Твердые тела аморфные кристаллические монокристаллы поликристаллы 2. - презентация

1

2 Твердые тела аморфные кристаллические монокристаллы поликристаллы 2

3 3

4 Примеры кристаллов 4

5 Повареннаясоль ЛЁД АЛМАЗ Кристалл меди 5

6 Кристаллы - это твёрдые тела, атомы которых занимают упорядоченное положение в пространстве. 6

7 7

8 Монокристалл Монокристалл – это одиночный кристалл. Поликристалл Поликристалл – это множество одиночных кристаллов, соединённых вместе. Моно- и поликристаллы 8

9 Монокристалл горного хрусталя Монокристалл шпата Монокристалл Каменной соли 9

10 Физические свойства монокристаллов: 1. Геометрическая форма (правильная) 2. Постоянная температура плавления 3. Анизотропия 10

11 Анизотропия - - это зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Свойства : - механическая прочность, - теплопроводность, - тепловое расширение, - оптические свойства, - электрические свойства. 11

12 Анизотропия прочности Кусок слюды легко расслаивается в одном направлении на тонкие пластины. Кристаллическая решетка графита имеет слоистую структуру. 12

13 Поликристалл аметиста (разновидность кварца (разновидность кварца) Друза кристаллов горного хрусталя Поликристалл металла 13

14 Физические свойства поликристаллов: 1. Геометрическая форма (неправильная) 2. Постоянная температура плавления 3. Изотропия – одинаковые свойства по всем направлениям. 14

15 Аморфные тела Янтарь Карамель Стекло amorphos - бесформенный 15

16 Кристаллическое тело Аморфное тело 16

17 Физические свойства аморфных тел: 1)Сохраняют свой объём и форму 2)Не имеют строгого порядка в расположении атомов 3)Изотропны 4)Не имеют определённой температуры плавления 5)Даже при невысоких температурах обладают текучестью 6)Напоминают застывшие жидкости 7)Со временем кристаллизуются 17

18 Чтобы понять, что такое трансляционная симметрия, нам придётся поговорить… об обоях. Посмотрите на рисунок. На нём изображена девочка, играющая в мяч. И не одна девочка, а много совершенно одинаковых фигурок. Найдём на этом рисунке обоев тот наименьший кусок, который надо нарисовать художнику, иначе говоря, тот кусок, простым перекладыванием которого можно составить все обои. Чтобы выделить такой кусок, проведём из любой точки рисунка, например из центра мячика, две линии, соединяющие выбранный мячик с двумя соседними. На этих линиях можно построить, как это видно на нашем рисунке, параллелограмм. Совершенно ясно, что перекладываниям этого кусочка в направлении основных исходных линий мы можем составить весь рисунок обоев. Трансляционная симметрия тип симметрии, при которой свойства рассматриваемой системы не изменяются при сдвиге на определённый вектор, который называется вектором трансляции. Трансляционная симметрия свойственна для кристаллов. В этом случае векторы трансляции не произвольны, хотя их существует бесконечное число. 18

19 Какое же отношение имеют обои к кристаллу? Каждое тело, в том числе и кристалл, состоит из атомов. Простые вещества состоят из одинаковых атомов, сложные – из атомов двух или нескольких сортов. Предположим, что мы могли бы в сверхмощный микроскоп рассмотреть поверхность кристалла поваренной соли и увидеть центры атомов. Рисунок показывает, что атомы расположены вдоль грани кристалла, как узор обоев. Кристалл представляет собой «пространственные обои». Пространственные, то есть объёмные, а не плоские элементарные ячейки – это «кирпичи», прикладыванием которых друг к другу в пространстве строится кристалл. 19

20 Структура кристалла – это пространственное расположение его атомов (или молекул). Если с каждой группой атомов(молекул) связать тоску в пространстве, то такая совокупность точек называется кристаллической решеткой. Сколько же способов построения «пространственных обоев» из элементарных кусков? Эта сложная математическая задача была также решена Е.С. Фёдоровым. Он доказал, что должны существовать 230 способов построения кристалла или, как сейчас говорим, 230 фёдоровских групп. Открытие Е.С. Фёдорова принадлежит к величайшим достижениям русской науки. Начатые примерно через 20 лет после вывода Фёдорова опытные проверки его теории – они стали возможными лишь после открытия рентгеновского структурного анализа – привели к блестящему её подтверждению. Не было найдено ни одного кристалла, который не принадлежал бы к той или иной фёдоровской группе. 20

21 Элементарная ячейка кристалла (кристаллической решетки) - структурная единица, содержащая как один, так и несколько атомов. Строение элементарной ячейки определяет многие свойства кристалла: электрические, магнитные, механические. Ячейку выбирают. Принцип выбора: наиболее простая форма (наибольшее число прямых углов), минимальный объем. объемно-центрированная кубическая решетка α-железа Элементарная ячейка

22 Основная особенность кристаллической структуры заключается в её повторяемости через строго одинаковые расстояния. Предположим, что мы сделали прогулку вдоль одной из проволочек рисунка. Выйдя из узла и продвигаясь вдоль проволоки, мы попадали бы всё в новые «местности». Но наши новые впечатления продолжались бы лишь до следующего узла. Начиная же от него, мы увидели бы полное повторение «пейзажа», уже знакомого нам по путешествию от первого до второго узла. Двигаясь в разных направлениях внутри кристалла, мы наблюдали бы разные картины, но во всех случаях, пройдя некоторое расстояние, мы попадали бы в места, неотличимые от уже пройденных, и это повторялось бы всё время через равные промежутки. 22

23 Ячейка Вигнера - Зейтца область кристаллической решётки с центром в некоторой точке решётки Браве, которая лежит ближе к этой точке решётки, чем к какой-либо другой точке решётки. Названа в честь американских физиков Юджина Вигнера и Фредерика Зейтца. Элементарная ячейка в форме ячейки Вигнера - Зейтца для 2-мерной решётки Ячейка Вигнера - Зейтца для объёмноцентрированной кубической решётки кристалла Для гранецентрированной кубической ячейки 23

24 Гранецентрированная Объёмно-центрированная Базо-центрированная Примитивная Решетка Браве является математической моделью, отражающей трансляционную симметрию кристалла. Все многообразие кристаллов может быть описано с помощью 14 типов кристаллических решеток – решеток Браве. Их принято группировать в семь систем – сингоний, различающихся видом элементарной ячейки: триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую. Ниже приведены типы ячеек Огюст Браве́ ( ) французский физик и один из основателей кристаллографии. Положил начало геометрической теории структуры кристаллов, найдя в 1848 году основные виды пространственных решёток (решётка Браве) и высказав гипотезу о том, что они построены из закономерно расположенных в пространстве точек. 24

25 Решетка Браве является математической моделью, отражающей трансляционную симметрию кристалла. В общем случае, решётка Браве не совпадает с реальным кристаллом, а узлы не соответствуют атомам. Поэтому следует отличать кристаллическую решётку и решётку Браве. Понятие решётки Браве связано с основными трансляционными векторами. Основным трансляционным вектором называется минимальный в данном направлении вектор перехода из данной точки в ближайшую эквивалентную. Задав нулевую точку, строим совокупность точек по правилу: Где n 1, n 2, n 3 -произвольные целые числа. Получившаяся решётка - решётка Браве. 25

26 В кристаллографии принято плоскости и прямые проводить через узлы пространственной решетки. Положение любого узла кристаллической решетки определяется заданием трех координат– х, у, z. Для простой решетки эти координаты можно выразить следующим образом: х = ma,у = nb, z = pc, где а, b, с– параметры решетки; m, n, p –целые числа. Если за единицы измерения длин приняты параметры решетки, то координатами узла будут числа m, n, р. Эти числа называют индексами узла и записывают следующим образом: [[m n p]]. Для описания направления в кристалле выбирают прямую, проходящую через начало координат. Ее направление однозначно определяется индексами[[m n р]] первого узла, через который он проходит. Поэтому индексы узла одновременно являются и индексами направления. Индексы направления обозначают[m n р]. Для обозначения кристаллографических плоскостей обычно используется система индексов Миллера. 26