Кристалічна структура твердих тіл
Кристал – тверде тіло з упорядкованою внутрішньою будовою. Типи кристалічних ґраток. Зв’язки в кристалах, природа утворення металічного, водневого типів зв’язків. Дефекти кристалічної структури: крайова і гвинтова дислокації, точкові порушення будови.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | реферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 17.04.2013 |
Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
«УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
ІНСТИТУТ ІНОЗЕМНОЇ МОВИ
КАФЕДРА НІМЕЦЬКОЇ ФІЛОЛОГІЇ
Реферат
на тему
Кристалічна структура твердих тіл
ЗМІСТ
Вступ
1.Типи кристалічних ґраток
2. Типи зв'язків в кристалах
3. Дефекти кристалів
Висновки
Resumee
Список використаних німецькомовних джерел
Словник термінів
ВСТУП
Весь оточуючий нас світ побудований всього лише з трьох частинок: електронів, протонів і нейтронів, і можна лише дивуватися тому різноманіттю речовин, які з них виникають. У залежності від складу, температури, тиску речовина може бути в газоподібному, рідкому або твердому стані. Поруч зі надтвердим алмазом і жароміцним азбестом сусідують м'який віск і легко займистий папір. Поряд з провідниками електричного струму міддю і алюмінієм - ізолятори, такі як фарфор і слюда. Завдання фізики - зрозуміти першопричину всього цього різноманіття навколишнього нас світу, пояснити спостережувані феноменологічні закономірності і вміти передбачати властивості нових речовин і сполук.
При першому знайомстві з кристалами, перш за все, впадає в очі їх правильна багатогранна форма. Цей образ кристала у вигляді правильного багатогранника виник у нас від дорогоцінного каміння, природних мінералів і штучних кристалів. Прозорий кварц і червоний рубін, м'який тальк і надтвердий алмаз, мікроскопічні крупинки цукрового піску і гігантські сталактити - ось лише деякі представники дивного різноманіття царства кристалів.
Кристал - тверде тіло з упорядкованою внутрішньою будовою, що має вигляд багатогранника з природними плоскими гранями: впорядкованість будови полягає у певній повторюваності у просторі елементів кристала, що зумовлює виникнення так званої кристалічної ґратки.
Кристалічна ґратка - геометрично правильне розміщення атомів (іонів, молекул), властиве речовині, що перебуває в кристалічному стані. Просторові фігури у вершинах яких розміщено атоми, називаються комірками кристалічної ґратки, регулярна нескінченна система геометричних точок (вузлів ґратки), що є ідеально періодичною в трьох вимірах простору.
Сучасні експериментальні методи за допомогою тунельного електронного мікроскопу дають можливість «безпосередньо побачити» розташування атомів кристала в просторі.
Принциповими особливостями кристалічних тіл є їх трансляційна симетрія, тобто той факт, що в кристалах їх структура (просторове розташування її елементів) повністю повторюється через певну відстань, звану періодом ґратки.
Отже, причиною геометрично правильної зовнішньої форми кристала є його геометрично правильна внутрішня будова - просторова ґратка. Просторова ґратка - це, звичайно, абстракція. Просто в просторі, яке займає кристал, спостерігається правильне, закономірне чергування атомів або іонів. Якщо їх з'єднати уявними прямими, то отримаємо просторову ґратку, в вузлах якої розташовуються атоми або іони.
Симетрія «править» світом кристалів. Це загальна властивість, що визначає закони розташування структурних елементів у просторовій ґратці, взаємне розташування граней макроскопічного кристала, що диктує, якими фізичними властивостями може володіти кристал і за якими просторовим напрямках в ньому ці властивості виявляються. Властивість симетрії є проявом загальних фундаментальних законів природи. Взагалі під симетрією слід розуміти здатність фігури закономірно повторювати в собі свої частини.
Наприклад, при повороті куба навколо трьох прямих, подумки проведених через центри протилежних граней, він буде повторювати себе через кожні 90°.
1. ТИПИ КРИСТАЛІЧНИХ ҐРАТОК
Найменша комірка кристалічної ґратки, зсувом якої можна відтворити весь кристал, називається примітивною коміркою.
У випадку простої ґратки, у якій всі атоми одного сорту, примітивна комірка містить один атом (див рис.1.1).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Найменша комірка, яка зберігає усі елементи симетрії кристалу, називається елементарною коміркою.
Навіть у випадку кристалу із одним сортом атомів елементарна комірка містить кілька атомів. Наприклад, кристал заліза має кубічну об'ємноцентровану ґратку із 2 атомами в елементарній комірці. При високих температурах залізо переходить у фазу з гранецентрованою кубічною ґраткою із 4 атомами в елементарній комірці [1].
Залежно від просторової симетрії, всі кристалічні ґратки поділяються на сім кристалічних систем: триклінна; моноклінна; ромбічна; гексагональна; тригональна; тетрагональна; кубічна.
Найважливішими геометричними властивостями кристалів, кристалічних ґраток і їхніх елементарних комірок є симетрія в певних напрямках (осях) і площинах. Число можливих видів симетрії обмежене. Французький кристалограф О. Браве поклав початок геометричній теорії структури кристалів і показав, що в залежності від співвідношення величин та взаємної орієнтації ребер елементарної кристалічної комірки може існувати 14 типів кристалічних ґраток, які отримали назву ґраток Браве (див табл. 1.1) [2].
Розрізняють примітивні (прості), базоцентровані, об'ємноцентровані і гранецентровані ґратки Браве. Якщо вузли кристалічної ґратки розташовані тільки у вершинах паралелепіпеда, який представляє собою елементарну комірку, то така ґратка називається примітивною або простою. Якщо ж, крім того, є вузли в центрі основи паралелепіпеда, то ґратка називається базоцентрованою, якщо є вузол в місці перетину просторових діагоналей - ґратка називається об'ємноцентрована, а якщо є вузли в центрі всіх бічних граней - гранецентрована.
Таблиця 1.1. Типи кристалічних ґраток
Кристалічні системи |
14 ґраток Браве |
||||
Триклінна |
|||||
Моноклінна |
примітивна |
базоцентрована |
|||
Ромбічна |
примітивна |
базоцентрована |
об'ємноцентрована |
гранецентрована |
|
Гексагональна |
|||||
Тригональна |
|||||
Тетрагональна |
примітивна |
об'ємноцентрована |
|||
Кубічна |
примітивна |
об'ємноцентрована |
гранецентрована |
||
Майже половина всіх елементів утворює кристали кубічної або гексагональної симетрії, які ми розглянемо докладно. У кристалах кубічної системи можливі три ґратки: проста, об'ємноцентрована і гранецентрована. У кубічної системи всі кути елементарної комірки прямі і всі ребра рівні між собою. Елементарна комірка гексагональної системи являє собою пряму призму, в основі якої лежить ромб з кутами 60 і 120°. Два кута між осями комірки прямі, а один дорівнює 120° [3].
У багатьох випадках можна вважати, що кристал являє собою систему з дотичних твердих куль. Мінімуму енергії буде відповідати така структура, в якій кулі найбільш щільно упаковані. Щільність упаковки або коефіцієнт компактності визначається відношенням обсягу частинок до обсягу елементарної комірки, Vа. У разі частинок одного сорту найкоротший період а і співвідношення між радіусом куль R і а визначає контакт між сусідніми кулями.
Порівняємо між собою в такій моделі три можливих кубічних структури.
1. Проста кубічна комірка, коли атоми знаходяться лише у вузлах куба: в цьому випадку на одну примітивну комірку припадає один атом.
2. Гранецентрована кубічна ґратка: атоми знаходяться не тільки в вузлах, але і посередині шести граней; таку структуру має, наприклад, хлористий натрій.
3. Об'ємноцентрована кубічна ґратка: атоми знаходяться у вузлах куба, і, крім того, один в його центрі.
Найбільш «нестійкою» виявляється структура простого кубу, і хімічні елементи «воліють» не кристалізуватися в такі структури, хоча багато речовини в кристалічному стані володіють структурою простого куба - наприклад, CsCl, CuPd, BeCu, LiHg. Найбільшою компактністю володіє гранецентрована кубічна структура, тому її називають також кубічної структурою з щільною упаковкою. Однак розташувати однакові тверді кулі в просторі так, щоб залишається між ними обсяг був мінімальний, можна й іншим способом - утворюючи гексагональну щільну упаковку.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Тому багато речовин при певних температурах досить легко змінюють свою структуру з гранецентрованої кубічної на структуру з гексагональною щільною упаковкою і навпаки. Каркас такої комірки має гексагональну основу, відповідну щільній упаковці твердих куль (як м'ячів на столі). Наступна атомна площина упакована аналогічно, але зрушена так, що її атоми розміщені між атомами першої площини, а третя площина упакована так само, і її атоми лежать в точності над атомами першої площини; четверта площина розташована аналогічно другий і т. д. На рис. 1.2, показані три кристалічні ґратки - об'ємноцентрована кубічна (а), гранецентрована кубічна (б), гексагональна структура щільної упаковки (в) та їх схематичні представлення [4].
2. ТИПИ ЗВ'ЯЗКІВ В КРИСТАЛАХ
Класифікація кристалів за кристалічними системами дає представлення про геометричні характеристики кристала, але не зачіпає питання про природу сил, що утримують атоми (молекули чи іони) в визначених місцях один відносно одного - у вузлах кристалічної ґратки. Класифікацію кристалів можна провести за іншим принципом - залежно від фізичної природи сил, що діють між частинками кристала. У такому випадку ми отримуємо чотири типи кристалів (і кристалічних ґраток): іонні, атомні, металічні і молекулярні. Фактично, розглядаючи кристали з цієї точки зору, ми шукаємо структуру основного стану [5].
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Атомні кристали. У вузлах кристалічної ґратки атомних кристалів знаходяться атоми тої чи іншої речовини. Атомні або гомеополярні кристали утворюються при наявності так званої гомеополярного або ковалентного зв'язку. Такий зв'язок є результатом квантово-механічної обмінної взаємодії. Ковалентний хімічний зв'язок виникає між двома атомами за рахунок утворення загальної пари валентних електронів по одному від кожного атома. За рахунок ковалентних зв'язків утворюються кристали вуглецю (алмаз), кремнію, германію, сірого олова. Гомеополярний зв'язок буває не тільки між однаковими атомами, але і між атомами різних елементів - наприклад, карбід кремнію SiC, нітрид алюмінію A1N, молекула метану СН4 (див рис. 2.1) [3].
Ковалентний зв'язок утворюється в тому напрямку, в якому розташована найбільша частина електронної хмари узагальнених електронів. Це означає, що такий зв'язок має спрямований характер і під впливом гомеополярного зв'язку атоми не тільки встановлюються на певних відстанях один від одного, але і утворюють певні просторові конфігурації. Ковалентний хімічний зв'язок дуже міцний, тому атомні кристали відрізняються високою температурою плавлення, великою твердістю і малої летючістю [5].
Іонні кристали. У вузлах кристалічної ґратки іонних кристалів знаходяться іони. Іони розташовуються так, що сили кулонівського притягання між іонами протилежного знака більше, ніж сили відштовхування між іонами одного знака. Таким чином, іонний зв'язок (також називається полярним, гетерополярним) обумовлений переважно електростатичною взаємодією протилежно заряджених іонів. Іонний зв'язок є типовим для неорганічних сполук. Сили електростатичного протягування і відштовхування між іонами мають сферичну симетрією, і тому іони різних знаків поводяться подібно твердим кулях, притягуються один до одного (див рис. 2.2) [3].
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Виникає природне запитання: чому багато атомів легко приєднують електрон і стають електронегативними іонами (як, наприклад, хлор)? Здавалося б, у нейтрального атома немає сил кулонівської взаємодій з електроном. Насправді, дійсно, взаємодія нейтрального атома з електроном не є наслідком статичного протягування. Електрон наводить в атомі електричний дипольний момент, в результаті чого виникає потенціал тяжіння, пропорційний 1/r* і діючий на великих відстанях. У багатьох випадках цей поляризаційний потенціал тяжіння досить великий для того, щоб вільний атом зміг приєднати додатковий електрон.
Число іонів протилежного знаку, яке становить найближче оточення даного іона в кристалі, називається координаційним числом К. Значення координаційного числа визначається величиною відношення радіусів іонів протилежного знака rл/rд. Чим ближче цей показник до одиниці, тим більше К. Так, наприклад, при рівності іонних радіусів (rл = rд) К = 12, при rл/rд <0,22 координаційне число К = 2.
Досить гарною моделлю іонних кристалів є модель твердих куль. Це пов'язано з тим, що ступінь іонізації атомів часто така, що електронні оболонки всіх іонів відповідають електронним оболонок, характерним для атомів інертних газів. Так, наприклад, електронна оболонка іона Na+ подібна Ne, іона С1- - Аг, і тим самим іонний кристал складається як би з сферичних заряджених атомів. Тому тип решітки іонних кристалів практично визначається співвідношенням іонних радіусів. Наприклад, кристали хлористого натрію мають структуру гранецентрованої кубічної ґратки внаслідок того, що розмір іона хлору (1,81 A) майже вдвічі перевищує розмір іона натрію (0,98 A); при такому співвідношенні іонних радіусів в центрі кубічної комірки хлористого натрію вільний простір виявляється недостатнім для розміщення ще одного іона і утворення об'ємноцентрованої комірки. Інакше йде справа з кристалом хлористого цезію. Розміри іонів хлору і цезію близькі (1,81 і 1,65 A), простір у центрі елементарного куба виявляється достатнім для розміщення ще одного іона, і енергетично вигідніше виявляється більш щільно упакована структура - об'ємноцентрований куб [5].
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Металеві кристали. Як і в ковалентних кристалах, у вузлах просторової решітки металевих кристалів розміщуються абсолютно однакові частинки (для простоти міркувань ми будемо розглядати чисті метали, а не сплави). При конденсації пари металу в рідкий або твердий стан його атоми зближуються настільки близько, що хвильові функції валентних електронів суттєво перекриваються і стають «спільними» для всього об'єму металу. Тому валентні електрони в металах прийнято називати узагальненими або колективними. Можна говорити в такому випадку, що всередині металевого кристала є вільний електронний газ. Електрони пов'язують позитивні іони металу в міцну систему (див рис.2.3) [5].
Якщо виходити з моделі щільної упаковки куль, то можна визначити атомний радіус елемента як половину відстані між сусідніми атомами. Атомний радіус металу значно більше його іонного радіусу в якомусь з'єднанні. Наприклад, радіус іона натрію в кристалах кухонної солі дорівнює 0,98 A, а його атомний радіус в кристалі металевого натрію - 1,89 A. Це говорить про те, що однойменно заряджені іони металу в металевому кристалі не можуть зближуватися так само тісно, як різнойменні іони в іонних сполуках.
Якщо припустити, що іони металу мають сферичну форму, то можна вважати, що структура таких кристалів повинна відповідати щільній упаковці куль однакового розміру - гранецентрованого або об'ємноцентрованого кубу, або гексагональній ґратці. Найближче до ідеальної щільно упакованої гексагональної ґратки підходить структура магнію.
Молекулярні кристали. У вузлах кристалічної решітки таких кристалів знаходяться стійкі молекули, які зберігають індивідуальність не тільки в газоподібній, але і в рідкій і твердій фазах (На, N2, CО2). Молекули утримуються у вузлах решітки досить слабкими вандервальсівськими силами, природа яких зводиться до взаємодії між молекулярними диполями.
Розрізняють три види вандервальсівської взаємодії молекул.
1. Якщо молекули даної речовини є електричними диполями, то сили електростатичного взаємодії між ними будуть прагнути розташувати молекули в певному порядку, якому відповідає мінімум потенційної енергії. Такий тип взаємодії полярних молекул, що залежить від їх орієнтації, називається орієнтаційним.
2. Неполярні молекули деяких речовин мають високу поляризуємість, тому під впливом зовнішнього електричного поля (наприклад, при наближенні полярної молекули) у таких молекул виникає наведений (індукований) електричний момент. При зближенні такі індуковані диполі будуть взаємодіяти один з одним аналогічно взаємодії жорстких диполів. Така взаємодія називають індукційною або поляризаційною.
3. Можливий і так званий дисперсійний вид взаємодії. Це динамічна за своєю природою взаємодія є результатом того, що атом (молекула) має внаслідок руху електронів змінним за величиною і напрямком дипольним моментом, рівним добутку заряду електрона на радіус його орбіти. Енергетично виявляється більш вигідною така конфігурація сусідніх атомів, коли миттєві значення дипольних моментів сусідніх атомів збігаються за напрямком, що призводить до виникнення зв'язку між ними [6].
Сили Ван-дер-Вальса є більш короткодіючими, ніж кулонівські сили. Кулонівських сили пропорційні r, а вандервальські - ~ r6. Ця залежність легко виходить з розгляду поляризаційної взаємодії, коли статичний диполь з моментом р1 наводить дипольний момент р2 = 2а р1/r3. Так як р1||р2, то потенційна енергія дорівнює U(r) = -2р1р2/r3 = 4ар1/r6
Сили Ван-дер-Вальса завжди слабкі, тому молекулярні зв'язки чітко проявляються лише в тих випадках, коли вони виникають між нейтральними атомами або молекулами. Багато органічні сполуки (парафінові ланцюжки і жирні кислоти) утворюють молекулярні кристали.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Одним з видів міжмолекулярної взаємодії є і водневий зв'язок. Водневий зв'язок між молекулами здійснюється атомом водню, який, будучи хімічно пов'язаний з однією молекулою (наприклад, через гідроксил), одночасно взаємодіє з атомом кисню іншої молекули (див. рис. 2.4). Сполуки з водневим зв'язком володіють тенденцією до полімеризації. Істотну роль водневий зв'язок відіграє у взаємодії молекул води, спонукаючи їх асоціюватися в групи з двох, чотирьох або восьми молекул, що обумовлює аномальні фізичні властивості.
Звичайно, класифікація кристалів за типами зв'язку досить умовна, бо в ряді випадків важко віднести з певністю кристали лише до того чи іншого класу. Але, тим не менш, наближена класифікація виявляється у багатьох випадках дуже корисна, оскільки вона дозволяє виявити фізичну природу сил, а значить і властивості утворюваних структур [5].
3. ДЕФЕКТИ КРИСТАЛІВ
У реальних кристалах частинки розташовуються не завжди так, як їм «положено» з міркувань мінімальності енергії. Неправильне розташування атомів або групи атомів - тобто дефекти кристалічної ґратки - збільшують енергію кристала. В принципі атоми, складові даних дефектів кристалу, могли б перебудуватися і створити енергетично більш вигідну конфігурацію. Але для цього атомам довелося б подолати великі, у порівнянні з kBT, потенційні бар'єри. Тому дефектні кристали існують, і тільки спеціально прийняті заходи дозволяють створити бездефектні або майже бездефектні кристала.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Самими простими є атомні дефекти. Це можуть бути вакантні вузли (вакансії), тобто порожні місця в кристалічній ґратці (рис. 3.1,а), або домішкові атоми, розташовані не в вузлах ґратки, а в міжвузлях - в проміжках між атомами кристала (рис. 3.1,б), або атоми домішки, які замістили вихідні - атоми заміщення (рис. 3.1,в). Одним з найбільш поширених атомних дефектів є домішки. Навіть найбільш чисті хімічні елементи, домішка в яких не перевищує 10-7%, містять в 1 см3 приблизно 1015 домішкових атомів. Домішкові атоми можуть розташовуватися або в міжвузлях (це домішки впровадження), або розміщуватися в вузлах ґратки (у такому випадку говорять, що утворився твердий розчин заміщення) [7].
Практично всі кристали мають до того ж мозаїчну структуру, вони побудовані з невеликих блоків - «правильних» кристалітів, розташованих лише приблизно паралельно один одному. Так як кристалічна решітка в дотичних блоках має різну орієнтацію, то між ними виникає перехідний шар - міжблокова межа, в якій ґратка поступово переходить від однієї орієнтації до іншої.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дефекти кристалічної структури можуть бути не тільки точковими, але і просторовими, і в таких випадках кажуть, що в кристалі утворилися дислокації (слово «дислокація» означає в перекладі «зсув»). Найпростішими видами дислокацій є крайова і гвинтова дислокації. Крайова дислокація виникає тоді, коли одна з атомних площин обривається усередині кристала, як це показано на рис. 3.2. У місці обриву одна площина містить на один ряд атомів більше, ніж наступна. Поблизу цього порушення кристалічного порядку відбувається максимальне спотворення ґратки, яке швидко зменшується при видаленні від місця дефекту [8].
кристал зв'язок гратка
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гвинтова (спіральна) дислокація відбувається через дезорієнтації блоків, як це показано на рис. 3.3. Ділянка, що примикає до осі дислокації, представлена у вигляді двох блоків, один з яких як би зсунутий на один період по відношенню до сусіднього блоку. Якщо обійти по периметру верхньої вигнутої поверхні двох блоків проти годинникової стрілки, то за один оборот відбудеться підйом на висоту, рівну міжплощинні відстані [7].
Дислокації, будучи просторовими дефектами, охоплюють своїм пружним полем спотвореної ґратки дуже велику кількість вузлів. Важливою властивістю дислокацій є їх легка рухливість і активна взаємодія між собою та з будь-якими іншими дефектами гратки, що істотно впливає насамперед на пружні властивості кристала. Відомо, наприклад, що в ряді випадків кристали з великим числом дефектів мають більш високу міцність, ніж кристали з меншою кількістю дефектів [9].
Згідно дислокаційною теорією пластичної деформації, процес ковзання атомних шарів кристала відбувається не по всій площині перерізу кристала, а починається на дефектах кристалічної ґратки - дислокаціях. Вже при невеликих напругах дислокації починають переміщатися (ковзати) і виходять на поверхню кристала, якщо не зустрічають перешкод на шляху. Вихід крайової дислокації на поверхню кристала еквівалентний зрушенню частини кристала на величину, рівну періоду решітки. Після виходу дислокацій на поверхню кристал позбувся б від дислокацій і став би ідеально міцним [10].
Але в реальних кристалах така ситуація не спостерігається, так як густина дислокацій та інших дефектів досить велика, мала вірогідність безперешкодного виходу дислокацій на поверхню кристала, і важливу роль відіграє фактор розмноження дислокацій на перешкодах, який призводить до подальшого зниження міцності.
Проте зменшення міцності кристала при збільшенні концентрації дефектів має місце до якоїсь певної межі. Вся справа в тому, що дефекти ґратки самі ускладнюють рух дислокацій, а це вже є зміцнюючим фактором. Тому в практиці створення найбільш міцних матеріалів йдуть не по шляху отримання бездефектних кристалів, а по шляху створення однорідних матеріалів з оптимальною густиною дислокацій та інших дефектів [11].
Висновки
1. В рефераті розглянуто кристалічні структури твердих тіл. Дано визначення терміну кристалічна ґратка - геометрично правильне розміщення атомів (іонів, молекул), властиве речовині, що перебуває в кристалічному стані. Показано, що всі кристалічні ґратки поділяються на сім кристалічних систем: триклінна; моноклінна; ромбічна; гексагональна; тригональна; тетрагональна; кубічна. Крім того кожна кристалічна система може існувати у вигляді примітивних (простих), базоцентрованих, об'ємноцентрованих і гранецентрованих ґраток.
2. Розглянуто типи зв'язків в кристалічних тілах. Проведено класифікацію кристалів залежно від фізичної природи сил, що діють між частинками кристала. У такому випадку отримуємо чотири типи кристалів (і кристалічних ґраток): іонні, атомні, металічні і молекулярні. Знаючи тип зв'язку в кристалічні ґратці між компонентами можна описати властивості кристалів, а в деяких випадках і передбачити властивості ще не вирощених кристалів.
3. Зроблено опис найбільш імовірних типів дефектів кристалічної структури. Зроблено побіл всіх дефектів на точкові і просторові. До точкових дефектів віднесено вакансії, між вузлові атоми та чужі атоми в вузлах. Серед просторових дефектів виділено крайові та гвинтові (спіральні) дислокації.
RESUMEE
Je nach der raumlichen Symmetrie werden alle Kristallgitter in sieben Kristallsysteme eingeteilt. Nach der Form der Gitterzelle konnen sie in sechs Kristallsysteme unterteilt werden. Alle moglichen Verbindungen von Drehsymmetrieachsen und Spiegelebenen, welche ein Kristallgitter enthalt, fuhren zur Einteilung der Kristalle nach ihrer Symmetrie in zweiunddrei?ig Kristallklassen (Punktgruppen) und unter Berucksichtigung der Schraubenachsen und Gleitspiegelebenen lassen sich zweihundertdrei?ig Raumgruppen konstruieren. Es gibt insgesamt vierzehn verschiedene Raumgittertypen: triklin; monoklin (primitiv, basisflachenzentriert); rhombisch (primitiv, basisflachenzentriert, raumzentriert, flachenzentriert); hexagonal; trigonal; tetragonal (primitiv, raumzentriert); kubisch (primitiv, raumzentriert, flachenzentriert).
Das Kristallgitter ist eine gesetzma?ige geometrische Anordnung von Atomen (Ionen, Molekulen), die fur den Stoff geeignet ist, der in kristallinem Zustand vorliegt.
Die kleinste Einheit eines Kristallgitters, die durch reine Verschiebung die Gesamtstruktur des Kristalls ergibt, ist die sogenannte primitive Zelle. Beim primitiven Gitter, das aus Atomen der gleichen Art besteht, enthalt primitive Zelle ein einzelnes Atom.
Die primitive Zelle ist die Zelle mit dem kleinstmoglichen Kristallvolumen in Form eines Parallelepipeds, durch deren Translation sich der gesamte Kristall aufbauen lasst.
Daruber hinaus zeichnen sich ideale Kristalle durch die Translationssymmetrie. Das hei?t, es gibt solche Vektoren а, bei denen alle Kristallatome um einen Gittervektor verschoben werden.
Noch ein wichtiger Begriff in der Kristallographie ist eine Elementarzelle. Die Elementarzelle des Kristalls ist eine Einheitszelle, deren Volumen ein Vielfaches des Volumens der primitiven Zelle ist. Die Elementarzelle kennzeichnet sich durch die Kantenlangen (а, b, с), die mit den Kristallachsen des bestimmten Gitters sowie den Winkeln zwischen diesen Kanten (б, в, г) ubereinstimmen.
Der Unterschied zwischen einer Elementarzelle und einer primitiven Zelle besteht darin, dass man die Elementarzelle mit moglichst hoher Symmetrie wahlt.
Die Symmetrie einer Elementarzelle wird entsprechend der Kristallsymmetrie gewahlt. Bei Mineralien, die zum kubischen Kristallsystem gehoren, ist sie kubisch (wurfelformig). Beim tetragonalen Kristallsystem hat sie die Form eines tetragonalen Prismas, beim rhombischen Kristallsystem - die Form eines rhombischen Prismas, beim monoklinen Kristallsystem - die Form eines nadelformigen Prismas, beim triklinen Kristallsystem - die Form eines Parallelepipeds, beim trigonalen Kristallsystem - die Form eines Rhomboeders und eines hexagonalen Prismas, beim hexagonalen Kristallsystem - die Form eines hexagonalen Prismas mit Pinakoid.
Oben geht es aber um ideale Kristalle. In Wirklichkeit entspricht die Anordnung der Gitterbausteine bei Mineralien dem vorliegenden klassischen Bild ganz selten. Im Gegensatz zu den idealen Kristallmodellen, welche sich durch die gesetzma?ige und periodische Anordnung von Atomen oder Ionen zeichnen, weisen reale Kristalle eine Reihe Abweichungen im Aufbau auf. Es handelt sich um die Defekte im Kristallgitter (Dislokationen). Nach der konventionellen Klassifikation unterscheidet man folgende Baufehler im Kristallgitter:
- Leerstellen, die durch das Ausfallen eines Atoms oder Ions aus einem idealen Gitter gebildet werden;
- zusatzlich zwischen den Gitterpunkten eingebaute Atome oder Ionen;
- Fremdatome oder - Ionen, die auf Zwischengitterplatzen angeordnet sind;
- Fremdatome, welche die eingebauten Atome des Gitters versetzen;
- wenn ein Ion im Gitter im Normalzustand, aber negativ geladen ist.
SCHLUSSELWORTER: KRISTALLGITTER, KRISTALLSYSTEME, ELEMENTARZELLE, CHEMISCHEN BINDUNG, GITTERFEHLER.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ НІМЕЦЬКОМОВНИХ ДЖЕРЕЛ
1. H. Ibach, H. Luth. Festkorperphysik, 7. Auflage. - Berlin: Springer, 2009. - 509S.
2. F. Thuselt. Physik der Halbleiterbauelemente. Einfuhrendes Lehrbuch fur Ingenieure und Physiker, 2. Auflage. - Berlin: Springer, 2011. - 407S.
3. J. Schulze. Konzepte siliziumbasierter MOS-Bauelemente. - Berlin: Springer, 2005. - 428S.
4. M. Kucher. Vom Keim zum Kristalle - Uber die Partikelbildung die Fallung schwerloslichen Feststoffe. - Karlsruhe: Universitatsverlag Karlsruhe, 2009. - 205S.
5. S. Hunklinger. Festkorperphysik, 2. Auflage. - Munchen: Oldenbourg Verlag Munchen, 2009. - 597S.
6. W. Massa. Kristallstrukturbestimmung, 7. Auflage. - Berlin: Springer, 2011. - 269S.
7. U. Tietze, Ch. Schenk. Halbleiter Schaltungstechnik. - Berlin: Springer, 1999. - 1421S.
8. M. Punke. Organische Helbleiterbauelemente fur mikrooptische Systeme. - Karlsruhe: Universitatsverlag Karlsruhe, 2007. - 199S.
9. H. Wagemann, H. Eschrich. Photovoltaik. Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben, 2. Auflage. - Wiesbaden: B.G.Teubner Verlag, 2010. - 275S.
10. P. Enders. Von der klassischen Physik zur Quantenphysik. Eine historisch-kritische deduktive Ableitung mit Anwendungsbeispielen aus der Festkorperphysik. - Berlin: Springer, 2006. - 261S.
11. G. Czycholl. Theoretische Festkorperphysik. Von den klassischen Modellen
zu modernen Forschungsthemen. - Berlin: Springer, 2008. - 497S.
СЛОВНИК ТЕРМІНІВ
№ |
Deutsch |
Українською |
|
1 |
das Abhangigkeit |
залежність |
|
2 |
das Anisotropie |
анізотропія |
|
3 |
der Antiferromagnetismus |
антиферомагнетизм |
|
4 |
die Anzahl |
число |
|
5 |
der Atom |
атом |
|
6 |
der Atomkern |
атомне ядро |
|
7 |
die atomischen Crystalen |
атомні кристали |
|
8 |
der atomischen Mangel |
атомні дефекти |
|
9 |
das Ausma? |
ступінь |
|
10 |
der Austausch |
обмін |
|
11 |
die Autolyse |
автолізія |
|
12 |
die Basis |
базис |
|
13 |
die Beimischung |
домішка |
|
14 |
die Bestellung |
впорядкованість |
|
15 |
der Betrag |
кількість |
|
16 |
das Bravais-Gitter |
ґратки Браве |
|
17 |
die chemische Bindung |
хімічний зв'язок |
|
18 |
das chemische Element |
хімічний елемент |
|
19 |
die chemische Formel |
хімічна формула |
|
20 |
das chemische Gleichgewicht |
хімічна рівновага |
|
21 |
die coulombsche Bindung |
кулонівський зв'язок |
|
22 |
das Coulomb-Kraft |
кулонівські сили |
|
23 |
das Dipolmoment |
дипольний момент |
|
24 |
die Defekten in Kristallen |
дефекти кристалів |
|
25 |
die Deformation |
деформація |
|
26 |
die Dichte |
щільність |
|
27 |
die Desorientierung |
дезорієнтація |
|
28 |
der Diamagnetismus |
діамагнетизм |
|
29 |
die Ladungsdichte |
густина |
|
30 |
die Gitterparameter |
період кристалічної ґратки |
|
31 |
die Koordinationszahl |
координаційне число |
|
32 |
die Wellenfunktion |
хвильові функції |
|
33 |
der Dipol |
диполь |
|
34 |
die Dispersion |
дисперсія |
|
35 |
die Domains |
домени |
|
36 |
der Druck |
тиск |
|
37 |
die Durchschlagfestigkeit |
електрична міць |
|
38 |
die Ecke |
вершина |
|
39 |
die Elektronenkonfiguration |
електронна конфігурація |
|
40 |
der hochrein Kristall |
високочистий кристал |
|
41 |
die einfache Sache |
проста речовина |
|
42 |
Einheit des Gitters |
вузол ґратки |
|
43 |
die Einstufung |
класифікація |
|
44 |
der elastische Bereich |
пружне поле |
|
45 |
die Elastizitat |
пружність |
|
46 |
der Elastizitatsmodul |
модуль пружності |
|
47 |
der Elektron |
електрон |
|
48 |
die Elektronenhulle |
електронна оболонка |
|
49 |
das elektronischer Gas |
електронний газ |
|
50 |
die Elektrostatik |
електростатика |
|
51 |
der Element |
елемент |
|
52 |
die Elementarzelle |
елементарна комірка |
|
53 |
die Energie |
енергія |
|
54 |
die Entstellung |
спотворення |
|
55 |
das Eutektikum |
евтектика |
|
56 |
das Experiment |
експеримент |
|
57 |
der Fernordnung |
дальній порядок |
|
58 |
der Ferroelectrics |
сегнетоелектрик |
|
59 |
der Ferromagnetismus |
феромагнетик |
|
60 |
die feste Losung |
твердий розчин |
|
61 |
das Flugzeug |
площина |
|
62 |
die Fluktuation |
коливання |
|
63 |
die Flussigkeit |
рідина |
|
64 |
der Flussigkristalle |
рідкий кристал |
|
65 |
die Formeleinheit |
формульна одиниця |
|
66 |
der Frenkel-Defekte |
дефекти по френкелю |
|
67 |
die Funktion |
функція |
|
68 |
die Fusion |
розплав |
|
69 |
das Gas |
газ |
|
70 |
der Gaszustand |
газоподібний стан |
|
71 |
die Gemisch |
сполука |
|
72 |
das Glas |
скло |
|
73 |
die Gro?e |
розмір |
|
74 |
die Gro?enordnung |
величина |
|
75 |
die Grundlage |
основа |
|
76 |
der Halbleiter |
напівпровідник |
|
77 |
die Halogene |
галогени |
|
78 |
die Harte |
твердість |
|
79 |
das Harten |
гартування |
|
80 |
die heteropolare Bindung |
гетерополярний зв'язок |
|
81 |
das hexagonalen Gitter |
гексагональна ґратка |
|
82 |
die homoopolare Bindung |
гомеополярний зв'язок |
|
83 |
die Induktion |
індукція |
|
84 |
der Inertgase |
інертні гази |
|
85 |
die innere Energie |
внутрішня енергія |
|
86 |
der Ion |
іон |
|
87 |
der Ionenkristallen |
іонні кристали |
|
88 |
der Isolator |
діелектрик |
|
89 |
das Kante |
грань |
|
90 |
die Klassifizierung |
класифікація |
|
91 |
die komplizierte Sache |
складна речовина |
|
92 |
die Konfiguration |
конфігурація |
|
93 |
der Konstruktionstyp |
структурний тип |
|
94 |
die kovalente Bindung |
ковалентний зв'язок |
|
95 |
der Kristall |
кристал |
|
96 |
das Kristallgitter |
кристалічна ґратка |
|
97 |
die Kristallisation |
кристалізація |
|
98 |
die Kristallisierung |
кристалічна структура |
|
99 |
die Kristallographie |
кристалографія |
|
100 |
die Kristallographischen Achse |
кристалографічні осі |
|
101 |
die kristallographischen Richtungen |
кристалографічні напрямки |
|
102 |
das Kristallspriessen |
проростання кристалів |
|
103 |
die Kristallsysteme |
сингонія |
|
104 |
der Kristallzuchtung |
ріст кристалу |
|
105 |
die Krummung |
відхилення |
|
106 |
das Kubischen Gitters |
кубічна ґратка |
|
107 |
die Lange |
довжина |
|
108 |
die Leerstelle |
вакансії |
|
109 |
der Leiter |
провідник |
|
110 |
der Leitfahigkeit |
провідність |
|
111 |
der Losung |
розчин |
|
112 |
die Lumineszenz |
люмінесценція |
|
113 |
die Magnetooptik |
магнітооптика |
|
114 |
das Material |
матеріал |
|
115 |
das Melting |
плавлення |
|
116 |
der Metalle |
метал |
|
117 |
die metallische Bindung |
металічний зв'язок |
|
118 |
der Mikrokristalle |
мікрокристал |
|
119 |
der Miller-Indizes |
індекси Міллера |
|
120 |
der Mineral |
мінерал |
|
121 |
die Mobilitat |
рухливість |
|
122 |
die Modifizieren |
модифікація |
|
123 |
die Molekul |
молекула |
|
124 |
die Molekulkristallen |
молекулярні кристали |
|
125 |
das monokline Gitter |
моноклінна ґратка |
|
126 |
der Monokristall |
монокристал |
|
127 |
das Nahordnung |
ближній порядок |
|
128 |
der Neutron |
нейтрон |
|
129 |
der Nukleus |
ядро |
|
130 |
die Oberflache |
поверхня |
|
131 |
die Oberflachenphysik |
фізика поверхні |
|
132 |
die organische Verbindungen |
органічні сполуки |
|
133 |
die Orientierung |
орієнтація |
|
134 |
das orthorhombische Gitter |
ромбічна ґратка |
|
135 |
die Orthotropie |
ортотропія |
|
136 |
das Paramagneten |
парамагнетик |
|
137 |
die perfekten Kristall |
ідеальний кристал |
|
138 |
die physikalische Eigenschaften |
фізичні властивості |
|
139 |
die Piezoelektrizitat |
п'єзоелектрики |
|
140 |
die Polarbindung |
полярний зв'язок |
|
141 |
die Polarisation |
поляризація |
|
142 |
der Polyeder |
багатогранник |
|
143 |
die Polykristallen |
полікристали |
|
144 |
die Polymerisation |
полімеризація |
|
145 |
das Polymer |
полімер |
|
146 |
der Polymorphie |
поліморфізм |
|
147 |
das Potential |
потенціал |
|
148 |
der Potentialstorung |
потенціальний бар'єр |
|
149 |
die Potenz |
потужність |
|
150 |
die primitiven Zelle |
примітивна комірка |
|
151 |
der Primzahl |
просте число |
|
152 |
das Proton |
протон |
|
153 |
der Prozess |
процес |
|
154 |
die Pyroelektrizitat |
піроелектрика |
|
155 |
der Quader |
паралелепіпед |
|
156 |
der Radius |
радіус |
|
157 |
der Raum |
простір |
|
158 |
der Raumgruppe |
просторова група |
|
159 |
der realer Kristall |
реальний кристал |
|
160 |
der Rekristallisation |
перекристалізація |
|
161 |
das reziprok Gitter |
обернена ґратка |
|
162 |
die Rundfunk |
трансляція |
|
163 |
die Rutsche |
ковзання |
|
164 |
die Schraubenversetzung |
гвинтова дислокація |
|
165 |
die spatial Mangeln |
просторові дефекти |
|
166 |
der Spindichtewellen |
хвиля спінової густини |
|
167 |
der Starke |
міцність |
|
168 |
der starren Korper |
тверде тіло |
|
169 |
der statische Absto?ung |
статичне відштовхування |
|
170 |
der statische Anziehung |
статичне притягання |
|
171 |
die Stufenversetzungen |
крайова дислокація |
|
172 |
die Substanz |
речовина |
|
173 |
die Substitution |
заміщення |
|
174 |
der Substitutionsgrad |
ступінь заміщення |
|
175 |
die Subtraktion |
відщеплення |
|
176 |
der Supraleiter |
надпровідник |
|
177 |
die Symmetrie |
симетрія |
|
178 |
die System |
система |
|
179 |
die Temperatur |
температура |
|
180 |
der Tensor |
тензор |
|
181 |
das tetragonale Gitter |
тетрагональна ґратка |
|
182 |
das trigonale Gitter |
тригональна ґратка |
|
183 |
das trikline Gitter |
триклінна ґратка |
|
184 |
der Tunnelmikroskop |
тунельний мікроскоп |
|
185 |
die Umverteilung |
перерозподіл |
|
186 |
die Valenzelektronen |
валентні електрони |
|
187 |
der Vektor |
вектор |
|
188 |
das Verbindung |
сполука |
|
189 |
das Verfahren |
метод |
|
190 |
die Versetzung |
дислокація |
|
191 |
die Verteilung |
розподіл |
|
192 |
die Vorgange Symmetrie |
операції симетрії |
|
193 |
die Waals-Bindung |
вандерваальсівський зв'язок |
|
194 |
der Waals-Krafte |
вандерваальсівські сили |
|
195 |
die Wahrscheinlichkeit |
імовірність |
|
196 |
der Wasserstoffbruckenbindungen |
водневий зв'язок |
|
197 |
der Widerstand |
опір |
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Метали – кристалічні тіла, які характеризуються певними комплексними властивостями. Дефекти в кристалах, класифікація. Коливання кристалічної решітки. Кристалізація — фазовий перехід речовини із стану переохолодженого середовища в кристалічне з'єднання.
курсовая работа [341,2 K], добавлен 12.03.2009Атомно-кристалічна будова металів. Поліморфні, алотропні перетворення у металах. Основні зони будови зливка. Характерні властивості чорних металів за класифікацією О.П. Гуляєва. Типи кристалічних ґраток, характерні для металів. Приклади аморфних тіл.
курс лекций [3,5 M], добавлен 03.11.2010Кристалічна структура та фононний спектр шаруватих кристалів. Формування екситонних станів у кристалах. Безструмові збудження електронної системи. Екситони Френкеля та Ваньє-Мотта. Екситон - фононна взаємодія. Екситонний спектр в шаруватих кристалах.
курсовая работа [914,3 K], добавлен 15.05.2015Впорядкованість будови кристалічних твердих тіл і пов'язана з цим анізотропія їх властивостей зумовили широке застосування кристалів в науці і техніці. Квантова теорія твердих тіл. Наближення Ейнштейна і Дебая. Нормальні процеси і процеси перебросу.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 04.01.2010Найпростіша модель кристалічного тіла. Теорема Блоха. Рух електрона в кристалі. Енергетичний спектр енергії для вільних електронів у періодичному полі. Механізм електропровідності власного напівпровідника. Електронна структура й властивості твердих тіл.
курсовая работа [184,8 K], добавлен 05.09.2011Природа твердих тіл, їх основні властивості і закономірності та роль у практичній діяльності людини. Класифікація твердих тіл на кристали і аморфні тіла. Залежність фізичних властивостей від напряму у середині кристалу. Властивості аморфних тіл.
реферат [31,0 K], добавлен 21.10.2009Елементи зонної теорії твердих тіл, опис ряду властивостей кристала. Постановка одноелектронної задачі про рух одного електрона в самоузгодженому електричному полі кристалу. Основні положення та розрахунки теорії електропровідності напівпровідників.
реферат [267,1 K], добавлен 03.09.2010Процеси інтеркаляції водню матеріалів із розвинутою внутрішньою поверхнею. Зміна параметрів кристалічної гратки, електричних і фотоелектричних властивостей. Технологія вирощування шаруватих кристалів, придатних до інтеркалюванняя, методи інтеркалювання.
дипломная работа [454,6 K], добавлен 31.03.2010Комбінаційне і мандельштам-бріллюенівське розсіювання світла. Властивості складних фосфорвмісних халькогенідів. Кристалічна будова, фазові діаграми, пружні властивості. Фазові переходи, пружні властивості, елементи акустики в діелектричних кристалах.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.10.2011Моделі структур в халькогенідах кадмію і цинку. Характеристика областей існування структур сфалериту і в’юрциту. Кристалічна структура і антиструктура в телуриді кадмію. Кристалоквазіхімічний аналіз. Процеси легування. Утворення твердих розчинів.
дипломная работа [703,8 K], добавлен 14.08.2008Структура і фізичні властивості кристалів Sn2P2S6: кристалічна структура, симетрійний аналіз, густина фононних станів і термодинамічні функції. Теорія функціоналу густини, наближення теорії псевдо потенціалів. Рівноважна геометрична структура кристалів.
дипломная работа [848,2 K], добавлен 25.10.2011Дослідження стану електронів за допомогою фотоелектронної й оптичної спектроскопії. Аналіз електронної й атомної будови кристалічних і склоподібних напівпровідників методами рентгенівської абсорбційної спектроскопії. Сутність вторинної електронної емісії.
реферат [226,5 K], добавлен 17.04.2013Область частот гіперзвуку, його природа і шкала дії. Поширення гіперзвуку в твердих тілах. Механізм поширення гіперзвуку в кристалах напівпровідників, в металах. Взаємодія гіперзвуку зі світлом. Сучасні методи випромінювання і прийому гіперзвуку.
реферат [14,5 K], добавлен 10.11.2010Здатність шаруватих напівпровідників до інтеркаляції катіонами лужних, лужноземельних металів, аніонами галогенів, а також органічними комплексами. Вплив інтеркаляції воднем на властивості моноселеніду ґалію. Спектри протонного магнітного резонансу.
реферат [154,0 K], добавлен 31.03.2010Визначення методу підсилення пасивації дефектів для покращення оптичних та електричних властивостей напівпровідників. Точкові дефекти в напівпровідниках та їх деформація. Дифузія дефектів та підсилення пасивації дефектів воднем за допомогою ультразвуку.
курсовая работа [312,3 K], добавлен 06.11.2015Основні властивості неупорядкованих систем (кристалічних бінарних напівпровідникових сполук). Характер взаємодії компонентів, її вплив на зонні параметри та кристалічну структуру сплавів. Електропровідність і ефект Холла. Аналіз механізмів розсіювання.
реферат [558,1 K], добавлен 07.02.2014Система Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів Френзеля у кристалах Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів у халькогенідах свинцю на основі експериментальних даних.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 09.06.2008Характеристика основних властивостей рідких кристалів. Опис фізичних властивостей, методів вивчення структури рідких кристалів. Дослідження структури ліотропних рідких кристалів та видів термотропних.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.06.2010Кристалічна структура металів та їх типові структури. Загальний огляд фазових перетворень. Роль структурних дефектів при поліморфних перетвореннях. Відомості про тантал та фазовий склад його тонких плівок. Термодинамічна теорія фазового розмірного ефекту.
курсовая работа [8,1 M], добавлен 13.03.2012Дослідження особливостей будови рідких кристалів – рідин, для яких характерним є певний порядок розміщення молекул і, як наслідок цього, анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей. Способи одержання та сфери застосування.
курсовая работа [63,6 K], добавлен 07.05.2011