بكرة صغيرة لكنها ثمينة

(اقرأ عن بحث توريسيلي

أدرك المفكر والكاتب والعالم الفرنسي الرائع بليز باسكال ، والمعاصر لتوريسيللي ، أنه على أساس مثل هذه الأوعية المتصلة ، من السهل إنشاء رافعة "سائلة" قوية أو مكبس هيدروليكي.

للقيام بذلك ، يجب أن يكون قطر أحد الأنابيب المتصلة أصغر بكثير من قطر الآخر. بعد ذلك ، بمساعدة ضغط صغير نسبيًا يتم تطبيقه على أنبوب صغير ، من الممكن تحريك كتلة ثقيلة من السائل في وعاء آخر!

المبدأ الذي اقترحه باسكال هو أساس أحدث الآلات والأجهزة الهيدروليكية ، والتي تجعل من الممكن الحصول على ضغوط عالية للغاية ، وهي ضرورية ، على وجه الخصوص ، للجمع "القسري" بين الهيدروجين والمعادن.

لذلك ، دون معرفة التركيب الذري والجزيئي للأجسام ، اكتشف العلماء في الماضي ميزات مذهلة لسلوك المواد التي لا يمكن تفسيرها إلا في القرن العشرين ...

لاختبار الخصائص الميكانيكية لمادة الهياكل المعقدة ، يتم شدها في حالة ساخنة.

في المادة الصلبة ، لا تغير الذرات أماكنها أبدًا ، إلا إذا قمت بتسخينها بالطبع. يزيد التسخين بشكل كبير من سرعة ومدى حركة الذرات حول مواضع التوازن. عند درجة حرارة عالية ، يمكن إذابة المادة الصلبة أو حتى تبخيرها.

مجموعة خاصة من المواد الصلبة عبارة عن بلورات ، حيث يتم توزيع الذرات بترتيب هندسي صارم. هناك العديد من الاحتمالات لترتيب الذرات في صفوف وخطوط منتظمة وتشكيل أشكال هندسية مختلفة منها ، على الرغم من أنه ، كما أثبت العالم الروسي E ، S. أظهرت جميع الفحوصات اللاحقة لنظرية فيدوروف أنه في الطبيعة لا توجد هياكل بلورية مستقرة أخرى لم يتنبأ بها فيدوروف.

تبين أن الدورية الصارمة للبنية الداخلية للبلورات مفيدة جدًا للتكنولوجيا الحديثة.

يمكن للإلكترون الحر الذي نشأ في بلورة تحت تأثير درجة الحرارة أو الضوء أن يسافر لمسافات أطول بكثير من المادة الصلبة العادية ، وهو أمر مهم للغاية عند إنشاء أجهزة للهندسة الراديوية.

بلورات متنوعة موجودة في الطبيعة! يتكون الثلج الذي يتساقط في أوائل الشتاء بين الشجيرات والأشجار أيضًا من بلورات صغيرة.

يخترق الضوء في البلورة بشكل أعمق مما يخترق في الجسم الصلب من نفس التركيب الكيميائي ، ولكنه يتكون من العديد من المجموعات الذرية العشوائية المتواجدة بشكل عشوائي فيما يتعلق ببعضها البعض. وتستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في البصريات - أفضل العدسات والمناشير مصنوعة بالطبع من البلورات.

تم العثور على بلورات تنشأ فيها ، بعد الضغط ، شحنات كهربائية من العلامة المعاكسة على أوجه مختلفة. والعكس صحيح - بعد مرور تيار كهربائي ، يمكن لهذه البلورات أن تتقلص أو تتمدد بشدة.

هذه البلورات المدهشة تسمى بلورات بيزو، تستخدم الآن على نطاق واسع في التكنولوجيا الإلكترونية - بعد كل شيء ، حتى ضغط الموجة الصوتية يتسبب في ظهور وتيار الشحنات الكهربائية فيها ، والتي يمكن اكتشافها بسهولة ونقلها عبر الأسلاك ...

خصائص الكريستال

أظهرت دراسة عميقة لخصائص هذه البلورات المفيدة أن الحركة الحرة للذرات ممكنة فيها. علاوة على ذلك ، تم العثور على عيوب مختلفة ، وانتهاكات في البنية الصحيحة للشبكة البلورية ، والفراغات ، وتحولات الذرات في البلورات. باستخدام هذه الانتهاكات للهيكل ، يمكن للشوائب الأجنبية أو المعادن الأجنبية أو شوائب الغاز أن تخترق بعمق شديد في البلورة ، خاصةً عندما يتم الحصول عليها من ذوبان أو محلول من المادة الأصلية.

هذا هو السبب في أن قوة البلورات الحقيقية غالبًا ما تكون عشرات أو حتى مئات المرات أقل من القوة التي يجب أن تتمتع بها وفقًا للحسابات النظرية.

تم تكبير الشعيرات 150 مرة ، كما أن الشعيرات الكريستالية المنسوجة بألياف الجرافيت والزجاج والبوليمرات جعلت من الممكن الحصول على مواد جديدة خفيفة ومتينة للغاية.

منذ حوالي عشرين عامًا ، اكتشف الباحثون اليقظون في العديد من المختبرات حول العالم تحت المجهر أن "الهوائيات" الصغيرة تنمو تلقائيًا على سطح العديد من البلورات. ولكن على المستوى الذري ، فهذه ناطحات سحاب ، حيث يبلغ ارتفاعها عشرات ومئات المرات عرض القاعدة.

تشكيل هوائيات صغيرة (أو كما يطلق عليها الآن ، شعر اللحية) يحدث بسبب الحركات الدقيقة للذرات فوق سطح البلورة. بعد كل شيء ، تتشابك ذرات السطح بواسطة روابط إلكترونية على جانب واحد فقط - من أعماق البلورة ، وهذا يمنحها أحيانًا فرصة للانفصال عن جيرانها والتحرك. تبدأ هذه الذرات المتجولة في الالتصاق بنتوء عشوائي على السطح وتحيط به. يحدث نمو النتوء إلى الأعلى ، كقاعدة عامة ، في دوامة. يتكون برج مخروطي ، يذكرنا بنصب تذكاري للأممية الثالثة موجه إلى السماء ، وهو رمز لأخوة الشعوب ، والذي تم الانتهاء من مشروعه في العشرينات من القرن من قبل الفنان والمصمم المتميز فلاديمير تاتلين. يمكن رؤية مشروع هذا النصب التذكاري في قاعات متحف الفنون الجميلة. بوشكين في موسكو.

آلية نمو مثيرة للاهتمام بلورات المحلاقلكن الأكثر غرابة كان ... الغياب التام لأي عيوب فيها. كانت قوة البلورات الصغيرة أعلى بمئات المرات من قوة البلورات الضخمة ، التي نمت على سطحها ، وتتوافق تمامًا مع القوة النظرية.

أتذكر ، في أوائل الستينيات ، عندما ظهرت مراجعتي للعمل على بلورات الشعيرات في إحدى المجلات ، بدأ العديد من الزوار في القدوم إلى مختبرنا. كان البعض مهتمًا بالخصائص الفريدة للمواد الجديدة ، بينما كان البعض الآخر قلقًا بشأن إمكانية النمو البلوري "غير المخطط له" في دوائر الراديو ، حيث يمكن أن تؤدي مثل هذه الهوائيات إلى فشل مفاجئ في الأجهزة الإلكترونية.

جلب اكتشاف الشعيرات فرحة كبيرة لكل من يحتاج إلى مواد بناء قوية وخفيفة الوزن. بدأ نسج بلورات ويسكر في ألياف البوليمر ، جنبًا إلى جنب مع المعادن للحصول على الحبال والأشرطة والأنابيب ذات القوة والمتانة غير المسبوقة.

البلورات وخصائصها

اعتمادًا على الهيكل الداخلي ، يتم تمييز المواد الصلبة البلورية وغير المتبلورة.
بلورياستدعاء المواد الصلبة المتكونة هندسيًا الموجودة بشكل صحيح في جزيئات المواد الفضائية - الأيونات أو الذرات أو الجزيئات. يشكل ترتيبهم المنظم والمنتظم شبكة بلورية في الفضاء - تشكيل دوري ثلاثي الأبعاد لا نهاية له. يميز العقد (النقاط الفردية ، مراكز جاذبية الذرات والأيونات) ، الصفوف (مجموعة من العقد تقع على خط مستقيم واحد) والشبكات المسطحة (المستويات التي تمر عبر أي ثلاث عقد). هندسيًا صحيحًا شكل بلوريفي المقام الأول بسبب هيكلها الداخلي الطبيعي بحت. تتوافق شبكات الشبكة البلورية مع وجوه البلورة الحقيقية ، وتقاطعات الشبكات - الصفوف - مع حواف البلورات ، وتقاطعات الحواف - مع قمم البلورات. معظم المعادن والصخور المعروفة ، بما في ذلك مواد البناء الحجرية ، هي مواد صلبة بلورية.

جميع البلورات لديها عدد من الأشياء المشتركة. الخصائص الأساسية.
توحيد الهيكل- نفس نمط الترتيب المتبادل للذرات في جميع أجزاء حجم شبكتها البلورية.
تباين الخواص- الاختلاف في الخواص الفيزيائية للبلورات (التوصيل الحراري والصلابة والمرونة وغيرها) في اتجاهات متوازية وغير متوازية للشبكة البلورية. خصائص البلورات هي نفسها في الاتجاهات المتوازية ، ولكن ليست هي نفسها في الاتجاهات غير المتوازية.
القدرة على الحد من الذات، بمعنى آخر. تأخذ شكل متعدد السطوح منتظم مع النمو الحر للبلورات.
تناظر- إمكانية دمج بلورة أو أجزائها ببعض التحولات المتناظرة المقابلة لتماثل شبكاتها المكانية.
المواد غير المتبلورة أو المعدنية هي مواد صلبة تتميز بترتيب غير منظم وفوضوي (كما هو الحال في السائل) للجسيمات المكونة لها (الذرات والأيونات والجزيئات) ، على سبيل المثال ، الزجاج والراتنجات والبلاستيك ، إلخ. تتميز المادة غير المتبلورة بخصائصها الخواص ، عدم وجود درجة حرارة محددة بوضوح للانصهار والشكل الهندسي الطبيعي.
أظهرت دراسة الأشكال البلورية للمعادن أن عالم البلورات يتميز بالتماثل ، وهو ما يُلاحظ جيدًا في الشكل الهندسي لقطعها.
يعتبر الكائن متماثلًا إذا أمكن دمجه مع نفسه من خلال تحويلات معينة: الدوران ، الانعكاسات في مستوى المرآة ، الانعكاس في مركز التناظر. تسمى الصور الهندسية (المستويات المساعدة ، والخطوط المستقيمة ، والنقاط) ، التي يتم تحقيق المحاذاة بها ، بعناصر التناظر. وتشمل محاور التناظر ، ومستويات التناظر ، ومركز التناظر (أو مركز الانعكاس).
مركز التناظر هو نقطة خاصة داخل الشكل ، عند رسمها يلتقي من خلالها أي خط مستقيم على مسافة متساوية منه نفس الأجزاء المقابلة من الشكل. مستوى التناظر هو مستوى وهمي يقسم الشكل إلى جزأين متساويين بحيث يكون أحد الجزأين صورة معكوسة للآخر. محور التناظر هو خط مستقيم وهمي ، عندما يتم تدويره حوله بزاوية معينة ، تتكرر نفس أجزاء الشكل.

المعادن ، التي تتميز ببنية بلورية ، لها نوع معين من الشبكة البلورية ، وهي الجزيئات التي يتم الاحتفاظ بها بواسطة روابط كيميائية. بناءً على مفهوم إلكترونات التكافؤ ، هناك أربعة أنواع رئيسية من الروابط الكيميائية:

1) الأيونية أو غير متجانسة (الهاليت المعدني) ،

2) التساهمية أو المثلية (الماس المعدني) ،

3) معدني (ذهبي معدني) ،

4) الجزيئية أو فان دير فالس. تؤثر طبيعة الرابطة على خصائص المواد البلورية (الهشاشة ، والصلابة ، والقابلية للتطويع ، ونقطة الانصهار ، وما إلى ذلك). قد تحتوي البلورة على نوع واحد من الروابط (بنية متجانسة) أو عدة أنواع (بنية غير متجانسة).

بالنظر إلى البلورات المختلفة ، نرى أنها جميعًا مختلفة في الشكل ، لكن أيًا منها يمثل جسمًا متماثلًا. في الواقع ، التناظر هو أحد الخصائص الرئيسية للبلورات. نحن نسمي الأجسام المتماثلة التي تتكون من أجزاء متساوية.

جميع البلورات متناظرة. هذا يعني أنه في كل متعدد الوجوه المتبلور يمكن للمرء أن يجد مستويات تناظر ، محاور تناظر ، مراكز تناظر وعناصر تناظر أخرى بحيث تكون الأجزاء نفسها من متعدد السطوح محاذاة مع بعضها البعض. دعنا نقدم مفهومًا آخر يتعلق بالتناظر - القطبية.

يحتوي كل متعدد الوجوه المتبلور على مجموعة معينة من عناصر التناظر. تسمى المجموعة الكاملة لجميع عناصر التناظر المتأصلة في بلورة معينة فئة التناظر. عددهم محدود. رياضيًا ، ثبت أن هناك 32 نوعًا من التناظر في البلورات.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في أنواع التناظر في البلورة. بادئ ذي بدء ، في البلورات يمكن أن يكون هناك محاور تناظر فقط 1 و 2 و 3 و 4 و 6 أوامر. من الواضح أن محاور التناظر من الرتب الخامسة والسابعة والأعلى غير ممكنة ، لأنه مع مثل هذا الهيكل ، لن تملأ الصفوف والشبكات الذرية الفراغ باستمرار ، وستظهر الفراغات ، والفجوات بين مواضع توازن الذرات. لن تكون الذرات في أكثر المواضع استقرارًا وسوف ينهار الهيكل البلوري.

في متعدد الوجوه البلورية ، يمكنك العثور على مجموعات مختلفة من عناصر التناظر - بعضها يحتوي على القليل ، والبعض الآخر لديه الكثير. بالتناظر ، في المقام الأول على طول محاور التناظر ، تنقسم البلورات إلى ثلاث فئات.

تشتمل الفئة الأعلى على البلورات الأكثر تناسقًا ، ويمكن أن يكون لها عدة محاور تناظر للأوامر 2 و 3 و 4 ، ولا توجد محاور من الترتيب السادس ، ويمكن أن يكون هناك مستويات ومراكز تناظر. تشتمل هذه الأشكال على مكعب ، وثماني الوجوه ، ورباعي السطوح ، وما إلى ذلك. جميعها لها سمة مشتركة: فهي متشابهة تقريبًا في جميع الاتجاهات.

يمكن أن تحتوي بلورات الفئة الوسطى على محاور من 3 و 4 و 6 أوامر ، ولكن واحدة فقط لكل منها. يمكن أن يكون هناك عدة محاور من الترتيب الثاني ؛ ومن الممكن وجود مستويات التماثل ومراكز التماثل. أشكال هذه البلورات: المنشورات ، الأهرامات ، إلخ. السمة المشتركة: اختلاف حاد على طول وعبر المحور الرئيسي للتناظر.

من بين البلورات ، تشمل أعلى فئة: الماس ، والكوارتز ، والجرمانيوم العقيق ، والسيليكون ، والنحاس ، والألمنيوم ، والذهب ، والفضة ، والقصدير الرمادي ، والتنغستن ، والحديد ؛ إلى الفئة الوسطى - الجرافيت ، الياقوت ، الكوارتز ، الزنك ، المغنيسيوم ، القصدير الأبيض ، التورمالين ، البريل ؛ إلى أدنى المستويات - الجبس ، والميكا ، وكبريتات النحاس ، وملح روشيل ، وما إلى ذلك. بالطبع ، لم تسرد هذه القائمة جميع البلورات الموجودة ، ولكن أشهرها فقط.

الفئات ، بدورها ، مقسمة إلى سبع مجموعات. ترجمت من اليونانية ، "syngony" تعني "زاوية مماثلة". يتم دمج البلورات التي لها نفس محاور التناظر ، وبالتالي مع زوايا دوران مماثلة في الهيكل ، في تناغم.

أولاً ، تجدر الإشارة إلى خاصيتين رئيسيتين للبلورات. واحد منهم هو تباين الخواص. يشير هذا المصطلح إلى التغيير في الخصائص حسب الاتجاه. في الوقت نفسه ، تعتبر البلورات أجسامًا متجانسة. يكمن تجانس المادة البلورية في حقيقة أن قسمين من نفس الشكل ونفس الاتجاه متماثلان في الخصائص.

لنتحدث عن الخصائص الكهربائية أولاً. من حيث المبدأ ، يمكن اعتبار الخواص الكهربائية للبلورات باستخدام المعادن كمثال ، لأن المعادن ، في إحدى الحالات ، يمكن أن تكون مجاميع بلورية. الإلكترونات ، التي تتحرك بحرية في المعدن ، لا يمكنها الخروج ، لذلك تحتاج إلى إنفاق الطاقة. إذا تم إنفاق الطاقة المشعة في هذه الحالة ، فإن تأثير انفصال الإلكترون يسبب ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي. لوحظ تأثير مماثل أيضًا في البلورات المفردة. يُسحب الإلكترون من المدار الجزيئي ، ويبقى داخل البلورة ، مما يتسبب في أن يكون للأخير موصلية معدنية (تأثير كهروضوئي داخلي). في ظل الظروف العادية (بدون تشعيع) ، فإن هذه المركبات ليست موصلات للتيار الكهربائي.

تمت دراسة سلوك موجات الضوء في البلورات بواسطة E.Bertolin ، الذي كان أول من لاحظ أن الموجات تتصرف بشكل غير قياسي عند مرورها عبر بلورة. بمجرد أن رسم برتالين الزوايا ثنائية السطوح للصاري الأيسلندي ، ثم وضع الكريستال على الرسومات ، ثم رأى العالم لأول مرة أن كل سطر متشعب. كان مقتنعًا عدة مرات أن جميع بلورات الصاري تشعب الضوء ، وعندها فقط كتب برتالين أطروحة "تجارب مع بلورة آيسلندية ثنائية الانكسار ، والتي أدت إلى اكتشاف انكسار رائع وغير عادي" (1669). أرسل العالم نتائج تجاربه إلى العديد من البلدان للعلماء والأكاديميات الفردية. تم قبول العمل بالكفر التام. خصصت أكاديمية العلوم الإنجليزية مجموعة من العلماء لاختبار هذا القانون (نيوتن ، بويل ، هوك ، وغيرهم). اعترفت هذه اللجنة الرسمية بالظاهرة على أنها عرضية ، والقانون غير موجود. تم نسيان نتائج تجارب برتالين.

بعد 20 عامًا فقط ، أكد كريستيان هيغنز صحة اكتشاف برتالين واكتشف بنفسه الانكسار في الكوارتز. أكد العديد من العلماء الذين درسوا هذه الخاصية لاحقًا أن ليس فقط الصاري الأيسلندي ، ولكن أيضًا العديد من البلورات الأخرى تشعب الضوء.

بلورات من أعلى فئة ، مثل الماس ، والملح الصخري ، والشب ، والعقيق ، والفلوريت ، لا تقسم الضوء. بشكل عام ، يكون تباين العديد من الخصائص أقل وضوحًا فيها من البلورات الأخرى ، وبعض الخصائص متباينة الخواص. في جميع بلورات الفئات الدنيا والمتوسطة ، إذا كانت شفافة ، لوحظ انكسار مزدوج للضوء.

يحدث الانكسار بسبب الاختلاف في سرعة الضوء في الوسائط المختلفة. لذا فإن سرعة الضوء في الزجاج أقل بمقدار 1.5 مرة من سرعة الهواء ، وبالتالي فإن معامل الانكسار هو 1.5.

سبب الانكسار هو تباين سرعة الضوء في البلورات. في وسط الخواص ، تتباعد الموجات في جميع الاتجاهات بالتساوي ، كما لو كانت على طول نصف قطر الكرة. في البلورات ، لا يتباعد الضوء والموجات الصوتية في دوائر ، وتختلف سرعة هذه الموجات ، وبالتالي مؤشرات الانكسار ، في اتجاهات مختلفة.

تخيل أن شعاع الضوء في البلورة ينقسم إلى قسمين ، أحدهما يتصرف مثل الشعاع "العادي" ، أي يذهب في جميع الاتجاهات على طول نصف قطر الكرة ، والآخر - "غير عادي" - يسير على طول نصف قطر الشكل الإهليلجي. في مثل هذه البلورة ، يوجد اتجاه واحد فقط لا يوجد فيه انكسار. تتلاقى الأشعة العادية وغير العادية معًا ، ولا ينفصل شعاع الضوء. يطلق عليه المحور البصري. هذه هي الطريقة التي تتصرف بها بلورات الفئة الوسطى فيما يتعلق بالضوء ، لذلك يطلق عليها بصريًا أحادية المحور. في البلورات من الفئة الأدنى ، يتعرض الضوء أيضًا لانكسار مزدوج ، ولكن كلا الشعاعين يتصرفان بالفعل بشكل غير عادي ، ولكل منهما مؤشرات انكسار مختلفة في جميع الاتجاهات ، وكلاهما ينتشر على طول نصف قطر الشكل الإهليلجي. تسمى البلورات من أدنى فئة بصريًا ثنائي المحور. تسمى البلورات من أعلى فئة ، حيث يتباعد الضوء على طول نصف قطر الكرة في جميع الاتجاهات بالتساوي ، بصريًا الخواص.

عند المرور عبر بلورة ثنائية الانكسار ، لا تنقسم موجة الضوء إلى قسمين فحسب ، بل يتم أيضًا استقطاب كل من الأشعة المتكونة ، وتتحلل إلى مستويين متعامدين مع بعضهما البعض. الموجة تتصرف بطريقة مماثلة ، لأن يجب أن تمر عبر الشبكة الذرية ، التي تقع صفوفها أمامها. لذلك ، ينقسم في بلورة إلى موجتين ، حيث تكون مستويات الاهتزاز متعامدة بشكل متبادل.

يتم تحديد خصائص المواد الصلبة مثل المرونة والقوة والتوتر السطحي بواسطة قوى التفاعل بين الذرات وهيكل البلورات. من خلال دراسة قوى التفاعل بين الذرات ، يمكن للمرء ، على سبيل المثال ، تحديد قيمة معامل المرونة ، والقوة النهائية للمادة ، وطاقة ربط البلورة ، ومعامل التوتر السطحي.

وبالتالي ، يتم تقييم خصائص أي مواد صلبة ، ولكن من الأسهل القيام بذلك بالنسبة للبلورات الأيونية المثالية. في شعرية هذه البلورات ، تتناوب الأيونات الموجبة والسالبة بشكل دوري. للتقييم ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري معرفة قيمة قوة الرابطة بين الذرات الفردية ، والتي يتم تحديدها في البلورات الأيونية من خلال قوة التفاعل بين أيونين.

يكون اعتماد قوى التفاعل بين الذرات على المسافة بين مراكز الذرات في المواد الصلبة كما يلي:

1) تعمل القوى الجاذبة والمنافرة في آن واحد بين الذرات. القوة الناتجة للتفاعل بين الذرات هي مجموع هاتين القوتين.

2) عندما تنخفض المسافة بين الذرات ، تنمو قوى التنافر بشكل أسرع بكثير من قوى الجاذبية ، لذلك هناك مسافة معينة تتوازن فيها القوى الجذابة والطاردة وتصبح القوة الناتجة مساوية للصفر. في البلورة المتروكة لنفسها ، توجد الأيونات بدقة على مسافة r0 من بعضها البعض. إذا كانت المسافة بين الذرات أقل من توازن واحد (r أقل من r0) ، فعندئذ تسود قوى التنافر ، إذا (r أكبر من r0) ، تسود قوى الجذب.

هذه الخصائص للقوى بين الذرية تجعل من الممكن النظر بشكل مشروط إلى الجسيمات التي تشكل البلورة على أنها كرات مرنة صلبة تتفاعل مع بعضها البعض. يؤدي تشوه البلورة الشد إلى زيادة المسافة بين مراكز الكرات المجاورة وغلبة قوى الجذب ، بينما يؤدي تشوه الانضغاط إلى انخفاض في هذه المسافة وغلبة قوى التنافر.

عادة ما يشار إلى قوة الشد على أنها أعلى ضغط يمكن أن تتحمله المادة دون أن تنكسر. عندما يتم شد عينة ، يتم تحديد قوة الشد من خلال القيمة القصوى للقوة الناتجة من الجذب بين الذرات لكل وحدة مساحة من القسم المتعامد مع اتجاه التمدد.

تصل القوة الناتجة للتفاعل بين الذرات إلى أقصى قيمة لها عندما تكون مراكز الذرات على مسافة r1 من بعضها البعض. عندما يزداد التمدد أكثر ، تصبح قوى التفاعل صغيرة جدًا بحيث تنكسر الروابط بين الذرات.

صفحة 1

قد يكون للخاصية الفيزيائية للبلورة أيضًا تناظر أعلى من البلورة ، ولكن يجب أن تتضمن بالضرورة تناظر مجموعة النقاط في البلورة. بسبب تباين البلورة ، تختلف خصائصها في اتجاهات مختلفة. ومع ذلك ، في ظل التحولات المتماثلة ، يجب أن تظل البلورة متطابقة فيما يتعلق بجميع الخصائص ، الهندسية والفيزيائية. يجب أن تكون الخصائص الفيزيائية على طول الاتجاهات المتكافئة من الناحية البلورية هي نفسها.

الخصائص الفيزيائية للبلورات ، كما هو معروف ، ليست هي نفسها في اتجاهات مختلفة.

الخصائص الفيزيائية للبلورة - المرونة والكثافة والأبعاد تعتمد على درجة الحرارة ، وبالتالي فإن ترددها الطبيعي v0 يعتمد أيضًا على درجة الحرارة.

تعتمد الخصائص الفيزيائية للبلورة بشكل أساسي على طبيعة القوى الكيميائية التي تربط الذرات في شبكة بلورية ، وبدرجة أقل ، على الترتيب المحدد للذرات بالنسبة لبعضها البعض. ومع ذلك ، نظرًا لدورية التركيب الذري ، يمكن بسهولة اكتشاف الفروق الدقيقة نسبيًا في الخصائص الفيزيائية المرتبطة بخصائص ترتيب الذرات - تظهر بشكل مجهري في تباين البلورة. هذا يجعل من الممكن استخدام الخصائص الفيزيائية ، مع الآخرين ، لدراسة الترتيب المتبادل للذرات أو الجزيئات في خلية بلورية.

تعتبر الخصائص الفيزيائية للبلورات مرتبطة بشكل مباشر بالطاقة وطبيعة التفاعل بين الذرات.

تبين أن جميع الخصائص الفيزيائية للبلورات مرتبطة بتناظرها. وبالتحديد ، يجب أن تتضمن عناصر التناظر لأي خاصية فيزيائية للبلورة عناصر التناظر لمجموعة النقاط الخاصة بها من التحولات. يسمى هذا البيان مبدأ نيومان ويلعب دورًا مهمًا في الفيزياء البلورية.

تغير عيوب الإشعاع الخواص الفيزيائية للبلورات: التوصيل الأيوني ، الكثافة ، الصلابة ، الخواص البصرية.

يتم تحديد الشكل الهندسي والخصائص الفيزيائية للبلورات من خلال الشبكة المكانية الخاصة بها ، والتي تتميز بالموضع النسبي للجسيمات التي تشكل البلورة ، والمسافة وطبيعة الاتصال بينها.

تغير عيوب الإشعاع الخواص الفيزيائية للبلورات: التوصيل الأيوني ، الكثافة ، الصلابة ، الخواص البصرية. تعتبر العيوب الإشعاعية المتكونة في المواد الصلبة عند درجات حرارة منخفضة ذات أهمية كبيرة إذا كانت مستقرة بدرجة كافية. يؤدي وجود عيوب مستقرة بعد التشعيع إلى تغيير نشاط المحفزات الصلبة.

تحدد بنية العصابات الخصائص الفيزيائية للبلورة ، وكل ما قيل أعلاه لسلسلة أحادية البعد ينطبق على البلورات ثلاثية الأبعاد الحقيقية: البلورة لها خصائص المعدن عندما تشغل الإلكترونات النطاق العلوي يتم تعبئتها جزئيًا فقط.

ومع ذلك ، هناك بعض الخصائص الفيزيائية للبلورات الكمومية التي تلعب فيها اهتزازات الذرات الصفرية دورًا مهيمنًا. تتضمن هذه الخصائص ، أولاً وقبل كل شيء ، إمكانية الحركة النفقية للذرات في شبكة بلورية ، والتي يتم تحديدها بالكامل من خلال التأثير الكمي البحت لنفق الجسيمات عبر حاجز محتمل. يمكن أن يتسبب وجود حركة النفق في إعادة ترتيب الحالة الأرضية لبلورة كمومية.

لوضع خاصية مادية للبلورة موضع التنفيذ ، يجب على المرء أن يعرف ما إذا كان متباين الخواص أو متباين الخواص ؛ إذا كان متباين الخواص ، فقم بتحديد طبيعة تباين الخواص ، وإذا كان وصف الموتر ممكنًا ، فابحث عن مرتبة الموتر التي تميز هذه الخاصية.

بلورات طبيعية ... وتسمى أيضًا أحجارًا جميلة ونادرة أو صلبة. نتخيل الحجر البلوري باعتباره متعدد السطوح كبير ومشرق وشفاف أو عديم اللون مع حواف لامعة مثالية. في الحياة ، غالبًا ما نلتقي بمثل هذه المواد الصلبة في شكل حبيبات غير منتظمة الشكل ، حبيبات رمل ، شظايا. لكن خصائصها هي نفس خصائص البلورات الكبيرة المثالية. انغمس معنا في العالم السحري للأحجار الكريستالية الطبيعية ، وتعرف على هيكلها وأشكالها وأنواعها. حسنًا ، دعنا نذهب ...

سر البلورات

عالم البلورات جميل وغامض. لقد جذبتنا الحصى متعددة الألوان وجذبتنا بجمالها منذ الطفولة. نشعر بالغموض على مستوى حدسي ونعجب بجمالها الطبيعي. لطالما أراد الناس معرفة أكبر قدر ممكن عن المواد الصلبة الطبيعية ، وعن خصائص البلورات ، وتكوين أشكالها ، ونموها وبنيتها.

عالم هذه الأحجار غير عادي لدرجة أنك تريد أن تنظر بداخلها. ماذا سنرى هناك؟ ستفتح أمام عينيك صورة تمتد إلى ما لا نهاية ، وصفوف مرتبة بدقة من الذرات والجزيئات والأيونات. جميعهم يلتزمون بصرامة بالقوانين التي تحكم عالم الأحجار الكريستالية.

المواد البلورية منتشرة بشكل كبير في الطبيعة ، لأن جميع الصخور تتكون منها. قشرة الأرض كلها مكونة من صخور. اتضح أن هذه المواد غير العادية يمكن أن تزرع في المنزل بنفسك. من المهم ملاحظة أن كلمة "بلور" في اليونانية القديمة تعني "جليد" أو "بلور صخري".

ما هو حجر الكريستال؟

ماذا تقول الكتب المدرسية عن البلورات؟ يقولون أن هذه أجسام صلبة تتشكل تحت تأثير الظروف الطبيعية أو المختبرية ولها مظهر متعدد السطوح. الهيكل الهندسي لهذه الأجسام صارم بشكل معصوم عن الخطأ. يتكون سطح الأشكال البلورية من مستويات مثالية - وجوه تتقاطع على طول خطوط مستقيمة تسمى الحواف. تظهر الرؤوس عند نقاط تقاطع الحواف.

البلورة هي الحالة الصلبة للمادة. لها شكل معين ، عدد محدد من الوجوه ، اعتمادًا على ترتيب الذرات. لذلك ، المواد الصلبة ، حيث يتم ترتيب الجزيئات والذرات والأيونات بنمط صارم في شكل عقد من المشابك المكانية.

غالبًا ما نربط البلورات بالأحجار الكريمة النادرة والجميلة. وهذا ليس عبثًا ، فالماس أيضًا بلورات. لكن ليست كل المواد الصلبة نادرة وجميلة. بعد كل شيء ، جزيئات الملح والسكر هي أيضا بلورات. هناك المئات من المواد من حولنا في شكلها. تعتبر إحدى هذه الأجسام مياه مجمدة (جليد أو رقاقات ثلجية).

تكوين أشكال مختلفة من البلورات

في الطبيعة ، تتشكل المعادن نتيجة لعمليات تشكيل الصخور. تقع محاليل المعادن على شكل صخور ساخنة ومصهورة في أعماق الأرض. عندما يتم دفع هذه الصخور الساخنة إلى سطح الأرض ، فإنها تبرد. المواد تبرد ببطء شديد. تشكل المعادن بلورات على شكل مواد صلبة. على سبيل المثال ، توجد معادن الكوارتز والفلسبار والميكا في الجرانيت.

تحتوي كل بلورة على مليون عنصر فردي (بلورات أحادية). يمكن تمثيل خلية الشبكة البلورية كمربع مع وجود ذرات في الزوايا. يمكن أن تكون هذه ذرات أكسجين أو عناصر أخرى. من المعروف أن البلورات يمكن أن تتفاعل مع الطاقات المختلفة ، تذكر موقف الناس تجاهها. هذا هو السبب في أنها تستخدم للشفاء والتطهير. يمكن أن تكون البلورات ذات أشكال مختلفة. بناءً على ذلك ، يتم تقسيمهم إلى 6 أنواع كبيرة.

أنواع وأنواع مختلفة من المواد الصلبة الطبيعية

يمكن أن تكون أحجام الكريستال مختلفة أيضًا. جميع المواد الصلبة مقسمة إلى مثالية وحقيقية. تشتمل الأجسام المثالية على أجسام ذات حواف ناعمة ونظام صارم طويل المدى وتماثل معين للشبكة البلورية ومعلمات أخرى. تشمل البلورات الحقيقية تلك الموجودة في الحياة الواقعية. قد تحتوي على شوائب تقلل من تناسق الشبكة البلورية ، ونعومة الوجوه ، والخصائص البصرية. كلا النوعين من الحجارة متحدان بقاعدة ترتيب الذرات في الشبكة أعلاه.

وفقًا لمعيار آخر لتقسيمها ، يتم تقسيمها إلى طبيعية ومصطنعة. لنمو البلورات الطبيعية ، هناك حاجة لظروف طبيعية. تزرع المواد الصلبة الاصطناعية في المختبر أو في المنزل.

وفقًا للمعايير الجمالية والاقتصادية ، يتم تقسيمها إلى أحجار كريمة وغير كريمة. المعادن الثمينة نادرة وجميلة. وتشمل هذه الزمرد والماس والجمشت والياقوت والياقوت وغيرها.

هيكل وأشكال تراكمات المواد الصلبة

البلورات ذات القمة الواحدة عبارة عن أحجار سداسية ذات قمة هرمية. قاعدة معادن المولد هذه أوسع. هناك بلورات ذات قمتين - يين ويانغ. يتم استخدامها في التأمل لتحقيق التوازن بين المبادئ المادية والروحية.

المعادن ، التي يكون فيها وجهان من الوجوه الستة على الجانب أعرض من جميع الوجوه الأخرى ، تسمى رقائقية. يتم استخدامها للشفاء التخاطر.

تسمى البلورات المتكونة نتيجة الصدمات أو الشقوق ، والتي تتحلل بعد ذلك إلى 7 ظلال ، قزحي الألوان. يخففون من الاكتئاب والإحباط.

المعادن التي تحتوي على شوائب مختلفة من العناصر الأخرى تسمى بلورات الأشباح. أولاً ، يتوقفون عن النمو ، ثم تستقر المواد الأخرى عليهم ، ثم يستأنف النمو من حولهم مرة أخرى. وبالتالي ، فإن ملامح المعدن الذي توقف عن النمو تكون مرئية ، لذا فهي تبدو شبحية. تستخدم هذه البلورات لجذب المحاصيل في قطع أراضي الحدائق.

دروز غير عاديين

الدروز مشهد جميل جدا. هذه مجموعة من العديد من البلورات على قاعدة واحدة. لديهم قطبية إيجابية وسلبية. إنهم ينظفون الهواء ويعيدون شحن الجو. تم العثور على صخور الكوارتز والزمرد والتوباز في الطبيعة. يجلبون السلام والوئام إلى الشخص.

يسمى Druse أيضًا بلورات متداخلة. في أغلب الأحيان ، يخضع العقيق ، والبيريت ، والفلوريت لهذه الظاهرة. غالبًا ما يتم عرضها كمعارض في المتاحف.

تسمى البلورات الصغيرة المتشابكة بالفرشاة ، وتسمى المعادن الكبيرة زهرة. مجموعة متنوعة جميلة جدا من الدرزية هي الجيود. تنمو على الجدران. يمكن أن تكون الدروع صغيرة جدًا وكبيرة. هذه اكتشافات قيمة للغاية. تعتبر الدروع من العقيق ، السيلانيت ، الجمشت ، السترين ، الموريون ذات قيمة عالية.

كيف تخزن البلورات المعلومات والمعرفة؟

وجد العلماء أن هناك مثلثات على حواف البلورات تدل على وجود المعرفة فيها. لا يمكن الوصول إلى هذه المعلومات إلا من قبل شخص معين. إذا ظهر مثل هذا الشخص ، فإن الحجارة ستمنحه دواخلها الحقيقية.

البلورات قادرة على نقل الاهتزازات ، وإيقاظ القوى العليا للوعي ، وموازنة القوى الروحية. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدامها في التأمل. الحضارات السابقة تخزن المعلومات في الحجارة. على سبيل المثال ، كان الكريستال الصخري يعتبر جوهرة الآلهة. تم تبجيل البلورات ككائنات حية. حتى كلمة "كوزموس" تعني في الأصل "الأحجار الكريمة".

الجواهر

من المهم أن نلاحظ أن البلورات الثمينة في شكلها الخام ليست كلها بهذا الجمال. وتسمى أيضًا الأحجار أو المعادن. يطلق عليهم اسم ثمين لأنها جميلة جدا في القطع وتستخدم في المجوهرات. يعرف الكثيرون الجمشت والماس والياقوت والياقوت.

يعتبر الماس أصعب حجر. بلورة هشة ذات لون أخضر عشبي - زمرد. روبي هو نوع أحمر من اكسيد الالمونيوم. توجد رواسب هذه البلورة في جميع القارات تقريبًا. ما الذي يعتبره المثالي الذي لا يمكن إنكاره؟ الياقوت البورمي. توجد رواسب الياقوت في الاتحاد الروسي في منطقتي تشيليابينسك وسفيردلوفسك.

ما هي المعادن باهظة الثمن الأخرى الموجودة؟ البلورات الثمينة الشفافة بألوان مختلفة - من الأزرق الباهت إلى الأزرق الداكن - هي الياقوت الأزرق. على الرغم من أنه معدن نادر ، إلا أنه تقدر قيمته بأقل من الياقوت.

مجموعة متنوعة باهظة الثمن من الكوارتز هي جمشت الأحجار الكريمة الجميلة. بمجرد أن أدخله رئيس الكهنة هارون في عدد 12 حجرًا من صدريته. جمشت له لون أرجواني أو أرجواني جميل.

الماس الروسي

لذلك ، يتم استخراج أصعب الكريستال - الماس - من أنابيب الكمبرلايت التي تشكلت نتيجة ثوران البراكين تحت الأرض. تم تشكيل الشبكة البلورية لهذا الحجر تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي للكربون.

بدأ تعدين الماس في روسيا في ياقوتيا فقط في منتصف القرن الماضي. واليوم ، يعد الاتحاد الروسي بالفعل من بين رواد استخراج هذه الأحجار الكريمة. يتم تخصيص مليارات الروبلات سنويًا لتعدين الماس في روسيا. من الجدير بالذكر أن هناك عدة قيراط من الماس لكل طن من أنابيب الكمبرلايت.