Каксамостоятельная область научны х знаний кристаллох имия возникла
в 20-х годах		прош лого		столетия		на	базе	первы х	обобщ ений
рентгеноструктурны х			данны х .		П ри	изучении		кристаллов	наиболее
плодотворен	путь,		когда	их	строение,		образование и		свойства
рассматриваются		как единая		комплексная проблема. П оэтому ещ е одним
важны м ф актором,			повлиявш им		на развитие кристаллох имии, я вилось
поя вление т	еор ии		обр а зова ния кр ис т а ллов,					что сблизило		ее с

термодинамикой и ф изической х имией. В настоя щ ее время кристаллох имия

прочно опирается на основны е положения

теории х имического строения и

учения

х имической свя зи. В ажны ми

экспериментальны ми

методами

кристаллох имии стали рентгенограф ия ,

электронограф ия ,

нейтронограф ия и

электронная микроскопия .

К р ис т

а ллохим ия – на у ка , изу ча ю щ а я с им м ет р ию ,

с т р оение, с ос т а в

и с вой с т

ва кр ис т а лличес ких т ел в за вис им ос т

и от

пр ир оды хим ичес кой

с вязи, кот

ор а яр еа лизу ет с ям еж ду с т р у кт

у р ным и единица м и кр ис т а лла .

Ст р у кт у р ным и единица м и кристалламогутбы ть атомы , ионы и даже

молекулы ,

как, например,

I2 и CO2 в кристаллическом йоде и сух ом льде

соответственно.

С одержание кристаллох имии в основном сводится ктрем задачам:

ка к

пос т р оены

кр ис т а лличес кие

вещ ес т ва ?

–

речь

идет об

экспериментальном определении,

описании и систематике кристаллических

структур,

об установлении общ их

закономерностей строения кристаллов и

отдельны х классов кристаллических вещ еств;

- чем опр еделяет с яс т

р у кт

у р а конкр ет

ного кр ис т а лличес кого вещ ес т ва ?

здесь

интерпретации

подлежат

общ ие

закономерности

строения,

свойственны е целы м классам вещ еств;

		17
- ка к влияет	кр ис т а лличес ка я с т р у кт		у р а вещ ес т	ва	на	его с вой с т	ва ? -
задача состоит в		установлении качественны х			и	количественны х
зависимостей	свойств	кристаллических	вещ еств	от	их	строения ,	что

обеспечиваетинтерпретацию структурно-зависимы х свойств, ав перспективе - и их прогноз.

К р ис т а ллохим ия

Геом ет р ичес ка я			К р ис т		а ллохим ия
кр ис т а ллогр а фия


		К р ис т а ллофизика
	(Ф изичес ка якр ис т а ллогр а фия)
С имметрия
внеш него и				Х имическая связь,
внутреннего				состав и строение
строения				кристаллических
кристалла		Ф изические			структур
		свойства
		кристаллов

Рис. 3. О сновны е разделы , ф ормирующ ие объем учебногоматериала по кристаллох имии.

Развитие кристаллох имии в значительной степени бы ло обусловлено общ им ускорением научно-тех нического прогресса, поскольку внедрение перспективны х материалов и передовы х тех нологий инициировалосоздание и производство синтетических (искусственны х ) кристаллов, применя емы х в прецизионном приборостроении, радиоэлектронике, полупроводниковой и квантовой электронике, тех нической оптике и акустике. Т аким образом, можносказать, что поиск кристаллов сценны ми для практики свойствами, изучение их не только идеальной, но и реальной структуры со всеми ее деф ектами, развитие новы х методов их синтезая вля ется важны м ф актором

научно-тех нического прогресса и отражает практическое содержание кристаллох имии какнауки, центральной задачей которой остается изу чение

за вис им ос т и с вой	с т	в кр ис т а лличес ких вещ ес т в от их с т р оения.
П о объектам	и	методологии исследований кристаллох имия весьма

близкаи взаимосвязанастакими областя ми естествознания , какматематика,

ф изика твердого тела, неорганическая и ф изическая х имия ,			минералогия,
петрограф ия и геоф изика.
	2.2. В О П РО С Ы Д Л Я	С АМ О КО Н Т РО Л Я
1.	Какпроисх одилостановление и развитие кристаллох имии?
2.	Как сф ормулировать	определение кристаллох имии	как научной
	дисциплины ?

3.Какие основны е научны е задачи призванареш ать кристаллох имия ?

4.В чем заключается особенность развития кристаллох имии насовременном этапе?

5. Какие основны е разделы включает в себя учебны й курс по кристаллох имии?

Г Л АВ А 3. О БЩ АЯ Х АРАКТ Е РИ С Т И КА КРИ С Т АЛ Л И Ч Е С КО Г О

СО С Т О Я Н И Я

3.1.П О Л И М О РФ И ЗМ

Кристаллическое

состоя ние

я вляется

термодинамически

устойчивы м

состоянием твердоготела.

К а ж дом у

вещ ес т

ву

фикс ир ова нным

хим ичес ким

с ос т а вом

т вер дом

с ос т

оянии

пр и

да нных

т ер м одина м ичес ких

у с ловиях

(т ем пер а т у р а ,

да вление,

на личиет ех или иных с иловых полей

и т .

д.)

с оот вет с т

ву ет

одна опр еделенна якр ис т

а лличес ка яс т

р у кт

у р а .

С войство

некоторы х

вещ еств

сущ ествовать в

виде

нескольких

кристаллических

структур,

отличающ их ся по симметрии,

внутреннему

строению

и свойствам,

назы вается

полим ор физм ом .

Каждая

из таких

разновидностей,

стабильная в определенной области температури давлений,

обладает

всеми

свойствами

фа зы

назы вается

полим ор фной

м одифика цией .

качестве

примера можно привести следующ ий ряд

полиморф ны х превращ ений:

1. α - Fe

↔

γ - Fe

↔

δ - Fe

О Ц К

T = 1183 К

Г Ц К

T = 1673 К

О Ц К,

гдеО Ц К – объемно-центрированная кубическая реш етка;

ГЦ К - гранецентрированная кубическая реш етка

2.α - Sn ( полупроводник) ↔ β - Sn (металл)

структуратипаалмаза	T = 286,2 К тетрагональная структура
3. ZnS (сф алерит)	↔	ZnS (вюртцит)
кубическая реш етка T = 1200 К		гексагональная реш етка

Более ранний термин а ллот р опия используется и сейчас для того, чтобы обозначить различны е виды пр ос т ых вещ ес т в, образованны х одним и тем же элементом. О днакозаисключением особогослучая О 2 и О 3, атакже карбинаи ф уллеренаС 50–С 60 а ллот р опныевидоизм енения я вля ются просто

					20
полим ор фным и		м одифика циям и.			П олиморф изм			просты х	вещ еств		и
х имических	соединений		–	скорее			правило,	чем исключение,			и
кристаллох имия		любого	вещ ества			включает		структуры		всех	его
полиморф ны х модиф икаций,				точно также как поня тие молекулы						включает
структуры	ее	изомеров.	Различия			между структурами полиморф ны х
модиф икаций		колеблются		от	очень		незначительны х		(обы чно		им
соответствуют фа зовые пер еходы					вт ор ого р ода ),			до таких	разительны х
перемен, как перестройка всего кристалла (такие изменения										я вля ются
фа зовым и	пер ехода м и пер вого р ода ).						П римером	превращ ений первой

группы можносчитать сегнетоэлектрический перех одв титанате бария при Т

< 393 К. П ри	фа зовых	пер ехода х вт	ор ог о р ода	не происх одит
скачкообразного	изменения	внутренней	энергии,	соответствующ его

поглощ ению или вы делению теплоты , и кристаллическая структураменя ется

также постепенно. В	этом случае в точке ф азового перех ода меняется
симметрия кристалла,	причем таким образом,	что симметрия одной изф аз
я вляется подгруппой симметрии другой ф азы .		С другой стороны , примерами

фазовы х перех одов первогородаслужатпревращ ения : алмаз–граф ит, белы й

фосф ор–красны й ф осф ор–черны й ф осф ор.

П ервоначально единственной переменной при изучении полиморф ны х модиф икаций бы ла температура. О днако в работах Бриджмена бы ло показано, что многие вещ ества испы ты вают структурны е изменения в результате изменения давления . П ри этом бы ло установлено, чтонекоторы е

полиморф ны е	модиф икации, возникающ ие			при	вы соких	давления х , не
возвращ аются	к своей	обы чной ф орме		при	понижении давления.
О дновременно	при обы чны х		условия х	(комнатной температуре и
атмосф ерном	давлении)	могут	сущ ествовать		как термодинамически
устойчивы е, так и термодинамически нестабильны е ф азы .						С ледовательно,

при обы чны х условиях ф азовы е перех оды осущ ествляются крайне медленно.


Н еобратимость		полиморф ны х			изменений,		по-видимому,			я вля ется
результатом того,			что	энергия	активации,		свя занная		с	процессами,
включающ ими		коренное изменение расположения						атомов, может бы ть
значительной,		несмотря		на различие между			энергиями		реш етки		двух
полиморф ны х		модиф икаций. В следствие аналогичны х							причин крайне
медленно	происх одит			перех од	из	термодинамически			не стабил ь ного
аморф ногосостояния в стабил ь ное кристаллическое.
П о происх ождению различают п рирод ные							– образовавш иеся в земной
коре в	результате		тектонических			процессов, и		искусстве нные			или

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
21.05.2015271.51 Кб26ОС Linux. Мет. указ. к лаб. работам..pdf
#
21.05.2015793.6 Кб24ОС. Мет. указ-я по вып-ю лаб. работ на C++..pdf
#
21.05.2015979.06 Кб39ОС. Примеры прогр-ния потоков на C++..pdf
#
20.03.201615.3 Mб16освещение частн.ж в СМИ.pdf
#
20.05.201593.79 Кб346ОСД.docx
#
19.03.2016640.12 Кб50Основные понятия кристаллохимии.pdf
#
19.03.2016614.94 Кб18Основные представления и законы химической кинетики.Теоретические основы кинетики гомогенных реакций.pdf
#
20.03.2016200.55 Кб22Основы компьютерной томографии.pdf
#
20.05.2015154.24 Кб21Основы организации экологического контроля.docx
#
21.05.2015445.26 Кб101Основы теории информации и передачи сигналов.pdf
#
19.03.2016808.18 Кб129Основы теории систем и вычислительные схемы системного анализа.pdf