- •Тема 1. Закономірності зовнішньої форми кристалів
- •Макроскопічний та мікроскопічний підходи до вивчення стану речовини
- •Поняття про кристали. Властивості кристала
- •Закономірності зовнішньої форми кристалів
- •Закон постійності кутів кристала (закон Стено (XVI cт.)
- •Основні поняття і висновки, які слід запам’ятати:
- •Тема 5. Структура і властивості кристалічних тіл
- •Класифікація кристалів за ознакою виду їх часток.
- •Приклади кристалічних структур
Кременчук 2011
Тема 1. Закономірності зовнішньої форми кристалів
-
макроскопічний та мікроскопічний підходи до вивчення стану речовини.
-
поняття про кристали. Властивості кристала.
-
Закономірності зовнішньої форми кристалів.
Макроскопічний та мікроскопічний підходи до вивчення стану речовини
Відомо, що залежно від умов (тиск, температура) речовина як форма матерії може існувати в різних станах (тверде тіло, рідина, газоподібний стан). У конденсованому стані в 1 см3 речовини знаходиться ~ 1021 – 1023 ядер і 1022 1024 електронів, які взаємодіють між собою та із зовнішніми фізичними полями.
Найпростіша модель конденсованого стану – в якій конденсат розглядається як суцільне середовище. Такий підхід зветься макроскопічним. В цьому випадку не враховуються деталі внутрішньої будови речовини.
Прикладом макроскопічного підходу до вивчення речовини є дослідження газів. При певних умовах кожна частка газу володіє певною кінетичною енергією Е, яка набагато перевищує потенціальну енергію взаємодії часток U: E >> U. З цієї причини частки газу рухаються незалежно одна від іншої.
Для конденсованого стану співвідношення між енергіями частки є протилежним, а саме E << U.
Це означає, що частки у конденсованому стані сильно пов’язані між собою. Збудження однієї частки призводить до збудження сусідніх часток. Цей процес залежить від будови речовини, тому більш точним для дослідження конденсованих систем (тверді тіла, рідина) є мікроскопічний підхід, в якому приймають до уваги внутрішню будову елементів, з яких складається система.
Поняття про кристали. Властивості кристала
Найбільш простою системою конденсованого середовища є ідеальний кристал (ІК). Під ідеальним кристалом розуміються тверді тіла, в яких реалізується симетрія у розміщенні атомів.
Більшість твердих тіл у природі мають кристалічну будову (метали, піски, гірські породи, а також органічні речовини – білки).
У сучасній техніці кристали широко використовуються у радіотехніці, електроніці, автоматиці, телемеханіці, оптиці.
Тому вивчення будови кристалів, а також їх властивостей – одна з важливих задач сучасної фізики.
При цьому фахівці не можуть задовольнитися лише природними властивостями кристалічних тіл, тому що техніці необхідні матеріали з наперед заданими властивостями.
Сьогодні у промислових умовах вирощують штучні кристали (алмаз, кварц, напвпровідникові матеріали – германій, кремній, різноманітні сполуки).
Створені кристали, аналогій яких не існує в природі, з унікальними властивостями.
Для того, щоб штучно виготовити нові кристалічні тіла, щоб управляти властивостями кристалів, необхідно знати закони, яким ці тіла підкоряються.
Кристалографія – одна з дисциплін, що розглядає ці закони.
Кристали складаються з часток (атомів, іонів, молекул), але вони мають такі властивості, яких немає у окремої частки.
Наведемо висловлювання академіка Вавілова С. І. (1941 р.):
Кристалл нельзя рассматривать как простую сумму молекул, из которых он построен. Он ведет себя как особого рода гигантская молекула, как целый спаянный коллектив.
Суттєвою особливістю розміщення часток у кристалах є періодичне повторювання однакових часток, з яких побудований кристал. Внаслідок впорядкованого розміщення часток кристали набувають такі властивості, яких немає у некристалічних тіл.
Однією з таких властивостей є плоскогранність монокристалів.
Монокристалами називають одиночні кристали, для яких характерний певний порядок у розміщенні часток (атомів, іонів, молекул).
Слово „кристал” вживалось древніми греками як назва гірського кришталю, який часто зустрічається у природі у вигляді тіл правильної форми.
Коли ми говоримо про кристал, у нас виникає образ тіла, яке має правильну форму – куба, октаедра, призми.
Правильна форма кристала є наслідком впорядкованого розміщення у ньому часток. Це основна властивість кристала.
У природі частіше всього зустрічаються кристалічні речовини у вигляді сукупності зв’язаних один з одним хаотично орієнтованих монокристалів. Такі речовини називають полікристалами.
Таким чином, у монокристалі присутній порядок у розміщенні часток, у полікристалі він порушується на гранях одиночних монокристалів.