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 12.03.2009

  • Атомно-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 03.11.2010

  • Кристалічна 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 15.05.2015

  • Впорядкованість 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 04.01.2010

  • Найпростіша 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 05.09.2011

  • Природа 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 21.10.2009

  • Елементи 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 03.09.2010

  • Процеси 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 31.03.2010

  • Комбінаційне 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 25.10.2011

  • Моделі 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 14.08.2008

  • Структура 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 25.10.2011

  • Дослідження 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 17.04.2013

  • Область 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 10.11.2010

  • Здатність 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 31.03.2010

  • Визначення 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 06.11.2015

  • Основні 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 07.02.2014

  • Система 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 09.06.2008

  • Характеристика 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 17.06.2010

  • Кристалічна 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 13.03.2012

  • Дослідження 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.