Живеејќи на Земја составена од кристални карпи, ние, се разбира, не можеме да избегаме од проблемот на кристалноста: одиме по кристали, градиме со кристали, обработуваме кристали во фабрики, ги одгледуваме во лаборатории, широко ги користиме во технологијата и науката, јадеме кристали и добиваат третман... Науката за кристалографија ја проучува разновидноста на кристалите. Таа сеопфатно ги испитува кристалните супстанции, ги проучува нивните својства и структура. Во античко време, кристалите се сметале за ретки. Навистина, откривањето на големи хомогени кристали во природата е редок феномен. Сепак, ситно кристалните супстанции се доста чести. На пример, скоро сите карпи: гранит, песочник, варовник се кристални. Како што се подобруваа методите на истражување, супстанциите кои претходно се сметаа за аморфни се покажаа како кристални. Сега знаеме дека дури и некои делови од телото се кристални, на пример, рожницата на окото, витамините, мелинската обвивка на нервите се кристали. Долгиот пат на пребарувања и откритија, од мерење на надворешниот облик на кристалите до длабочините на нивната атомска структура, сè уште не е завршен. Но сега истражувачите доста добро ја проучувале неговата структура и учат да ги контролираат својствата на кристалите.

Кристалите се убави, може да се каже некакво чудо, ве привлекуваат; Велат „човек со кристална душа“ за некој што има чиста душа. Кристал значи сјае со светлина, како дијамант... А ако зборуваме за кристали со филозофски став, тогаш можеме да кажеме дека ова е материјал кој е средна врска помеѓу живата и неживата материја. Кристалите можат да настанат, да стареат и да пропаднат. Кристал, кога расте на семе (на ембрион), ги наследува дефектите на овој ембрион. Општо земено, може да се наведат многу примери кои го поставуваат ваквото филозофско расположение, иако тука секако има многу зло... На пример, на телевизија сега може да се слушне за директната поврзаност помеѓу степенот на редот на водата. молекули и зборови, со музика, и дека водата се менува во зависност од мислите, од здравствената состојба на набљудувачот. Не го сфаќам сериозно. Всушност, има многу надрилекарства и шпекулации околу науката. Но, молитвата е посредувана, таа дејствува преку Светиот Дух и нема потреба да се меша научниот пристап и духовните работи.

Но, зборувајќи сосема сериозно, сега е можеби невозможно да се именува една дисциплина, ниту една област на наука и технологија што би можела без кристали. Кога работев, лекарите се собираа кај мене и ми ги покажуваа камењата во бубрезите на пациентите: тие беа заинтересирани за средини во кои настанало формирањето на кристалите. И посетивме многу фармацевти, бидејќи таблетите се компресирани кристали. Апсорпцијата и растворањето на таблетите зависи од тоа со кои рабови се покриени овие микрокристали. Витамините, миелинската обвивка на нервите, протеините и вирусите се кристали. А нашите консултации донесоа големо задоволство, одговарајќи на прашања кои се појавија ...

Кристалот има чудесни својства, врши различни функции. Овие својства се својствени за неговата структура, која има тридимензионална решеткаста структура.

Пример за употреба на кристали е кварцниот кристал што се користи во телефонските слушалки. Ако кварцната плоча е механички погодена, во неа ќе се појави електричен полнеж во соодветната насока. Во цевката за микрофон, кварцот ги претвора механичките воздушни вибрации предизвикани од звучникот во електрични. Електричните вибрации во слушалката на вашиот претплатник се претвораат во осцилаторни вибрации и, соодветно, тој слуша говор.

Бидејќи е решетка, кристалот е фацетиран и секое лице, како личност, е уникатно. Ако лицето е густо набиено во решетка со материјални честички (атоми или молекули), тогаш тоа е многу бавно растечко лице. На пример, дијамант. Неговите лица имаат облик на октаедар, тие се многу густо набиени со атоми на јаглерод и поради тоа се разликуваат и по сјај и сила.

Кристалографијата не е нова наука. М.В. Ломоносов стои на своето потекло. Но, растењето на вештачки кристали е подоцнежна работа. Популарната книга на Шубников „Формирање на кристали“ беше објавена во 1947 година. Оваа научна практика произлезе од минералогијата, науката за кристалите и аморфните цврсти материи. Растечките кристали станаа возможни благодарение на проучувањето на минералошките податоци за формирање на кристали во природни услови. Со проучување на природата на кристалите, тие го одредиле составот од кој растеле и условите за нивниот раст. И сега овие процеси се имитираат, добивајќи кристали со одредени својства. Во производството на кристали учествуваат хемичари и физичари. Ако првите развиваат технологија за раст, вторите ги одредуваат нивните својства. Дали вештачките кристали се разликуваат од природните? Еве го прашањето. Па, на пример, вештачкиот дијамант сè уште е инфериорен во однос на природниот дијамант по квалитет, вклучително и во брилијантност. Вештачките дијаманти не предизвикуваат радост на накитот, но се сосема погодни за употреба во технологијата и во оваа смисла се на рамноправна основа со природните. Повторно, дрските одгледувачи (т.н. хемичари кои одгледуваат вештачки кристали) научија да ги одгледуваат најфините кристални игли со исклучително висока јачина. Ова се постигнува со манипулирање со хемијата на медиумот, температурата, притисокот и изложеноста на некои други дополнителни услови. И ова е веќе цела уметност, креативност, вештина - точните науки нема да помогнат овде, тие работат лошо во оваа област. Покојниот академик Николај Василевич Белов рече дека уметноста на одгледување кристал му припаѓа на специјалистот кој има остро чувство за кристалот.

Цели: покажете ја улогата на моно- и поликристалите во технологијата и науката, разновидноста на облиците на кристалните решетки; разгледајте различни методи за одгледување единечни кристали и начини за зголемување на нивната сила.

За време на часовите

1. Организациска фаза (1 мин)

2. Презентација на нов материјал (43 мин.)

Физиката на цврста состојба (гранка на физиката која ја проучува структурата и својствата на цврстите тела) е еден од темелите на современото технолошко општество. Во суштина, огромна армија инженери ширум светот работи на создавање цврсти материјали со одредени својства неопходни за употреба во широк спектар на машини, механизми и уреди во областа на комуникациите, транспортот и компјутерската технологија. Денес во лекцијата ќе зборуваме за кристали. Наша задача: да откриеме како се структурирани кристалите; објасни од физичка гледна точка разновидноста на нивните форми и својства; разгледајте методи за вештачко одгледување кристали и начини за зголемување на нивната сила; погледнете како и зошто кристалите се користат во секојдневниот живот и технологијата.

Кристални супстанции се оние чии атоми се распоредени редовно така што тие формираат правилна тридимензионална решетка т.н. кристален. Кристалите на голем број хемиски елементи и нивните соединенија имаат извонредни механички, електрични, магнетни и оптички својства. ( Слајдшоу „Разновидност на кристали“.)

Главната разлика помеѓу кристалите и другите цврсти материи е, како што веќе споменавме, присуството на кристална решетка - збирка од периодично наредени атоми, молекули или јони.

Студентска порака. руски научник Е.С. Федоровоткриле дека само 230 различни вселенски групи можат да постојат во природата, покривајќи ги сите можни кристални структури. Повеќето од нив (но не сите) се наоѓаат во природата или се создадени вештачки. Кристалите можат да имаат форма на различни призми, чија основа може да биде правилен триаголник, квадрат, паралелограм и шестоаголник. ( Слајд.)

Примери на едноставни кристални решетки: 1 – едноставни кубни; 2 – кубни во центарот на лицето; 3 – кубни во центарот на телото; 4 – шестоаголна

Кристалните решетки од метали често имаат форма на коцка во центарот на лицето (бакар, злато) или тело-центрирана коцка (железо), како и хексагонална призма (цинк, магнезиум).

Класификацијата на кристалите и објаснувањето на нивните физички својства може да се заснова не само на обликот на единицата ќелија, туку и на други видови симетрија, на пример, ротација околу оската. Оската на симетријата е права линија, кога се ротира 360° околу која кристалот се порамнува со себе неколку пати. Бројот на овие комбинации се нарекува редослед на оската. Постојат кристални решетки со оски на симетрија од 2, 3, 4 и 6 ред. Можна е симетрија на кристалната решетка во однос на рамнината на симетрија, како и комбинација на различни видови симетрија. ( Слајд.)

Повеќето кристални цврсти материи се поликристали, бидејќи Во нормални услови, доста е тешко да се одгледуваат единечни кристали; секакви нечистотии го попречуваат ова. Во светлината на растечката потреба во технологијата за кристали со висока чистота, науката се соочува со прашањето за развој на ефективни методи за вештачко одгледување единечни кристали од различни хемиски елементи и нивни соединенија.

Студентска порака. Постојат три начини за формирање на кристали: кристализација од топење, од раствор и од гасна фаза. Пример за кристализација од топење е формирање на мраз од вода (на крајот на краиштата, водата е стопен мраз), како и формирање на вулкански карпи. Пример за кристализација од раствор во природата е талогот на стотици милиони тони сол од морската вода. Кога гасот (или пареата) се лади, електричните сили на привлекување ги присилуваат атомите или молекулите заедно во кристална цврста материја - се формираат снегулки.

Најчестите методи за вештачко одгледување на единечни кристали се кристализација од раствор и од топење. Во првиот случај, кристалите растат од заситен раствор со бавно испарување на растворувачот или со бавно намалување на температурата. Овој процес може да се демонстрира во лабораторија со воден раствор на кујнска сол. Ако се остави водата бавно да испари, растворот на крајот ќе стане заситен, а понатамошното испарување ќе предизвика таложење на сол.

Ако се загрее цврста материја, таа ќе се претвори во течна состојба - топење. Тешкотиите во одгледувањето на единечни кристали од топи се поврзани со високи температури на топење. На пример, за да добиете рубин кристал, треба да стопите алуминиум оксид во прав, а за ова треба да го загреете на температура од 2030 ° C. Прашокот се истура во тенок млаз во пламен кислород-водород, каде што се топи и капки паѓа на прачка од огноотпорен материјал. На оваа прачка постепено расте еден кристал од рубин.

3. Примена на кристали

1. Дијамант. Околу 80% од сите природни дијаманти ископани и сите вештачки дијаманти се користат во индустријата. Дијамантските алатки се користат за обработка на делови направени од најтврдите материјали, за дупчење бунари за време на истражување и ископ на минерални суровини и служат како потпорни камења во хронометри од висока класа за морските пловни објекти и други високопрецизни инструменти. Дијамантските лежишта не покажуваат абење дури и по 25 милиони вртежи. Високата топлинска спроводливост на дијамантот му овозможува да се користи како супстрат што ја отстранува топлината во полупроводнички електронски микроциркути.

Се разбира, дијамантите се користат и во накитот - тоа се дијаманти.

2. Руби. Високата цврстина на рубините, или корундот, доведе до нивна широка употреба во индустријата. 1 кг синтетички рубин дава приближно 40.000 камења за поддршка на часовникот. Водечките шипки со конец од рубин се покажаа како незаменливи во фабриките за хемиски влакна. Тие практично не се истрошуваат, додека водилките за конци направени од најтврдото стакло се трошат за неколку дена кога низ нив ќе се провлече вештачко влакно.

Новите изгледи за широка употреба на рубини во научното истражување и технологија се отворија со пронајдокот на рубин ласер, во кој рубин прачка служи како моќен извор на светлина што се емитува во форма на тенок зрак.

3. . Ова се необични супстанции кои ги комбинираат својствата на кристално цврсто и течно. Како течности тие се течни, како кристали имаат анизотропија. Структурата на молекулите на течните кристали е таква што краевите на молекулите многу слабо комуницираат едни со други, додека во исто време страничните површини комуницираат многу силно и можат цврсто да ги држат молекулите во еден ансамбл.

Течни кристали: смектички (лево) и холестерични (десно)

Холестеричните течни кристали се од најголем интерес за технологијата. Во нив, насоката на молекуларните оски во секој слој е малку различна една од друга. Аглите на ротација на оските зависат од температурата, а бојата на кристалот зависи од аголот на ротација. Оваа зависност се користи во медицината: можете директно да ја набљудувате дистрибуцијата на температурата на површината на човечкото тело, а тоа е важно за идентификување на фокуси на воспалителниот процес скриен под кожата. За истражување, се произведува тенок полимерен филм со микроскопски шуплини исполнети со холестер. Кога таков филм се нанесува на телото, се добива приказ во боја на распределбата на температурата. Истиот принцип се користи во термометрите со течни кристали.

Течните кристали најмногу се користат во алфанумеричките индикатори на електронски часовници, микрокалкулатори итн. Посакуваниот број или буква се репродуцира со помош на комбинација од мали ќелии направени во форма на ленти. Секоја ќелија е исполнета со течен кристал и има две електроди на кои се применува напон. Во зависност од напонот, одредени ќелии „светнуваат“. Индикаторите може да се направат исклучително минијатурни и да трошат малку енергија.

Течните кристали се користат во различни видови на контролирани екрани, оптички ролетни и рамни телевизиски екрани.

4. Полупроводници. Исклучителна улога одиграа кристалите во модерната електроника. Многу супстанции во кристална состојба не се толку добри спроводници на електрична енергија како металите, но не можат да се класифицираат ниту како диелектрици, бидејќи Ниту тие не се добри изолатори. Таквите супстанции се класифицирани како полупроводници. Ова се повеќето супстанции, нивната вкупна маса е 4/5 од масата на земјината кора: германиум, силициум, селен итн., многу минерали, разни оксиди, сулфиди, телуриди итн.

Најкарактеристичното својство на полупроводниците е острата зависност на нивната електрична отпорност под влијание на различни надворешни влијанија: температура, осветлување. Работата на уреди како што се термистори и фотоотпорници се заснова на овој феномен.

Со комбинирање на полупроводници од различни типови на спроводливост, можно е да се помине електрична струја само во една насока. Овој имот е широко користен во диоди и транзистори.

Исклучително малата големина на полупроводничките уреди, понекогаш само неколку милиметри, издржливоста поради фактот што нивните својства малку се менуваат со текот на времето и можноста за лесно менување на нивната електрична спроводливост отвора широки изгледи за употреба на полупроводници денес и во иднина. .

5. Полупроводници во микроелектрониката. Интегрираното коло е збирка од голем број меѓусебно поврзани компоненти - транзистори, диоди, отпорници, кондензатори, жици за поврзување, произведени на еден чип. Кога се произведува интегрирано коло, слоевите на нечистотии, диелектрици и слоеви од метал се наталожуваат последователно на полупроводничка плоча (обично силициумски кристали). Како резултат на тоа, неколку илјади електрични микроуреди се формираат на еден чип. Димензиите на таков микроспој обично се 5-5 mm, а индивидуалните микроуреди се околу 10-6 m.

Неодамна, сè почесто почна да се дискутира за можноста за создавање на електронски микроциркути во кои димензиите на елементите ќе бидат споредливи со димензиите на самите молекули, т.е. околу 10 – 9 – 10 – 10 m За да го направите ова, мали количества атоми или молекули на други супстанции се испрскаат на исчистената површина на еден кристал од никел или силициум со помош на тунелен микроскоп. Површината на кристалот се лади до -269 °C за да се елиминираат забележливите движења на атомите поради термичкото движење. Поставувањето поединечни атоми на одредени локации отвора фантастични можности за создавање складишта за информации на атомско ниво. Ова е веќе граница на „минијатуризацијата“.

6. Волфрам и молибден. На сегашното ниво на технички развој, стапките на греење и ладење на инструментите и машинските делови се нагло зголемени, а температурниот опсег на кој тие треба да работат значително се зголеми. Многу често е потребна долготрајна работа на многу високи температури, во агресивни средини. Потребни се и машини кои можат да издржат голем број температурни циклуси.

Во такви тешки работни услови, делови и цели склопови на многу машини и уреди многу брзо се истрошуваат, се распукаат и се уништуваат. Огноотпорните метали, како што се молибден и волфрам, се широко користени за работа на високи температури. Монокристалите од волфрам и молибден, добиени со зонско топење се користат за производство на млазници за млазни и рам-џет мотори, кожи на ракетни глави, јонски мотори, турбини, нуклеарни централи и многу други уреди и механизми. Поликристалниот волфрам и молибден се користат за производство на аноди, катоди, филаменти во светилки и електрични печки со висока температура.

7. Кварц. Ова е силициум диоксид, еден од најчестите минерали во земјината кора, во суштина песок. Природните кварцни кристали се со големина од зрна песок до неколку десетици сантиметри; има кристали со големина до еден метар или повеќе. Чистиот кварцен кристал е безбоен. Малите туѓи нечистотии предизвикуваат разновидни бои. Транспарентните безбојни кристали се карпести кристали, виолетовите се аметист, зачадените се рахтопаз. Оптичките својства на кварцот доведоа до негова широка употреба во изработката на оптички инструменти: од него се направени призми за спектрографи и монохроматори. Кварцот, за разлика од стаклото, добро го пренесува ултравиолетовото зрачење, така што од него се направени специјални леќи што се користат во ултравиолетова оптика.

Кварцот има и пиезоелектрични својства, т.е. способен за претворање на механичкиот стрес во електричен напон. Благодарение на овој имот, кварцот е широко користен во радио инженерството и електрониката - во стабилизатори на фреквенции (вклучувајќи часовници), сите видови филтри, резонатори итн. Кварцните кристали се користат за возбудување (и мерење) на мали механички и акустични влијанија.

Садовите, садовите и другите контејнери за хемиски лаборатории се направени од фузиран кварц.

4. Методи за зголемување на јачината на цврстите материи

Поликристални челични рамки на згради и мостови, железнички шини, машински алати, делови за машини и авиони. Вредностите на реалната и теоретската сила се разликуваат за десетици, па дури и стотици пати. Причината лежи во присуството на внатрешни и површински дефекти во кристалните решетки.

За да се добијат материјали со висока цврстина, неопходно е да се одгледуваат единечни кристали кои се што е можно побез дефекти. Ова е многу тешка задача. Повеќето современи методи за зајакнување на материјалите се засноваат на различен метод: во кристалот се создаваат бариери за движење на дефектите. Тие можат да бидат дислокации (повреда на редоследот на распоредот на атомите во кристалната решетка) и други специјално создадени дефекти.

Примери за дислокации на точки - прекршување на редоследот на распоредот на атомите во кристал

Таквите методи вклучуваат, на пример:

– легирање на челик: мали додатоци на хром или волфрам се внесуваат во топењето, а јачината се зголемува три пати;

– кристализација со голема брзина: колку побрзо се отстранува топлината од зацврстениот ингот, толку се помали димензиите на кристалите. Во исто време, се подобруваат физичките и механичките карактеристики. За брзо отстранување на топлината, стопениот метал се прска во ситна прашина со млаз неутрален гас, кој потоа се компресира на висок притисок и температура.

Статијата е подготвена со поддршка на компанијата AVERS. Доверливост и квалитет се мотото на компанијата AVERS. Компанијата AVERS е специјализирана за низа работи за водоснабдување на приватни и колективни објекти, затоа секоја нарачка мора да се заврши со добра волја. Со одење во делот: „дупчење длабоки бунари“, можете да дознаете за услугите и промоциите што ги обезбедува компанијата AVERS, а исто така да нарачате повик за да контактирате со специјалист кој може да одговори на вашите прашања. Компанијата AVERS вработува само висококвалификувани специјалисти со долгогодишно искуство во работа со клиенти.

Зголемувањето на јачината на кристалните тела резултира со зголемување на големината на различни единици, ја намалува нивната маса, ја зголемува работната температура и го зголемува работниот век.

5. Консолидација

Од студентите се бара да ја пополнат табелата за тестирање „Употреба на кристали во технологијата“. На крајот од часот, како резултат на самостојната работа на учениците, се прикажува експресен весник нацртан од двајца ученици во текот на часот.

Литература

Учебник „Физика-10“: Ед. А.А. Пински. – М: Образование, 2001 г.

Физичка енциклопедија, том 3: Ед. А.М. Прохорова. - М: Советска енциклопедија, 1990 година.

Интернет ресурси.

Ирина Александровна Дороговцева е дипломиран на Државниот педагошки институт Комсомолск-на-Амур (1997), наставник по физика од категоријата највисоки квалификации, 8 години наставно искуство. Учесник во финалето на професионалниот натпревар „Наставник на годината 2003“. Ќерката има 4 години. Тој е заинтересиран за компјутерски дизајн, програмирање и научна фантастика.

Во природата, единечни кристали на повеќето супстанции без пукнатини, нечистотии и други дефекти се исклучително ретки. Ова доведе до тоа многу кристали да се нарекуваат скапоцени камења од луѓето во текот на илјадници години. Дијамантот, рубинот, сафирот, аметистот и другите скапоцени камења одамна се високо ценети од луѓето, главно не поради посебни механички или други физички својства, туку само поради нивната реткост.

Развојот на науката и технологијата доведе до фактот дека многу скапоцени камења или едноставно кристали кои ретко се наоѓаат во природата станаа многу неопходни за производство на делови од уреди и машини, за научни истражувања. Побарувачката за многу кристали се зголеми толку многу што беше невозможно да се задоволи со проширување на обемот на производство на стари и барање нови природни наоѓалишта.

Покрај тоа, многу гранки на технологијата и особено научното истражување сè повеќе бараат единечни кристали со многу висока хемиска чистота со совршена кристална структура. Кристалите кои се наоѓаат во природата не ги исполнуваат овие барања, бидејќи тие растат во услови кои се многу далеку од идеални.

Така, се појави задачата да се развие технологија за вештачко производство на единечни кристали од многу елементи и хемиски соединенија.

Развојот на релативно едноставен метод за правење „скапоцен камен“ води до фактот дека тој престанува да биде скапоцен. Ова се објаснува со фактот дека повеќето скапоцени камења се кристали на хемиски елементи и соединенија широко распространети во природата. Така, дијамантот е јаглероден кристал, рубинот и сафирот се кристали од алуминиум оксид со различни нечистотии.

Ајде да ги разгледаме главните методи за одгледување единечни кристали. На прв поглед, може да изгледа дека кристализацијата од топење е многу едноставна. Доволно е да се загрее супстанцијата над нејзината точка на топење, да се добие топење и потоа да се излади. Во принцип, ова е правилен начин, но ако не се преземат посебни мерки, тогаш во најдобар случај ќе завршите со поликристален примерок. И ако експериментот се спроведе, на пример, со кварц, сулфур, селен, шеќер, кои, во зависност од брзината на ладење на нивното топење, можат да се зацврстат во кристална или аморфна состојба, тогаш нема гаранција дека аморфното тело нема да се добие.

За да се зголеми еден кристал, бавното ладење не е доволно. Потребно е прво да се излади една мала површина од топењето и да се добие „нуклеација“ на кристал во неа, а потоа, последователно ладење на топењето што ја опкружува „нуклеацијата“, да се дозволи кристалот да расте низ целиот волумен на се топи. Овој процес може да се постигне со бавно спуштање на садот што го содржи топењето низ отворот во вертикална печка со цевки. Кристалот се јадре на дното на садот, бидејќи прво влегува во регионот на пониски температури, а потоа постепено расте низ целиот волумен на топењето. Дното на садот е специјално направено тесно, насочено кон конус, така што во него може да се наоѓа само едно кристално јадро.

Овој метод често се користи за одгледување на кристали на цинк, сребро, алуминиум, бакар и други метали, како и натриум хлорид, калиум бромид, литиум флуорид и други соли кои се користат во оптичката индустрија. За еден ден можете да одгледате кристал од камена сол со тежина од околу килограм.

Недостаток на опишаниот метод е контаминација на кристалите со материјалот на садот.

Начинот на одгледување кристали од топење без сад, кој се користи за одгледување, на пример, корунд (рубини, сафири), го нема овој недостаток. Најфиниот алуминиум оксид во прав од зрна со големина од 2-100 микрони се истура во тенок млаз од бункерот, поминува низ пламен кислород-водород, се топи и паѓа во форма на капки на прачка од огноотпорен материјал. Температурата на шипката се одржува малку под точката на топење на алуминиум оксид (2030°C). На него се ладат капки алуминиум оксид и формираат кора од синтерувана корунд маса. Механизмот на часовникот е бавен (10-20 mm/h ) ја спушта шипката, а на неа постепено расте неисечен кристал од корунд.

Како и во природата, добивањето кристали од растворот се сведува на два методи. Првиот од нив се состои од бавно испарување на растворувачот од заситен раствор, а вториот од бавно намалување на температурата на растворот. Почесто се користи вториот метод. Како растворувачи се користат вода, алкохоли, киселини, стопени соли и метали. Недостаток на методите за одгледување кристали од раствор е можноста за контаминација на кристалите со честички на растворувачи.

Кристалот расте од оние области на презаситениот раствор што веднаш го опкружуваат. Како резултат на тоа, растворот во близина на кристалот се покажува дека е помалку презаситен отколку далеку од него. Бидејќи презаситениот раствор е потежок од заситениот, секогаш има нагорен проток на „искористениот“ раствор над површината на растечкиот кристал. Без такво мешање на растворот, растот на кристалите брзо би престанал. Затоа, растворот често дополнително се меша или кристалот се фиксира на ротирачки држач. Ова ви овозможува да одгледувате понапредни кристали.

Колку е помала стапката на раст, толку подобри се добиените кристали. Ова правило важи за сите методи на одгледување. Кристалите на шеќер и кујнска сол може лесно да се добијат од воден раствор дома. Но, за жал, не сите кристали можат да се одгледуваат толку лесно. На пример, производството на кварцни кристали од растворот се случува на температура од 400°C и притисок од 1000 atm .

Примените на кристалите во науката и технологијата се толку многубројни и разновидни што е тешко да се наведат. Затоа, ќе се ограничиме на неколку примери.

Најтврдиот и најреткиот од природните минерали е дијамантот. Во целата историја на човештвото, само околу 150 тони од него се ископани, иако глобалната индустрија за ископување дијаманти сега вработува речиси милион луѓе. Денес, дијамантот е првенствено работен камен, а не камен за украсување. Околу 80% од сите природни дијаманти ископани и сите вештачки дијаманти се користат во индустријата. Улогата на дијамантите во модерната технологија е толку голема што, според американските економисти, прекинот на употребата на дијамантите би довел до преполовување на индустрискиот капацитет на САД.

Приближно 80% од дијамантите што се користат во технологијата се користат за острење алати и секачи на „супертврди легури“. Дијамантите служат како потпорни камења (лежишта) во високи хронометри за поморски бродови и во други високопрецизни навигациски инструменти. Дијамантските лежишта не покажуваат знаци на абење дури и по 25.000.000 вртежи.

Нешто инфериорен во однос на дијамантот по цврстина, рубинот се натпреварува со него во различни технички апликации - благороден корунд, алуминиум оксид Al 2 O 3 со боење мешавина на хром оксид. Од 1 кг синтетички рубин е можно да се произведат околу 40.000 потпорни камења за часовници. Рубините шипки се покажаа како незаменливи во фабриките кои произведуваат ткаенини од хемиски влакна. За да се произведе 1 m ткаенина од вештачки влакна, потребни се стотици илјади метри влакна. Водилките за конци направени од најтврдото стакло се истрошуваат за неколку дена кога низ нив се влече вештачко влакно, водилките за конци од агат можат да траат и до два месеци, водичите со конци од рубин се покажаа како речиси вечни.

Нова област за широка употреба на рубини во научното истражување и технологија се отвори со пронајдокот на рубин ласер - уред во кој рубин прачка служи како моќен извор на светлина, емитирана во форма на тенок зрак светлина.

Исклучителна улога одиграа кристалите во модерната електроника. Повеќето полупроводнички електронски уреди се направени од германиум или силициум кристали.

Употребата на кристалите во науката и технологијата се толку многубројни и разновидни што е тешко да се наведат. Затоа, ќе се ограничиме на неколку примери.

Најтврдиот и најреткиот од природните минерали е дијамантот. Денес, дијамантот е првенствено работен камен, а не камен за украсување.

Поради својата исклучителна цврстина, дијамантот игра огромна улога во технологијата. Дијамантските пили се користат за сечење камења. Дијамантска пила е голем (до 2 метри во дијаметар) ротирачки челичен диск, на чии рабови се прават засеци или засеци. Финиот дијамантски прав измешан со некоја леплива супстанца се втрива во овие парчиња. Таков диск, ротирајќи со голема брзина, брзо го пила секој камен.

Дијамантот е од огромно значење при дупчење карпи и во рударските операции.

Дијамантските точки се вметнуваат во алатките за гравирање, машините за поделба, апаратите за тестирање на цврстина и дупчалките за камен и метал.

Дијамантскиот прав се користи за мелење и полирање тврди камења, стврднат челик, тврди и супертврди легури. Самиот дијамант може само да се сече, полира и врежан со дијамант. Најкритичните делови на моторот во производството на автомобили и авиони се обработуваат со дијамантски секачи и дупчалки.

Рубинот и сафирот се меѓу најубавите и најскапите камења. Сите овие камења имаат други квалитети, поскромни, но корисни. Крваво-црвениот рубин и синиот сафир се браќа и сестри; тие се генерално ист минерал - корунд, алуминиум оксид. Корундот со сите негови сорти е еден од најтешките камења на Земјата, најтврд после дијамантот. Корунд може да се користи за дупчење, мелење, полирање, острење камен и метал. Од корунд и шмиргла се направени тркала за мелење, лути камења и прашоци за мелење.

Целата индустрија на часовници работи на вештачки рубини. Во фабриките за полупроводници, најдобрите кола се цртаат со игли од рубин.

Во текстилната и хемиската индустрија, водичите со рубин конци цртаат нишки од вештачки влакна, најлон и најлон.

Новиот живот на рубинот е ласер или, како што се нарекува во науката, оптички квантен генератор (OQG), прекрасен уред на нашите денови. Во 1960 година беше создаден првиот рубин ласер. Се испостави дека рубинскиот кристал ја засилува светлината. Ласерот сјае посветло од илјада сонца.

Моќниот ласерски зрак има огромна моќ. Лесно гори низ лим, заварува метални жици, гори низ челични цевки и ги дупчи најтенките дупки во тврди легури и дијаманти. Ласерите се користат и во операцијата на очите. Се појавија и нови ласерски кристали: флуорит, гранати, галиум арсенид итн.

Сафирот е проѕирен, па од него се прават плочи за оптички инструменти.

Најголемиот дел од кристалите од сафир оди во индустријата за полупроводници.

Флинт, аметист, јаспис, опал, халцедон се сите сорти на кварц. Малите зрна кварц формираат песок. А најубавата, најубавата сорта на кварц е камениот кристал, т.е. проѕирни кварцни кристали. Затоа, леќите, призмите и другите делови на оптичките инструменти се направени од проѕирен кварц.

Електричните својства на кварцот се особено неверојатни. Ако компресирате или истегнете кварцен кристал, на неговите рабови се појавуваат електрични полнежи. Ова е пиезоелектричниот ефект во кристалите.

Во денешно време, не само кварцот се користи како пиезоелектрик, туку и многу други, главно вештачки синтетизирани супстанции.

Пиезоелектричните кристали се широко користени за репродукција, снимање и пренос на звук.

Постојат и пиезоелектрични методи за мерење на крвниот притисок во човечките крвни садови и притисокот на соковите во стеблата и стеблата на растенијата.

Поликристалниот материјал, Polaroid, ја најде својата примена и во технологијата.

Polaroid е тенок проѕирен филм целосно исполнет со ситни проѕирни кристали на супстанција во облик на игла. Полароидните филмови се користат во полароидни очила. Полароидите го поништуваат отсјајот на рефлектираната светлина, дозволувајќи им на целата друга светлина да помине низ. Тие се незаменливи за поларните истражувачи, кои постојано треба да гледаат во блескавиот одраз на сончевите зраци од леденото снежно поле.

Полароидните очила ќе помогнат да се спречат судири со автомобили кои доаѓаат од спротивната страна, кои многу често се случуваат поради фактот што светлата на автомобилот што доаѓа го заслепуваат возачот, а тој не го гледа овој автомобил.

Кристалите одиграа важна улога во многу технолошки иновации на 20 век.

Полупроводничките уреди, кои ја револуционизираа електрониката, се направени од кристални материи, главно силициум и германиум. Полупроводничките диоди се користат во компјутерите и комуникациските системи, транзисторите ги заменија вакуумските цевки во радио инженерството, а соларните панели поставени на надворешната површина на вселенските летала ја претвораат сончевата енергија во електрична енергија.

Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Студентите, дипломираните студенти, младите научници кои ја користат базата на знаење во нивните студии и работа ќе ви бидат многу благодарни.

Објавено на http://www.allbest.ru/

Истражување

КРИСТАЛИ И НИВНИ ПРИМЕНИ

Автор на делото:Кривошеев Евгениј

ученик 7 „Б“ одд МБОУСОШ бр.1

Завитинск, регионот Амур

Раководител на работа: Конченко Н.С.

наставник по физика МБОУСОШ бр.1

Завитинск, регионот Амур

Завитинск

2013 година

• Вовед
• 1. Кристал. Неговите својства, структура и форма
• 2. Течни кристали
• 3. Примена на LCD
• 4. Примена на кристалите во науката и технологијата
• 5. Практичен дел
• Заклучок
• Библиографија
• Вовед
• Релевантност на работата:
• Бидејќи кристалите се широко користени во науката и технологијата, тешко е да се именува гранка на производство каде што не се користат кристали. Затоа, познавањето и разбирањето на својствата на кристалите е многу важно за секој човек.
• Цел на студијата: Одгледување на кристал од раствор дома, проучување на практичната примена на кристалите во науката и технологијата.
• Задачи:
• 1. Проучување на теоријата на кристали.
• 2. Проучување на материјал за одгледување на кристал во нормални услови и во лабораториски услови.
• 3.Набљудување на формирање на кристали.
• 4.Опис на набљудувања.
• 5. Проучување на примената на кристалите во современиот живот.

1. Кристал. Неговите својства, структура и форма

Зборот „кристал“ доаѓа од грчкиот „ crustallos“, односно „мраз“. Тврди чии атоми или молекули формираат подредена периодична структура (кристална решетка).

Формирање на кристали.

Кристалите се формираат на три начини: од топење, од раствор и од пареа. Пример за кристализација од топење е формирањето на мраз од вода. лабораторија за одгледување кристална течност

Во светот околу нас, често може да се набљудува формирањето на кристали директно од гасовита средина, од раствори и од топење. Во тивка ладна ноќ под ведро небо, во силна светлина на месечината или фенер, понекогаш гледаме снегулки од мраз кои полека се спуштаат што блескаат со искри. Ова се ледени кристали слични на чинии кои се формираат веднаш до нас од влажен и ладен воздух.

Структурата на цврстите материи зависи од условите под кои се случува преминот од течност во цврста. Ако таквата транзиција се случи многу брзо, на пример, со нагло ладење на течноста, тогаш честичките немаат време да се наредат во правилната структура и се формира фино кристално тело. Кога течноста полека се лади, се добиваат крупни и редовно обликувани кристали. Во некои случаи, за да може супстанцијата да се кристализира, таа мора да се чува на различни температури. Надворешниот притисок, исто така, влијае на растот на кристалите. Покрај тоа, значителен дел од кристалите кои имале совршен рез во далечното минато успеале да го изгубат под влијание на вода, ветер и триење со други цврсти материи. Така, многу заоблени проѕирни зрна кои можат да се најдат во крајбрежниот песок се кварцни кристали кои ги изгубиле своите рабови како резултат на продолжено триење едни против други.

Кристална структура

Разновидноста на кристали во форма е многу голема.

Кристалите може да имаат од четири до неколку стотици аспекти. Но, во исто време, тие имаат извонредна особина - без оглед на големината, обликот и бројот на лицата на истиот кристал, сите рамни лица се вкрстуваат едни со други под одредени агли. Аглите помеѓу соодветните лица се секогаш исти. Обликот е под влијание на фактори како температура, притисок, фреквенција, концентрација и насока на движење на растворот. Затоа, кристалите од истата супстанција можат да покажат широк спектар на форми.

Кристалите на камената сол, на пример, можат да имаат облик на коцка, паралелепипед, призма или тело со посложена форма, но нивните лица секогаш се сечат под прав агол. Лицата на кварцот се обликувани како неправилни шестоаголници, но аглите меѓу лицата се секогаш исти - 120°.

Законот за постојаност на аглите, откриен во 1669 година од Данецот Николај Стено, е најважниот закон на науката за кристалите - кристалографијата.

Мерењето на аглите помеѓу лицата на кристалите е од многу големо практично значење, бидејќи од резултатите од овие мерења во многу случаи може со сигурност да се утврди природата на минералот.

Наједноставниот уред за мерење на кристалните агли е применетиот гониометар.

Видови кристали

Покрај тоа, се прави разлика помеѓу еднокристали и поликристали.

Еднокристал е монолит со една ненарушена кристална решетка. Природни еднокристали со големи димензии се многу ретки.

Монокристалите вклучуваат кварц, дијамант, рубин и многу други скапоцени камења.

Повеќето кристални цврсти материи се поликристални, односно се состојат од многу мали кристали, понекогаш видливи само при големо зголемување.

Сите метали се поликристали.

2. Течни кристали

Течен кристал - ова е посебна состојба на материјата, средна помеѓу течни и цврсти состојби. Во течност, молекулите можат слободно да ротираат и да се движат во која било насока. Во течниот кристал постои одреден степен на геометриски редослед во распоредот на молекулите, но дозволена е и одредена слобода на движење.

Конзистентноста на течните кристали може да биде различна - од лесно течна течност до слична на паста. Течните кристали имаат необични оптички својства, кои се користат во технологијата Течните кристали се формираат од молекули со различни геометриски форми. како што се бојата, транспарентноста итн. На сето ова се засноваат бројни апликации на течни кристали.

3. Примена на LCD

Распоредот на молекулите во течните кристали се менува под влијание на фактори како температура, притисок, електрични и магнетни полиња; промените во распоредот на молекулите доведуваат до промени во оптичките својства, како што се бојата, проѕирноста и способноста да се ротира рамнината на поларизација на пренесената светлина. На сето ова се засноваат бројни апликации на течни кристали. На пример, зависноста на бојата од температурата се користи за медицинска дијагностика. Со примена на одредени материјали од течни кристали на телото на пациентот, лекарот може лесно да ги идентификува заболените ткива со промена на бојата на местата каде што овие ткива создаваат зголемени количини на топлина. Температурната зависност на бојата исто така ви овозможува да го контролирате квалитетот на производите без да ги уништувате. Ако се загрее метален производ, неговиот внатрешен дефект ќе ја промени распределбата на температурата на површината. Овие дефекти се идентификуваат со промена на бојата на течниот кристален материјал што се нанесува на површината.

Тенките филмови од течни кристали сместени меѓу чаши или листови од пластика најдоа широка употреба како индикаторски уреди. Течните кристали се широко користени во производството на рачни часовници и мали калкулатори. Се создаваат телевизори со рамен панел со тенки екрани со течни кристали.

4. Примена на кристалите во науката и технологијата

Во денешно време, кристалите имаат многу широка примена во науката, технологијата и медицината.

Дијамантските пили се користат за сечење камења. Дијамантска пила е голем (до 2 метри во дијаметар) ротирачки челичен диск, на чии рабови се прават засеци или засеци. Финиот дијамантски прав измешан со некоја леплива супстанца се втрива во овие парчиња. Таков диск, ротирајќи со голема брзина, брзо го пила секој камен.

Дијамантот е од големо значење при дупчење карпи и во рударски операции. Дијамантските точки се вметнуваат во алатките за гравирање, машините за поделба, апаратите за тестирање на цврстина и дупчалките за камен и метал. Дијамантскиот прав се користи за мелење и полирање тврди камења, стврднат челик, тврди и супертврди легури. Самиот дијамант може само да се исече, полира и изгравира со самиот дијамант. Најкритичните делови на моторот во производството на автомобили и авиони се обработуваат со дијамантски секачи и дупчалки.

Корунд може да се користи за дупчење, мелење, полирање, острење камен и метал. Од корунд и шмиргла се направени тркала за мелење и жили, прашоци и пасти за мелење. Во фабриките за полупроводници, најдобрите кола се цртаат со игли од рубин.

Гранатот се користи и во абразивната индустрија. Прашокот за мелење, тркалата за мелење и кожите се направени од гранат. Тие понекогаш го заменуваат рубинот во изработката на инструменти.

Леќите, призмите и другите делови на оптичките инструменти се направени од проѕирен кварц. Вештачкото „планинско сонце“ е уред широко користен во медицината. Кога е вклучен, овој уред испушта ултравиолетова светлина, овие зраци лекуваат. Светилката во овој уред е изработена од кварцно стакло. Кварцната светилка се користи не само во медицината, туку и во органската хемија, минералогијата и помага да се разликуваат фалсификуваните поштенски марки и банкноти од вистинските. Чисти карпести кристали без дефекти се користат во производството на призми, спектрографи и поларизирачки плочи.

Флуоритот се користи за правење леќи за телескопи и микроскопи, за правење призми со спектрограф и други оптички инструменти.

5. Практичен дел

Одгледување кристали на бакар сулфат.

Бакар сулфат е бакар сулфат пентахидрат, бидејќи големите кристали личат на обоено сино стакло. Бакар сулфат се користи во земјоделството за контрола на штетници и растителни болести, во индустријата за производство на вештачки влакна, органски бои, минерални бои и хемикалии со арсен.

Начин на одгледување дома:

1) Прво, подгответе раствор од концентриран витриол. По ова, малку загрејте ја смесата за да обезбедите целосно растворање на солта. За да го направите ова, ставете ја чашата во тава со топла вода.

2) Добиениот концентриран раствор истурете го во тегла или чаша; Таму на конец ќе закачиме и кристално „семе“ - мал кристал од истата сол - така што ќе се потопи во растворот. Токму на ова „семе“ ќе расте идната изложба на вашата колекција на кристали.

3) Ставете го садот со отворен раствор на топло место. Кога кристалот ќе порасне доволно, извадете го од растворот, исушете го со мека крпа или хартиена салфетка, исечете го конецот и покријте ги рабовите на кристалот со безбоен лак за да го заштитите од „атмосферски влијанија“ во воздухот.

Набљудување на процесот на раст на кристалите на бакар сулфат.

За почеток, истуривме раствор од бакар сулфат во чаша и врзавме семе на конец. И тие го испуштија кристалот во чашата. Веќе следниот ден имавме прилично голем поликристал, долг околу 2 сантиметри. Самиот кристал беше многу нерамномерен, со мали столбови. Кристализацијата не продолжи понатаму, без разлика колку долго чекавме.

Но, не застанавме тука и направивме уште два кристали од бакар сулфат. Го зедовме само семето од колоната на пропаднатиот кристал. Во едниот раствор температурата постојано се менувала, додека во другата чаша била константна. По неколку дена, добивме два полноправни единечни кристали од бакар сулфат. Тие се покажаа дека имаат мазни рабови, апсолутно симетрични. Така, сфатив дека за да се направи мазен кристал, и семето мора да биде мазно и симетрично.

Набљудување на процесот на раст на кристалите во растворите на сол под микроскоп.

Испитувањето на кристалите под микроскоп е многу интересно, бидејќи колку е „помлад“ кристалот, толку е поправилна неговата форма. Проучувањето на кристалите под микроскоп не одзема многу време и ресурси: потребни се само неколку грама сол за да се подготви растворот, а не е потребно многу време за да расте кристалот.

Неколку капки од заситен раствор од различни соли беа нанесени на слајд за микроскоп. Стаклото беше малку загреано со духовна ламба и ставено на бината со микроскоп. Со поместување на лизгачот и прилагодување на зголемувањето, постигнавме таква положба што капката го окупираше целото видно поле на микроскопот. По краток временски период (околу 1 мин), кристализацијата започна на работ на капката, каде што се суши побрзо. Добиените мали кристали формираа континуирана непроѕирна кора на рабовите на капката, која изгледа темна на пренесената светлина. Постепено, од оваа маса на кристали, почнаа да излегуваат поединечни врвови на поединечни кристали, насочени во капката, која растејќи формираше различни форми. Најчесто, новите центри за кристализација во слободниот простор внатре во капката, по правило, не се појавуваа спонтано. По некое време, целото видно поле беше исполнето со кристали, а кристализацијата беше речиси завршена.

Заклучок

Така, кристалите се едни од најубавите и најмистериозните креации на природата. Живееме во свет кој се состои од кристали, градиме со нив, ги обработуваме, ги јадеме, лечиме со нив... Науката за кристалографија се занимава со проучување на разновидноста на кристалите. Таа сеопфатно ги испитува кристалните супстанции, ги проучува нивните својства и структура. Во античко време, кристалите се сметале за ретки. Навистина, откривањето на големи хомогени кристали во природата е редок феномен. Сепак, ситно кристалните супстанции се доста чести. На пример, скоро сите карпи: гранит, песочник, варовник се кристални. Дури и некои делови од телото се кристални, на пример, рожницата на окото, витамините и обвивката на нервите. Долгиот пат на пребарувања и откритија, од мерење на надворешниот облик на кристалите длабоко во суптилностите на нивната атомска структура, сè уште не е завршен. Но сега истражувачите доста добро ја проучувале неговата структура и учат да ги контролираат својствата на кристалите.

Како резултат на сработеното, можам да ги извлечам следните заклучоци:

1. Кристал е цврста состојба на материјата. Има одредена форма и одреден број на рабови.

2. Кристалите доаѓаат во различни бои, но повеќето се проѕирни.

3. Кристалите воопшто не се музејска реткост. Кристалите не опкружуваат насекаде. Цврстите материи од кои градиме куќи и правиме машини, супстанциите што ги користиме во секојдневниот живот - речиси сите припаѓаат на кристали. Песок и гранит, кујнска сол и шеќер, дијамант и смарагд, бакар и железо - сето тоа се кристални тела.

4. Највредните меѓу кристалите се скапоцените камења.

5. Пораснав кристал дома од заситен раствор на бакар сулфат.

Така, целите и задачите што ги наведов на почетокот на мојата работа се постигнати. Како резултат на работата, експериментално најдов докази за претпоставката што ја направи англискиот кристалограф Френк за постепеното растење на кристалите.

Завршената работа беше многу интересна и забавна. Би сакал да одгледувам и кристали од други материи, бидејќи ги има толку многу околу нас...

Објавено на Allbest.ru

...

Слични документи

Цврсти кристали: структура, раст, својства. „Присуството на ред“ во просторната ориентација на молекулите како својство на течните кристали. Линеарно поларизирана светлина. Нематични, смектички и холестерични кристали. Општ концепт на фероелектрика.

работа на курсот, додадена 17.11.2012


Примери за употреба на единечни кристали. Седум кристални системи: триклинички, моноклинички, ромбични, тетрагонални, ромбоедрални, хексагонални и кубни. Едноставни кристални форми. Добивање на презаситен раствор и одгледување на кристал.

презентација, додадена 04/09/2012


Историјата на откривањето на течни кристали, карактеристики на нивната молекуларна структура, структура. Класификација и видови на течни кристали, нивните својства, проценка на предностите и недостатоците на практичната употреба. Методи за контрола на течни кристали.

работа на курсот, додадена 05/08/2012


Општи карактеристики на површинските појави кај течните кристали. Разгледување на карактеристичните карактеристики на смектичките течни кристали и нивните различни степени на нарачка. Проучување на анизотропијата на физичките својства на мезофазата, степенот на подредување.

апстракт, додаден на 10.10.2015


Течна кристална (мезоморфна) состојба на материјата. Формирање на нова фаза. Видови течни кристали: смематски, нематски и холестерични. Термотропни и лиотропни течни кристали. Работата на D. Forlander, која придонесе за синтеза на соединенија.

презентација, додадена на 27.12.2010


Историја на откривањето на течни кристали. Нивната класификација, молекуларна структура и структура. Термотропни течни кристали: смектички, нематски и холестеричен тип. Лиотропни течни кристали. Анизотропија на физичките својства. Како да се контролираат течните кристали.

апстракт, додаден на 27.05.2010 година


Концептот на структурата на материјата и главните фактори кои влијаат на нејзиното формирање. Главните карактеристики на аморфни и кристални супстанции, видови кристални решетки. Влијание на видот на врската врз структурата и својствата на кристалите. Суштината на изоморфизмот и полиморфизмот.

тест, додаден на 26.10.2010 година


Физички и физичко-хемиски својства на феритите. Структура на нормален и обратен спинел. Преглед на методот на синтерување и топло пресување. Магнетни кристали со хексагонална структура. Примена на ферити во радио електрониката и компјутерската технологија.

работа на курсот, додадена 12/12/2016


Епитаксијата е ориентиран раст на еден кристал на површината на друг (супстрат). Проучување на формите на кристалите на NaCl формирани при сублимација од воден раствор; структурна кореспонденција на епитаксијални парови по акретирачки лица и поединечни редови.

работа на курсот, додадена 04/04/2011


Проучување на концептот, видовите и методите на формирање на кристали - цврсти материи во кои атомите се распоредени редовно, формирајќи тродимензионален периодичен просторен распоред - кристална решетка. Формирање на кристали од топење, раствор, пареа.