Заттардың кристалдық және аморфтық күйлері

Лекция 15.

Заттардың кристалдық және аморфтық күйлері. Кристалдар классификациясы. Кристалдардың физикалық типтері.Қатты денелердің жылу сылу сыйымдылығы. Фазалық түрлендірулер.Дюлонг-Пти заңы.

Қатты дене өзінің формасы мен көлемін сақтайды. Кристалдық күйдің, оны сұйық және газ тәрізді күйлерден айыратын сипаттық белгісі оның анизотроптылығы, яғни оның  физикалық қасиеттерінің (механикалық, жылулық, электрлік, оптикалық қасиеттерінің) бағытқа байланысты болатындыға.

Кристалл атомдарының орналасу реттілігі атомдарыдың геометриялық дұрыс кеңістік решетка түйіндерінде орналасуымен түсіндіріледі. Бүкіл кристалды кристалдың элементар ұяшығы дейтін структурасы бір  элементті түршіше үш бағытта әлденеше рет қайталай отырып шығарып алуға болады.

Кристалдық решетканың симметриясы әр түрлі болуы мүмкін кристалдық решетканың симметриясы деп оның қайсібір кеңістіктегі орын ауыстыруында өзімен-өзі беттесе алатын решетка қасиетін айтады.

Орыстың көрнекті ғалымы Федоров дәлелдегендей симметрия элементтерінің кеңістік топтар делінетін 230 комбинациясы кездесуі мүмкін екен. Бұл 230 кеңістік топтар симметрия белгілеріне қарай 32 класқа бөлінеді. Элементар ұяшық формасына қарай кристалдардың бәрі жеті кристаллографиялық системаға бөінеді.

Кристалдық решетканың түіндерінде орналасқан бөлшектердің табиғатына және олардың арасындағы өзара әсер күштердің  сипатына қарай кристалдық  решетканың төрт типі болады иондық ,атомдық , металдық және молекулалық  кристалдар.

Иондық кристалдық решетканың түйіндерінде таңбасы  әр түрлі иондар орналасады. Әр  текті иондардың арасындағы электростатикалық күшке қатысты байланыс гетерополюстік деп аталады (Na Cl). Атомдық кристалдың решетка түйіндерінде нейтраль атомдар орналасады. Нетраль атомдарды кристалда біріктіріп тұратын баланыс гомеополюстік деп аталады. (алмаз, графит). Металды кристалдық решетканың барлық түіндерінде  металдың  оң иондары орналасады.

Молекулалық кристалдық решетканың түйіндерінде белгілі бір түрде бағдарланған молекулалар орналасады.кристалдағы молекулалардың арасындағы байланыс күштер Ван-дер-Ваальстік    (N2, H2 ,O2,CO2, H2O)  

Бөлшектердің критсалдық решетка түйіндерінде белгілі бір тәртіппен орналасуының бұзылуы дефектілер деп аталады. Дефектілер макроскопиялық (кристалды өсіру кезінде пайда болады) жіне микроскопиялық (периодтылықтан ауытқу) болып бөлінеді.

Микродефектілер нүктелік  және сызықтық болып бөлінеді. Нүктелік дефектілердің үш түрі болады.1) вакансия-кристалдық решетканың түйіндерінде атомдардың болмауы; 2) атомаралық атом, 3) қоспа тоамы-заттың негізгі атомының орнын ауыстырады. Дислокация-атомдық жазықтықтардың дұрыс орналасуын    бұзатын сызықтық дефектілер.

Кристалдық решетканың түйіндеріндегі әрбір бөлшектің үш түрлі тербеліс еркіндік дәрежесі болады деп аламыз. Бір бөлшектің әрбір тербеліс еркіндік дәрежесіне, орташа алғанда КТ-ның екі жартысына тең-оның тірі кинетикалық энергиясы түрінде, ал екіншісі потенциялық энергия түрінде энергия тиеселі болады. Демек, әрбір бөлшеккке 3КТ-ге тең энергия тиеселі болады.

Кристалдық күдегі заттың килограм-атомының ішкі энергиясы

Uμ=3NAKT=3RT

     Қатты дене үлгісі ретінде, түйіндеріндегі бөлшектер (атомдар, иондар, молекулалар) үш өзара перпендикуляр бағытта, өзінің тепе-теңдік қалпының айналасында тербеліп тұрған, материалдық нүкте ретінде қарастырылатын, дұрыс құрылған кристалдық торды қарастырамыз. Осылайша, кристалдық торды құрайтын әр бір бөлшекке тербелістің үш еркіндік дәрежесі беріледі, олардың әрқайсысы, еркіндік дәрежесі бойынша энергияның тең таралу заңына сәйкес  kT энергияға ие болады.