Sống trên một Trái đất bao gồm các loại đá kết tinh, tất nhiên, chúng ta không thể thoát khỏi vấn đề về tinh thể: chúng ta bước đi trên các tinh thể, xây dựng bằng tinh thể, xử lý tinh thể trong nhà máy, nuôi chúng trong phòng thí nghiệm, sử dụng rộng rãi chúng trong công nghệ và khoa học, ăn uống. tinh thể và được xử lý chúng... Khoa học về tinh thể học nghiên cứu sự đa dạng của tinh thể. Cô kiểm tra toàn diện các chất kết tinh, nghiên cứu tính chất và cấu trúc của chúng. Vào thời cổ đại, pha lê được coi là hiếm. Quả thực, sự hiện diện của các tinh thể đồng nhất lớn trong tự nhiên là một hiện tượng hiếm gặp. Tuy nhiên, các chất kết tinh mịn là khá phổ biến. Ví dụ, hầu hết tất cả các loại đá: đá granit, đá sa thạch, đá vôi đều có dạng tinh thể. Khi các phương pháp nghiên cứu được cải tiến, các chất trước đây được coi là vô định hình hóa ra ở dạng tinh thể. Bây giờ chúng ta biết rằng ngay cả một số bộ phận của cơ thể cũng là tinh thể, chẳng hạn như giác mạc của mắt, vitamin, vỏ melin của dây thần kinh cũng là tinh thể. Con đường dài tìm kiếm và khám phá, từ việc đo hình dạng bên ngoài của tinh thể đến độ sâu tinh vi của cấu trúc nguyên tử của chúng, vẫn chưa được hoàn thành. Nhưng hiện nay các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu khá kỹ cấu trúc của nó và đang học cách kiểm soát các đặc tính của tinh thể.

Pha lê rất đẹp, người ta có thể nói là một loại phép lạ nào đó, chúng thu hút bạn; Người ta nói “người đàn ông có tâm hồn pha lê” để chỉ một người có tâm hồn trong sáng. Pha lê có nghĩa là tỏa sáng bằng ánh sáng, giống như một viên kim cương... Và nếu nói về pha lê với một thái độ triết học thì có thể nói đây là loại vật chất là mối liên kết trung gian giữa vật chất sống và vật chất vô tri. Tinh thể có thể hình thành, già đi và sụp đổ. Một tinh thể khi phát triển trên một hạt giống (trên một phôi thai) sẽ thừa hưởng những khiếm khuyết của chính phôi thai này. Nói chung, người ta có thể đưa ra nhiều ví dụ khiến người ta có tâm trạng triết học như vậy, mặc dù tất nhiên ở đây có rất nhiều điều ác... Ví dụ, trên truyền hình bây giờ người ta có thể nghe về mối liên hệ trực tiếp giữa mức độ trật tự của nước phân tử và ngôn từ, bằng âm nhạc, và nước thay đổi tùy theo suy nghĩ, vào tình trạng sức khỏe của người quan sát. Tôi không coi trọng nó. Trên thực tế, có rất nhiều lời đồn đại và suy đoán xung quanh khoa học. Nhưng lời cầu nguyện được trung gian, nó hành động thông qua Chúa Thánh Thần, và không cần phải kết hợp giữa phương pháp khoa học và những điều tâm linh.

Nhưng nói một cách khá nghiêm túc, hiện nay có lẽ không thể kể tên một ngành học nào, không một lĩnh vực khoa học và công nghệ nào có thể làm được nếu không có tinh thể. Khi tôi đang làm việc, các bác sĩ kéo đến và cho tôi xem sỏi thận của bệnh nhân: họ quan tâm đến môi trường hình thành tinh thể. Và chúng tôi đã đến thăm rất nhiều dược sĩ, vì viên nén là tinh thể nén. Sự hấp thụ và hòa tan của viên thuốc phụ thuộc vào các cạnh mà các vi tinh thể này được bao phủ. Vitamin, vỏ myelin của dây thần kinh, protein và virus đều là tinh thể. Và sự tư vấn của chúng tôi đã mang lại sự hài lòng tuyệt vời, giải đáp những thắc mắc phát sinh...

Tinh thể có những đặc tính kỳ diệu; nó thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Những tính chất này vốn có trong cấu trúc của nó, có cấu trúc mạng ba chiều.

Một ví dụ về việc sử dụng tinh thể là tinh thể thạch anh được sử dụng trong điện thoại cầm tay. Nếu một tấm thạch anh bị tác động cơ học, một điện tích sẽ xuất hiện trong đó theo hướng thích hợp. Trong ống micro, thạch anh chuyển đổi các rung động không khí cơ học do loa gây ra thành rung động điện. Các rung động điện trong thiết bị cầm tay của người đăng ký của bạn được chuyển thành các rung động dao động và theo đó, anh ta sẽ nghe thấy lời nói.

Là mạng tinh thể, pha lê có nhiều mặt và mỗi khuôn mặt, giống như một tính cách, là duy nhất. Nếu một mặt được xếp dày đặc trong một mạng tinh thể với các hạt vật chất (nguyên tử hoặc phân tử), thì đó là một mặt phát triển rất chậm. Ví dụ, một viên kim cương. Các mặt của nó có hình bát diện, chúng chứa rất nhiều nguyên tử cacbon và do đó chúng khác nhau cả về độ sáng và độ bền.

Tinh thể học không phải là một môn khoa học mới. M.V. Lomonosov đứng về nguồn gốc của nó. Nhưng việc phát triển tinh thể nhân tạo là chuyện sau này. Cuốn sách nổi tiếng "Sự hình thành các tinh thể" của Shubnikov được xuất bản năm 1947. Thực hành khoa học này phát triển từ khoáng vật học, khoa học về tinh thể và chất rắn vô định hình. Việc phát triển tinh thể trở nên khả thi nhờ nghiên cứu dữ liệu khoáng vật học về sự hình thành tinh thể trong điều kiện tự nhiên. Bằng cách nghiên cứu bản chất của các tinh thể, họ đã xác định được thành phần mà chúng phát triển và các điều kiện cho sự phát triển của chúng. Và bây giờ các quá trình này được bắt chước, thu được các tinh thể có đặc tính cụ thể. Các nhà hóa học và vật lý tham gia vào việc sản xuất tinh thể. Nếu cái trước phát triển công nghệ tăng trưởng thì cái sau sẽ xác định tính chất của chúng. Tinh thể nhân tạo có thể được phân biệt với tinh thể tự nhiên? Đây là câu hỏi. Ví dụ, kim cương nhân tạo vẫn thua kém kim cương tự nhiên về chất lượng, kể cả độ sáng chói. Kim cương nhân tạo không gợi lên niềm vui cho đồ trang sức, nhưng chúng khá phù hợp để sử dụng trong công nghệ và theo nghĩa này, chúng ngang hàng với kim cương tự nhiên. Một lần nữa, những người trồng trọt trơ tráo (những người được gọi là nhà hóa học trồng tinh thể nhân tạo) đã học cách trồng những chiếc kim pha lê tốt nhất với độ bền cực cao. Điều này đạt được bằng cách điều chỉnh tính chất hóa học của môi trường, nhiệt độ, áp suất và tiếp xúc với một số điều kiện bổ sung khác. Và đây đã là cả một nghệ thuật, sự sáng tạo, kỹ năng - khoa học chính xác sẽ không giúp ích gì ở đây, chúng hoạt động kém trong lĩnh vực này. Cố học giả Nikolai Vasilyevich Belov cho rằng nghệ thuật trồng pha lê thuộc về chuyên gia có cảm nhận nhạy bén về pha lê.

Bàn thắng: chỉ ra vai trò của đơn tinh thể và đa tinh thể trong công nghệ và khoa học, sự đa dạng về hình dạng của mạng tinh thể; xem xét các phương pháp khác nhau để phát triển các tinh thể đơn lẻ và các cách để tăng sức mạnh của chúng.

Trong các lớp học

1. Giai đoạn tổ chức (1 phút)

2. Trình bày tài liệu mới (43 phút)

Vật lý chất rắn (một nhánh của vật lý nghiên cứu cấu trúc và tính chất của chất rắn) là một trong những nền tảng của xã hội công nghệ hiện đại. Về bản chất, một đội ngũ kỹ sư khổng lồ trên khắp thế giới đang nỗ lực tạo ra các vật liệu rắn với các đặc tính cụ thể cần thiết để sử dụng trong nhiều loại máy móc, cơ chế và thiết bị trong lĩnh vực truyền thông, vận tải và công nghệ máy tính. Hôm nay trong bài học chúng ta sẽ nói về tinh thể. Nhiệm vụ của chúng tôi: tìm hiểu các tinh thể được cấu trúc như thế nào; giải thích từ quan điểm vật lý về sự đa dạng về hình thức và tính chất của chúng; xem xét các phương pháp phát triển tinh thể nhân tạo và các cách để tăng sức mạnh của chúng; xem cách thức và lý do tinh thể được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày và công nghệ.

Chất kết tinh là chất có các nguyên tử được sắp xếp đều đặn tạo thành mạng ba chiều đều đặn gọi là kết tinh. Tinh thể của một số nguyên tố hóa học và hợp chất của chúng có các tính chất cơ, điện, từ và quang đáng chú ý. ( Trình chiếu “Các loại tinh thể”.)

Sự khác biệt chính giữa tinh thể và các chất rắn khác, như đã đề cập, là sự hiện diện của mạng tinh thể - một tập hợp các nguyên tử, phân tử hoặc ion được sắp xếp tuần hoàn.

Tin nhắn của sinh viên. nhà khoa học Nga E.S. Fedorov phát hiện ra rằng chỉ có 230 nhóm không gian khác nhau có thể tồn tại trong tự nhiên, bao gồm tất cả các cấu trúc tinh thể có thể có. Hầu hết chúng (nhưng không phải tất cả) đều được tìm thấy trong tự nhiên hoặc được tạo ra một cách nhân tạo. Các tinh thể có thể có dạng lăng kính khác nhau, đáy của nó có thể là hình tam giác đều, hình vuông, hình bình hành và hình lục giác. ( Cầu trượt.)

Ví dụ về mạng tinh thể đơn giản: 1 – khối đơn giản; 2 – lập phương tâm mặt; 3 – lập phương lấy vật làm trung tâm; 4 – lục giác

Mạng tinh thể của kim loại thường có dạng khối lập phương tâm mặt (đồng, vàng) hoặc khối lập phương tâm (sắt), cũng như lăng kính lục giác (kẽm, magie).

Việc phân loại các tinh thể và giải thích các tính chất vật lý của chúng không chỉ có thể dựa trên hình dạng của ô đơn vị mà còn dựa trên các kiểu đối xứng khác, chẳng hạn như quay quanh một trục. Trục đối xứng là một đường thẳng, khi quay 360° quanh đó tinh thể sẽ thẳng hàng với chính nó nhiều lần. Số lượng các kết hợp này được gọi là thứ tự trục. Có các mạng tinh thể có trục đối xứng bậc 2, 3, 4, 6. Có thể có sự đối xứng của mạng tinh thể so với mặt phẳng đối xứng, cũng như sự kết hợp của các kiểu đối xứng khác nhau. ( Cầu trượt.)

Hầu hết các chất rắn kết tinh là đa tinh thể, vì Trong điều kiện bình thường, việc phát triển các tinh thể đơn lẻ là khá khó khăn; tất cả các loại tạp chất đều cản trở việc này. Trước nhu cầu ngày càng tăng về công nghệ tinh thể có độ tinh khiết cao, khoa học phải đối mặt với câu hỏi về việc phát triển các phương pháp hiệu quả để nuôi cấy nhân tạo các tinh thể đơn lẻ của các nguyên tố hóa học khác nhau và các hợp chất của chúng.

Tin nhắn của sinh viên. Có ba cách để hình thành tinh thể: kết tinh từ sự tan chảy, từ dung dịch và từ pha khí. Một ví dụ về sự kết tinh từ sự tan chảy là sự hình thành băng từ nước (xét cho cùng, nước là băng nóng chảy), cũng như sự hình thành đá núi lửa. Một ví dụ về sự kết tinh từ dung dịch trong tự nhiên là sự kết tủa của hàng trăm triệu tấn muối từ nước biển. Khi khí (hoặc hơi nước) nguội đi, lực hút điện sẽ buộc các nguyên tử hoặc phân tử lại với nhau thành chất rắn kết tinh—những bông tuyết được hình thành.

Các phương pháp phổ biến nhất để phát triển các tinh thể đơn lẻ nhân tạo là kết tinh từ dung dịch và từ sự tan chảy. Trong trường hợp đầu tiên, các tinh thể phát triển từ dung dịch bão hòa với sự bay hơi chậm của dung môi hoặc nhiệt độ giảm chậm. Quá trình này có thể được chứng minh trong phòng thí nghiệm bằng dung dịch muối ăn. Nếu nước bay hơi chậm thì dung dịch cuối cùng sẽ trở nên bão hòa và bay hơi nhiều hơn sẽ khiến muối kết tủa.

Nếu một chất rắn được đun nóng, nó sẽ chuyển sang trạng thái lỏng - tan chảy. Những khó khăn trong việc tạo ra các tinh thể đơn lẻ từ sự tan chảy có liên quan đến nhiệt độ nóng chảy cao. Ví dụ, để thu được tinh thể hồng ngọc, bạn cần làm tan chảy bột oxit nhôm và để làm được điều này, bạn cần đun nóng nó đến nhiệt độ 2030 ° C. Bột được đổ thành dòng mỏng vào ngọn lửa oxy-hydro, tại đó nó tan chảy và rơi thành từng giọt vào một thanh vật liệu chịu lửa. Một tinh thể hồng ngọc dần dần phát triển trên thanh này.

3. Ứng dụng tinh thể

1. Kim cương. Khoảng 80% tổng số kim cương tự nhiên được khai thác và tất cả kim cương nhân tạo đều được sử dụng trong công nghiệp. Công cụ kim cương được sử dụng để gia công các bộ phận được làm từ vật liệu cứng nhất, để khoan giếng trong quá trình thăm dò và khai thác, đồng thời dùng làm đá hỗ trợ trong đồng hồ bấm giờ cao cấp cho tàu biển và các dụng cụ có độ chính xác cao khác. Vòng bi kim cương không bị mòn ngay cả sau 25 triệu vòng quay. Độ dẫn nhiệt cao của kim cương cho phép nó được sử dụng làm chất nền loại bỏ nhiệt trong các vi mạch điện tử bán dẫn.

Tất nhiên, kim cương cũng được sử dụng trong đồ trang sức - đây là những viên kim cương.

2. hồng ngọc. Độ cứng cao của hồng ngọc, hay corundum, đã khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. 1 kg hồng ngọc tổng hợp mang lại khoảng 40.000 viên đá đỡ đồng hồ. Thanh dẫn hướng sợi Ruby hóa ra là thứ không thể thay thế trong các nhà máy sản xuất sợi hóa học. Chúng thực tế không bị mòn, trong khi các thanh dẫn chỉ làm bằng thủy tinh cứng nhất sẽ bị mòn sau vài ngày khi sợi nhân tạo được kéo qua chúng.

Triển vọng mới cho việc sử dụng rộng rãi hồng ngọc trong nghiên cứu khoa học và công nghệ đã mở ra với việc phát minh ra tia laser hồng ngọc, trong đó một thanh hồng ngọc đóng vai trò là nguồn ánh sáng mạnh phát ra dưới dạng chùm tia mỏng.

3. . Đây là những chất bất thường kết hợp các đặc tính của chất rắn và chất lỏng kết tinh. Giống như chất lỏng, chúng là chất lỏng, giống như tinh thể, chúng có tính dị hướng. Cấu trúc của các phân tử tinh thể lỏng sao cho các đầu của phân tử tương tác rất yếu với nhau, đồng thời các bề mặt bên tương tác rất mạnh và có thể giữ chắc các phân tử trong một quần thể duy nhất.

Tinh thể lỏng: smectic (trái) và cholesteric (phải)

Tinh thể lỏng Cholesteric được công nghệ quan tâm nhất. Ở chúng, hướng của các trục phân tử ở mỗi lớp hơi khác nhau một chút. Góc quay của trục phụ thuộc vào nhiệt độ và màu sắc của tinh thể phụ thuộc vào góc quay. Sự phụ thuộc này được sử dụng trong y học: bạn có thể quan sát trực tiếp sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt cơ thể con người và điều này rất quan trọng để xác định các ổ của quá trình viêm ẩn dưới da. Để nghiên cứu, người ta tạo ra một màng polymer mỏng có các khoang cực nhỏ chứa đầy chất cholesteric. Khi một lớp màng như vậy được dán lên cơ thể, sẽ thu được màn hình màu về sự phân bố nhiệt độ. Nguyên tắc tương tự được sử dụng trong nhiệt kế tinh thể lỏng.

Tinh thể lỏng được sử dụng rộng rãi nhất trong các chỉ báo chữ và số của đồng hồ điện tử, máy vi tính, v.v. Số hoặc chữ cái mong muốn được sao chép bằng cách sử dụng tổ hợp các ô nhỏ được tạo thành dạng sọc. Mỗi tế bào chứa đầy tinh thể lỏng và có hai điện cực để đặt điện áp vào. Tùy thuộc vào điện áp, một số tế bào nhất định sẽ “sáng lên”. Các chỉ số có thể được thực hiện cực kỳ thu nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng.

Tinh thể lỏng được sử dụng trong nhiều loại màn hình điều khiển, cửa chớp quang học và màn hình tivi phẳng.

4. Chất bán dẫn. Tinh thể đóng một vai trò đặc biệt trong thiết bị điện tử hiện đại. Nhiều chất ở trạng thái kết tinh không dẫn điện tốt như kim loại, nhưng chúng cũng không thể được phân loại là chất điện môi, vì Chúng cũng không phải là chất cách nhiệt tốt. Những chất như vậy được phân loại là chất bán dẫn. Đây là phần lớn các chất, tổng khối lượng của chúng bằng 4/5 khối lượng vỏ trái đất: germanium, silicon, selen, v.v., nhiều khoáng chất, các loại oxit, sunfua, Telluride, v.v.

Tính chất đặc trưng nhất của chất bán dẫn là sự phụ thuộc rõ rệt của điện trở suất của chúng dưới tác động của các tác động bên ngoài khác nhau: nhiệt độ, ánh sáng. Hoạt động của các thiết bị như nhiệt điện trở và quang điện trở đều dựa trên hiện tượng này.

Bằng cách kết hợp các chất bán dẫn có độ dẫn điện khác nhau, có thể truyền dòng điện chỉ theo một hướng. Tính chất này được sử dụng rộng rãi trong điốt và bóng bán dẫn.

Kích thước đặc biệt nhỏ của các thiết bị bán dẫn, đôi khi chỉ vài mm, độ bền do đặc tính của chúng thay đổi ít theo thời gian và khả năng dễ dàng thay đổi độ dẫn điện mở ra triển vọng rộng lớn cho việc sử dụng chất bán dẫn ngày nay và trong tương lai. .

5. Chất bán dẫn trong vi điện tử. Mạch tích hợp là tập hợp của một số lượng lớn các thành phần được kết nối với nhau - bóng bán dẫn, điốt, điện trở, tụ điện, dây kết nối, được sản xuất trên một con chip. Khi sản xuất một mạch tích hợp, các lớp tạp chất, chất điện môi và các lớp kim loại được lắng đọng tuần tự trên một tấm bán dẫn (thường là tinh thể silicon). Kết quả là hàng nghìn thiết bị điện siêu nhỏ được hình thành trên một con chip. Kích thước của một vi mạch như vậy thường là 5–5 mm và các thiết bị vi mô riêng lẻ là khoảng 10–6 m.

Gần đây, khả năng tạo ra các vi mạch điện tử trong đó kích thước của các phần tử sẽ tương đương với kích thước của chính các phân tử, tức là, ngày càng bắt đầu được thảo luận. khoảng 10 –9 –10 –10 m. Để làm điều này, một lượng nhỏ nguyên tử hoặc phân tử của các chất khác được phun lên bề mặt đã được làm sạch của một tinh thể niken hoặc silicon bằng kính hiển vi đường hầm. Bề mặt của tinh thể được làm lạnh đến –269 °C để loại bỏ những chuyển động đáng chú ý của các nguyên tử do chuyển động nhiệt. Việc đặt từng nguyên tử vào những vị trí cụ thể sẽ mở ra những khả năng tuyệt vời để tạo ra các kho lưu trữ thông tin ở cấp độ nguyên tử. Đây đã là giới hạn của việc “thu nhỏ”.

6. Vonfram và molypden. Ở trình độ phát triển kỹ thuật hiện nay, tốc độ làm nóng và làm mát của các thiết bị và bộ phận máy móc đã tăng mạnh và phạm vi nhiệt độ mà chúng phải vận hành cũng tăng lên đáng kể. Rất thường xuyên phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, trong môi trường khắc nghiệt. Cũng cần có những máy có thể chịu được số lượng lớn chu kỳ nhiệt độ.

Trong điều kiện vận hành khó khăn như vậy, các bộ phận, toàn bộ cụm máy móc, thiết bị sẽ bị hao mòn rất nhanh, nứt vỡ, phá hủy. Để làm việc ở nhiệt độ cao, các kim loại chịu lửa như molypden và vonfram được sử dụng rộng rãi. Các tinh thể đơn vonfram và molypden thu được bằng cách nấu chảy vùng được sử dụng để sản xuất vòi phun động cơ phản lực và động cơ ramjet, vỏ đầu tên lửa, động cơ ion, tua-bin, nhà máy điện hạt nhân và nhiều thiết bị và cơ chế khác. Vonfram đa tinh thể và molypden được sử dụng để sản xuất cực dương, cực âm, dây tóc trong đèn và lò điện nhiệt độ cao.

7. Thạch anh. Đây là silicon dioxide, một trong những khoáng chất phổ biến nhất trong vỏ trái đất, chủ yếu là cát. Các tinh thể thạch anh tự nhiên có kích thước từ hạt cát đến vài chục cm; có những tinh thể có kích thước lên tới một mét hoặc hơn. Tinh thể thạch anh nguyên chất không màu. Các tạp chất nhỏ bên ngoài gây ra màu sắc đa dạng. Những tinh thể trong suốt không màu là tinh thể đá, những tinh thể màu tím là thạch anh tím và những tinh thể khói là rauchtopaz. Các đặc tính quang học của thạch anh đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi nó trong chế tạo dụng cụ quang học: lăng kính cho máy quang phổ và máy đơn sắc được chế tạo từ nó. Thạch anh, không giống như thủy tinh, truyền bức xạ cực tím tốt, vì vậy các thấu kính đặc biệt dùng trong quang học tia cực tím được chế tạo từ nó.

Thạch anh cũng có tính chất áp điện, tức là có khả năng chuyển đổi ứng suất cơ học thành điện áp. Nhờ đặc tính này, thạch anh được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử - trong các bộ ổn định tần số (bao gồm cả đồng hồ), tất cả các loại bộ lọc, bộ cộng hưởng, v.v. Tinh thể thạch anh được sử dụng để kích thích (và đo lường) những ảnh hưởng cơ học và âm thanh nhỏ.

Nồi nấu kim loại, bình và các vật chứa khác dành cho phòng thí nghiệm hóa học được làm từ thạch anh nung chảy.

4. Các phương pháp tăng cường độ của chất rắn

Khung thép đa tinh thể của các tòa nhà và cầu, đường ray xe lửa, máy công cụ, các bộ phận máy móc và máy bay. Giá trị thực lực và lý thuyết chênh lệch nhau hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Nguyên nhân nằm ở sự hiện diện của các khuyết tật bên trong và bề mặt trong mạng tinh thể.

Để thu được vật liệu có độ bền cao, cần phải phát triển các tinh thể đơn lẻ càng ít khuyết tật càng tốt. Đây là một nhiệm vụ rất khó khăn. Hầu hết các phương pháp gia cố vật liệu hiện đại đều dựa trên một phương pháp khác: các rào cản ngăn cản sự di chuyển của các khuyết tật được tạo ra trong tinh thể. Chúng có thể là sự sai lệch (vi phạm trật tự sắp xếp các nguyên tử trong mạng tinh thể) và các khuyết tật được tạo ra đặc biệt khác.

Ví dụ về sai lệch điểm - vi phạm trật tự sắp xếp các nguyên tử trong tinh thể

Các phương pháp như vậy bao gồm, ví dụ:

– hợp kim thép: bổ sung một lượng nhỏ crom hoặc vonfram vào nóng chảy, và cường độ tăng gấp ba lần;

– kết tinh tốc độ cao: nhiệt được loại bỏ khỏi phôi đông đặc càng nhanh thì kích thước tinh thể càng nhỏ. Đồng thời, các đặc tính vật lý và cơ học được cải thiện. Để nhanh chóng loại bỏ nhiệt, kim loại nóng chảy được phun thành bụi mịn bằng một luồng khí trung tính, sau đó được nén ở áp suất và nhiệt độ cao.

Bài viết được chuẩn bị với sự hỗ trợ của công ty AVERS. Uy tín và chất lượng là phương châm hoạt động của công ty AVERS. Công ty AVERS chuyên thực hiện nhiều công việc về cung cấp nước cho các cơ sở tư nhân và tập thể, do đó mỗi đơn hàng phải được hoàn thành một cách thiện chí. Vào mục: “khoan giếng sâu”, bạn có thể tìm hiểu về các dịch vụ và chương trình khuyến mãi do công ty AVERS cung cấp, đồng thời yêu cầu gọi lại để liên hệ với chuyên gia có thể giải đáp thắc mắc của bạn. Công ty AVERS chỉ tuyển dụng các chuyên gia có trình độ cao và có nhiều kinh nghiệm làm việc với khách hàng.

Việc tăng cường độ bền của các vật thể tinh thể dẫn đến tăng kích thước của các đơn vị khác nhau, giảm khối lượng của chúng, tăng nhiệt độ vận hành và tăng tuổi thọ sử dụng.

5. Hợp nhất

Học sinh được yêu cầu điền vào bảng kiểm tra “Sử dụng tinh thể trong công nghệ”. Cuối bài, do kết quả hoạt động độc lập của học sinh, một tờ báo tốc hành do hai học sinh vẽ trong giờ học được trình chiếu.

Văn học

Sách giáo khoa "Vật lý-10": Ed. A.A. Pinsky. – M: Giáo dục, 2001.

Bách khoa toàn thư vật lý, tập 3: Ed. A.M. Prokhorova. – M: Bách khoa toàn thư Liên Xô, 1990.

Tài nguyên Internet.

Irina Aleksandrovna Dorogovtseva tốt nghiệp Học viện Sư phạm Bang Komsomolsk-on-Amur (1997), giáo viên vật lý loại trình độ cao nhất, 8 năm kinh nghiệm giảng dạy. Tham gia vòng chung kết cuộc thi chuyên môn “Giáo viên của năm 2003”. Con gái năm nay 4 tuổi. Anh ấy quan tâm đến thiết kế máy tính, lập trình và khoa học viễn tưởng.

Trong tự nhiên, các tinh thể đơn lẻ của hầu hết các chất không có vết nứt, tạp chất và các khuyết tật khác là cực kỳ hiếm. Điều này đã dẫn đến nhiều tinh thể được con người gọi là đá quý trong hàng nghìn năm qua. Kim cương, hồng ngọc, saphia, thạch anh tím và các loại đá quý khác từ lâu đã được con người đánh giá cao, chủ yếu không phải vì các tính chất cơ học hay vật lý đặc biệt mà chỉ vì tính hiếm của chúng.

Sự phát triển của khoa học công nghệ đã kéo theo nhiều loại đá quý hay đơn giản là tinh thể hiếm thấy trong tự nhiên đã trở nên rất cần thiết cho việc chế tạo các bộ phận của thiết bị, máy móc, phục vụ nghiên cứu khoa học. Nhu cầu về nhiều loại tinh thể đã tăng lên đến mức không thể đáp ứng được bằng cách mở rộng quy mô sản xuất loại cũ và tìm kiếm các mỏ tự nhiên mới.

Ngoài ra, nhiều ngành công nghệ và đặc biệt là nghiên cứu khoa học ngày càng yêu cầu các tinh thể đơn lẻ có độ tinh khiết hóa học rất cao với cấu trúc tinh thể hoàn hảo. Các tinh thể được tìm thấy trong tự nhiên không đáp ứng được những yêu cầu này vì chúng phát triển trong những điều kiện rất xa lý tưởng.

Vì vậy, nhiệm vụ phát triển là phát triển một công nghệ sản xuất nhân tạo các tinh thể đơn lẻ của nhiều nguyên tố và hợp chất hóa học.

Sự phát triển của một phương pháp chế tạo “đá quý” tương đối đơn giản dẫn đến thực tế là nó không còn giá trị nữa. Điều này được giải thích là do hầu hết các loại đá quý đều là tinh thể của các nguyên tố hóa học và hợp chất phổ biến trong tự nhiên. Như vậy, kim cương là tinh thể carbon, ruby ​​​​và sapphire là tinh thể oxit nhôm có nhiều tạp chất khác nhau.

Hãy xem xét các phương pháp chính để phát triển các tinh thể đơn lẻ. Thoạt nhìn, có vẻ như việc kết tinh từ chất tan chảy rất đơn giản. Nó là đủ để làm nóng chất trên điểm nóng chảy của nó, thu được sự tan chảy và sau đó làm nguội nó. Về nguyên tắc, đây là cách chính xác, nhưng nếu không thực hiện các biện pháp đặc biệt thì tốt nhất bạn sẽ thu được một mẫu đa tinh thể. Và nếu thí nghiệm được thực hiện, ví dụ, với thạch anh, lưu huỳnh, selen, đường, tùy thuộc vào tốc độ làm nguội chất nóng chảy của chúng, có thể đông cứng ở trạng thái tinh thể hoặc vô định hình, thì không có gì đảm bảo rằng một vật thể vô định hình sẽ không có được.

Để phát triển một tinh thể đơn lẻ, làm lạnh chậm là chưa đủ. Trước tiên, cần phải làm nguội một khu vực nhỏ của chất tan chảy và thu được “sự tạo mầm” của tinh thể trong đó, sau đó, làm nguội tuần tự chất tan chảy xung quanh “sự tạo mầm”, cho phép tinh thể phát triển trong toàn bộ thể tích của khối. tan chảy. Quá trình này có thể đạt được bằng cách hạ từ từ chén nung chứa chất tan chảy qua một lỗ trong lò nung ống thẳng đứng. Các hạt tinh thể hình thành ở đáy nồi nấu kim loại, vì lúc đầu nó rơi vào vùng có nhiệt độ thấp hơn, sau đó dần dần phát triển trong toàn bộ thể tích nóng chảy. Đáy của nồi nấu kim loại được làm hẹp đặc biệt, nhọn thành hình nón để chỉ có thể đặt một hạt nhân tinh thể trong đó.

Phương pháp này thường được sử dụng để phát triển các tinh thể kẽm, bạc, nhôm, đồng và các kim loại khác, cũng như natri clorua, kali bromua, lithium florua và các muối khác được sử dụng trong ngành quang học. Trong một ngày bạn có thể trồng được một tinh thể muối đá nặng khoảng một kg.

Nhược điểm của phương pháp được mô tả là các tinh thể bị nhiễm bẩn bởi vật liệu nồi nấu.

Phương pháp không cần nồi nấu để phát triển các tinh thể từ chất tan chảy, được sử dụng để phát triển, chẳng hạn như corundum (hồng ngọc, ngọc bích), không có nhược điểm này. Bột oxit nhôm tốt nhất từ ​​​​các hạt có kích thước 2-100 micron được đổ ra khỏi phễu thành dòng mỏng, đi qua ngọn lửa oxy-hydro, tan chảy và rơi xuống dạng giọt trên một thanh vật liệu chịu lửa. Nhiệt độ của thanh được duy trì thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của oxit nhôm một chút (2030°C). Những giọt oxit nhôm nguội trên đó và tạo thành một lớp vỏ khối corundum thiêu kết. Cơ chế đồng hồ chậm (10-20mm/h ) hạ thanh xuống và một tinh thể corundum chưa cắt dần dần mọc lên trên đó.

Giống như trong tự nhiên, việc thu được tinh thể từ dung dịch có hai phương pháp. Cách thứ nhất bao gồm làm bay hơi từ từ dung môi khỏi dung dịch bão hòa và cách thứ hai là giảm nhiệt độ của dung dịch từ từ. Phương pháp thứ hai thường được sử dụng hơn. Nước, rượu, axit, muối nóng chảy và kim loại được sử dụng làm dung môi. Nhược điểm của các phương pháp nuôi tinh thể từ dung dịch là khả năng tinh thể bị nhiễm các hạt dung môi.

Tinh thể phát triển từ những vùng dung dịch siêu bão hòa ngay lập tức bao quanh nó. Kết quả là dung dịch ở gần tinh thể ít bão hòa hơn so với ở xa tinh thể. Vì dung dịch siêu bão hòa nặng hơn dung dịch bão hòa nên luôn có dòng dung dịch “đã qua sử dụng” hướng lên trên bề mặt của tinh thể đang phát triển. Nếu không khuấy dung dịch như vậy, sự phát triển của tinh thể sẽ nhanh chóng chấm dứt. Do đó, dung dịch thường được khuấy thêm hoặc tinh thể được cố định trên một giá đỡ quay. Điều này cho phép bạn phát triển các tinh thể cao cấp hơn.

Tốc độ tăng trưởng càng thấp thì tinh thể thu được càng tốt. Quy tắc này áp dụng cho tất cả các phương pháp trồng trọt. Có thể dễ dàng thu được tinh thể đường và muối ăn từ dung dịch nước tại nhà. Nhưng thật không may, không phải tất cả các tinh thể đều có thể phát triển dễ dàng như vậy. Ví dụ, việc sản xuất tinh thể thạch anh từ dung dịch xảy ra ở nhiệt độ 400°C và áp suất 1000 atm .

Những ứng dụng của tinh thể trong khoa học công nghệ rất nhiều và đa dạng đến mức khó có thể liệt kê hết. Vì vậy, chúng tôi sẽ giới hạn mình trong một vài ví dụ.

Khoáng chất tự nhiên cứng nhất và hiếm nhất là kim cương. Trong toàn bộ lịch sử nhân loại, chỉ có khoảng 150 tấn kim cương được khai thác, mặc dù ngành khai thác kim cương toàn cầu hiện sử dụng gần một triệu người. Ngày nay, kim cương chủ yếu là đá gia công chứ không phải đá trang trí. Khoảng 80% tổng số kim cương tự nhiên được khai thác và tất cả kim cương nhân tạo đều được sử dụng trong công nghiệp. Vai trò của kim cương trong công nghệ hiện đại lớn đến mức, theo các nhà kinh tế Mỹ, việc ngừng sử dụng kim cương sẽ khiến năng lực công nghiệp của Mỹ giảm đi một nửa.

Khoảng 80% kim cương được sử dụng trong công nghệ được sử dụng để mài các công cụ và dao cắt bằng “hợp kim siêu cứng”. Kim cương đóng vai trò là đá hỗ trợ (vòng bi) trong đồng hồ bấm giờ cao cấp cho tàu biển và trong các công cụ điều hướng có độ chính xác cao khác. Vòng bi kim cương không có dấu hiệu bị mòn ngay cả sau 25.000.000 vòng quay.

Kém hơn một chút so với kim cương về độ cứng, ruby ​​​​cạnh tranh với nó trong nhiều ứng dụng kỹ thuật - corundum quý, oxit nhôm Al 2 O 3 với phụ gia tạo màu của oxit crom. Từ 1 kg hồng ngọc tổng hợp có thể sản xuất ra khoảng 40.000 viên đá đỡ đồng hồ. Thanh Ruby hóa ra là thứ không thể thay thế trong các nhà máy sản xuất vải từ sợi hóa học. Để sản xuất 1m vải sợi nhân tạo cần hàng trăm nghìn mét sợi. Các thanh dẫn chỉ làm bằng thủy tinh cứng nhất sẽ bị mòn trong vài ngày khi sợi nhân tạo được kéo qua chúng, các thanh dẫn chỉ bằng mã não có thể tồn tại đến hai tháng, các thanh dẫn chỉ bằng hồng ngọc hóa ra gần như vĩnh cửu.

Một lĩnh vực mới cho việc sử dụng rộng rãi hồng ngọc trong nghiên cứu khoa học và công nghệ đã mở ra với việc phát minh ra tia laser hồng ngọc - một thiết bị trong đó một thanh hồng ngọc đóng vai trò là nguồn ánh sáng mạnh, phát ra dưới dạng một lớp mỏng. chùm ánh sáng.

Tinh thể đóng một vai trò đặc biệt trong thiết bị điện tử hiện đại. Hầu hết các thiết bị điện tử bán dẫn đều được làm từ tinh thể germanium hoặc silicon.

Công dụng của tinh thể trong khoa học và công nghệ rất nhiều và đa dạng đến mức khó có thể liệt kê hết. Vì vậy, chúng tôi sẽ giới hạn mình trong một vài ví dụ.

Khoáng chất tự nhiên cứng nhất và hiếm nhất là kim cương. Ngày nay, kim cương chủ yếu là đá gia công chứ không phải đá trang trí.

Do độ cứng đặc biệt của nó, kim cương đóng một vai trò rất lớn trong công nghệ. Cưa kim cương được sử dụng để cắt đá. Máy cưa kim cương là một đĩa thép quay lớn (đường kính lên đến 2 mét), trên các cạnh của nó có các vết cắt hoặc khía. Bột kim cương mịn trộn với một số chất kết dính được xoa vào những vết cắt này. Một chiếc đĩa như vậy, quay với tốc độ cao, nhanh chóng cưa bất kỳ viên đá nào.

Kim cương có tầm quan trọng rất lớn khi khoan đá và trong hoạt động khai thác mỏ.

Mũi kim cương được đưa vào các dụng cụ khắc, máy chia độ, thiết bị kiểm tra độ cứng và máy khoan đá và kim loại.

Bột kim cương được dùng để mài và đánh bóng các loại đá cứng, thép cứng, hợp kim cứng và siêu cứng. Bản thân viên kim cương chỉ có thể được cắt, đánh bóng và khắc bằng kim cương. Các bộ phận động cơ quan trọng nhất trong sản xuất ô tô và máy bay được xử lý bằng máy cắt và máy khoan kim cương.

Ruby và sapphire là một trong những loại đá quý đẹp nhất và đắt nhất. Tất cả những viên đá này đều có những phẩm chất khác, khiêm tốn hơn nhưng hữu ích. Ruby đỏ như máu và sapphire xanh là anh em ruột; chúng nhìn chung có cùng một loại khoáng chất - corundum, nhôm oxit. Corundum với tất cả các loại của nó là một trong những loại đá cứng nhất trên Trái đất, cứng nhất sau kim cương. Corundum có thể được sử dụng để khoan, mài, đánh bóng, mài đá và kim loại. Đá mài, đá mài và bột mài được làm từ corundum và đá nhám.

Toàn bộ ngành công nghiệp đồng hồ hoạt động dựa trên hồng ngọc nhân tạo. Trong các nhà máy bán dẫn, các mạch tốt nhất được vẽ bằng kim hồng ngọc.

Trong ngành dệt may và hóa chất, thanh dẫn chỉ ruby ​​​​kéo sợi từ sợi nhân tạo, nylon và nylon.

Cuộc sống mới của ruby ​​​​là tia laser hay như cách gọi trong khoa học, máy phát lượng tử quang học (OQG), một thiết bị tuyệt vời của thời đại chúng ta. Năm 1960, tia laser hồng ngọc đầu tiên được tạo ra. Hóa ra tinh thể hồng ngọc khuếch đại ánh sáng. Tia laser tỏa sáng hơn hàng ngàn mặt trời.

Một chùm tia laser mạnh có sức mạnh rất lớn. Nó dễ dàng đốt cháy tấm kim loại, hàn dây kim loại, đốt cháy ống thép và khoan những lỗ tốt nhất trên hợp kim cứng và kim cương. Laser cũng được sử dụng trong phẫu thuật mắt. Các tinh thể laser mới cũng đã xuất hiện: fluorit, ngọc hồng lựu, gali arsenide, v.v.

Sapphire trong suốt nên các tấm dùng cho dụng cụ quang học được làm từ nó.

Phần lớn tinh thể sapphire được dùng cho ngành công nghiệp bán dẫn.

Đá lửa, thạch anh tím, jasper, opal, chalcedony đều là các loại thạch anh. Những hạt cát nhỏ tạo thành thạch anh. Và loại thạch anh đẹp nhất, tuyệt vời nhất chính là đá pha lê, tức là. tinh thể thạch anh trong suốt. Vì vậy, thấu kính, lăng kính và các bộ phận khác của dụng cụ quang học đều được làm từ thạch anh trong suốt.

Các tính chất điện của thạch anh đặc biệt đáng kinh ngạc. Nếu bạn nén hoặc kéo căng một tinh thể thạch anh, các điện tích sẽ xuất hiện trên các cạnh của nó. Đây là hiệu ứng áp điện trong tinh thể.

Ngày nay, không chỉ thạch anh được sử dụng làm chất áp điện mà còn nhiều chất khác, chủ yếu được tổng hợp nhân tạo.

Tinh thể áp điện được sử dụng rộng rãi để tái tạo, ghi và truyền âm thanh.

Ngoài ra còn có các phương pháp áp điện để đo huyết áp trong mạch máu con người và áp suất của nước ép trong thân và thân cây.

Vật liệu đa tinh thể, Polaroid, cũng đã tìm thấy ứng dụng của nó trong công nghệ.

Polaroid là một màng mỏng trong suốt chứa đầy các tinh thể nhỏ trong suốt hình kim của một chất. Phim Polaroid được sử dụng trong kính phân cực. Polaroid loại bỏ ánh sáng chói của ánh sáng phản chiếu, cho phép tất cả ánh sáng khác đi qua. Chúng không thể thiếu đối với những nhà thám hiểm vùng cực, những người thường xuyên phải nhìn vào sự phản chiếu rực rỡ của tia nắng mặt trời từ cánh đồng tuyết băng giá.

Kính Polaroid sẽ giúp ngăn ngừa va chạm với ô tô đang chạy tới, điều này rất thường xảy ra do đèn của ô tô đang chạy tới làm người lái xe bị mù và không nhìn thấy ô tô này.

Pha lê đóng một vai trò quan trọng trong nhiều đổi mới công nghệ của thế kỷ 20.

Các thiết bị bán dẫn đã cách mạng hóa ngành điện tử, được chế tạo từ các chất tinh thể, chủ yếu là silicon và germani. Điốt bán dẫn được sử dụng trong máy tính và hệ thống thông tin liên lạc, bóng bán dẫn đã thay thế ống chân không trong kỹ thuật vô tuyến và các tấm pin mặt trời đặt trên bề mặt bên ngoài của tàu vũ trụ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức rất đơn giản. Sử dụng mẫu dưới đây

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng kiến ​​thức trong học tập và công việc sẽ rất biết ơn các bạn.

Đăng trên http://www.allbest.ru/

Nghiên cứu

TINH THỂ VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG

Tác giả tác phẩm: Krivosheev Evgeniy

học sinh lớp 7 “B” MBOUSOSH số 1

Zavitinsk, Vùng Amur

Trưởng phòng công việc: Konchenko N.S.

giáo viên vật lý MBOUSOSH số 1

Zavitinsk, Vùng Amur

Zavitinsk

2013

• Giới thiệu
• 1. Pha lê. Tính chất, cấu trúc và hình thức của nó
• 2. Tinh thể lỏng
• 3. Ứng dụng của LCD
• 4. Ứng dụng tinh thể trong khoa học công nghệ
• 5. Phần thực hành
• Phần kết luận
• Thư mục
• Giới thiệu
• Sự liên quan của công việc:
• Vì tinh thể được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ nên rất khó để gọi tên một nhánh sản xuất mà tinh thể không được sử dụng. Vì vậy, việc biết và hiểu rõ tính chất của tinh thể là rất quan trọng đối với mỗi người.
• Mục đích nghiên cứu: Trồng tinh thể từ dung dịch tại nhà, nghiên cứu ứng dụng thực tế của tinh thể trong khoa học và công nghệ.
• Nhiệm vụ:
• 1. Nghiên cứu lý thuyết về tinh thể.
• 2. Nghiên cứu vật liệu nuôi cấy tinh thể ở điều kiện bình thường và điều kiện phòng thí nghiệm.
• 3. Quan sát sự hình thành tinh thể.
• 4.Mô tả các quan sát.
• 5. Nghiên cứu ứng dụng của tinh thể trong đời sống hiện đại.

1. Pha lê. Tính chất, cấu trúc và hình thức của nó

Từ "pha lê" xuất phát từ tiếng Hy Lạp " vỏ giáp xác", tức là" băng ". Chất rắn có các nguyên tử hoặc phân tử tạo thành cấu trúc tuần hoàn có trật tự (mạng tinh thể).

Sự hình thành tinh thể.

Tinh thể được hình thành theo ba cách: từ tan chảy, từ dung dịch và từ hơi nước. Một ví dụ về sự kết tinh từ sự tan chảy là sự hình thành băng từ nước. phòng thí nghiệm phát triển chất lỏng tinh thể

Trong thế giới xung quanh chúng ta, người ta thường có thể quan sát sự hình thành tinh thể trực tiếp từ môi trường khí, từ dung dịch và từ sự tan chảy. Trong một đêm sương giá tĩnh lặng, dưới bầu trời trong xanh, trong ánh sáng rực rỡ của vầng trăng hay ngọn đèn lồng, đôi khi chúng ta thấy những bông sương từ từ rơi xuống lấp lánh những tia lửa. Đây là những tinh thể băng dạng đĩa hình thành ngay cạnh chúng ta từ không khí ẩm và lạnh.

Cấu trúc của chất rắn phụ thuộc vào các điều kiện xảy ra quá trình chuyển từ chất lỏng sang chất rắn. Nếu quá trình chuyển đổi như vậy xảy ra rất nhanh, chẳng hạn như khi chất lỏng nguội đi đột ngột, thì các hạt không có thời gian để sắp xếp theo cấu trúc chính xác và một khối tinh thể mịn sẽ được hình thành. Khi chất lỏng được làm lạnh từ từ, thu được các tinh thể lớn và có hình dạng đều. Trong một số trường hợp, để một chất kết tinh được thì nó phải được giữ ở những nhiệt độ khác nhau. Áp lực bên ngoài cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của tinh thể. Ngoài ra, một phần đáng kể của các tinh thể có vết cắt hoàn hảo trong quá khứ xa xôi đã bị mất nó dưới tác động của nước, gió và ma sát với các chất rắn khác. Do đó, nhiều hạt tròn trong suốt có thể tìm thấy ở cát ven biển là các tinh thể thạch anh đã bị mất cạnh do ma sát với nhau kéo dài.

Cấu trúc tinh thể

Sự đa dạng của các tinh thể về hình dạng là rất lớn.

Tinh thể có thể có từ bốn đến vài trăm mặt. Nhưng đồng thời, chúng có một đặc tính đáng chú ý - bất kể kích thước, hình dạng và số lượng mặt của cùng một tinh thể, tất cả các mặt phẳng đều giao nhau ở những góc nhất định. Các góc giữa các mặt tương ứng luôn bằng nhau. Hình dạng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, tần số, nồng độ và hướng chuyển động của dung dịch. Vì vậy, các tinh thể của cùng một chất có thể có nhiều dạng khác nhau.

Ví dụ, các tinh thể muối đá có thể có hình dạng khối lập phương, hình song song, hình lăng trụ hoặc thân có hình dạng phức tạp hơn, nhưng các mặt của chúng luôn giao nhau ở các góc vuông. Các mặt của thạch anh có hình lục giác không đều, nhưng góc giữa các mặt luôn bằng nhau - 120°.

Định luật về các góc không đổi, được phát hiện vào năm 1669 bởi Dane Nikolai Steno, là định luật quan trọng nhất của khoa học về tinh thể - tinh thể học.

Việc đo góc giữa các mặt của tinh thể có tầm quan trọng thực tế rất lớn, vì từ kết quả của các phép đo này trong nhiều trường hợp, bản chất của khoáng chất có thể được xác định một cách đáng tin cậy.

Thiết bị đơn giản nhất để đo góc tinh thể là máy đo góc ứng dụng.

Các loại tinh thể

Ngoài ra, còn có sự phân biệt giữa đơn tinh thể và đa tinh thể.

Một tinh thể đơn là một khối nguyên khối với một mạng tinh thể duy nhất không bị xáo trộn. Các tinh thể đơn tự nhiên có kích thước lớn là rất hiếm.

Các tinh thể đơn bao gồm thạch anh, kim cương, hồng ngọc và nhiều loại đá quý khác.

Hầu hết các chất rắn kết tinh là đa tinh thể, nghĩa là chúng bao gồm nhiều tinh thể nhỏ, đôi khi chỉ nhìn thấy được dưới độ phóng đại cao.

Tất cả các kim loại đều là đa tinh thể.

2. Tinh thể lỏng

Tinh thể lỏng - đây là trạng thái đặc biệt của vật chất, trung gian giữa trạng thái lỏng và rắn. Trong chất lỏng, các phân tử có thể quay tự do và di chuyển theo bất kỳ hướng nào. Trong tinh thể lỏng có một mức độ nào đó về trật tự hình học trong sự sắp xếp của các phân tử, nhưng cũng được phép tự do chuyển động.

Độ đặc của tinh thể lỏng có thể khác nhau - từ chất lỏng dễ chảy đến dạng sệt. Tinh thể lỏng có đặc tính quang học khác thường, được sử dụng trong công nghệ. Tinh thể lỏng được hình thành từ các phân tử có hình dạng hình học khác nhau. chẳng hạn như màu sắc, độ trong suốt, v.v. Nhiều ứng dụng của tinh thể lỏng đều dựa trên tất cả những điều này.

3. Ứng dụng của LCD

Sự sắp xếp của các phân tử trong tinh thể lỏng thay đổi dưới tác động của các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, điện trường và từ trường; những thay đổi trong cách sắp xếp các phân tử dẫn đến những thay đổi về tính chất quang học, chẳng hạn như màu sắc, độ trong suốt và khả năng quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng truyền qua. Nhiều ứng dụng của tinh thể lỏng đều dựa trên tất cả những điều này. Ví dụ, sự phụ thuộc của màu sắc vào nhiệt độ được sử dụng trong chẩn đoán y tế. Bằng cách áp dụng một số vật liệu tinh thể lỏng nhất định vào cơ thể bệnh nhân, bác sĩ có thể dễ dàng xác định các mô bị bệnh bằng cách thay đổi màu sắc ở những nơi các mô này tạo ra lượng nhiệt tăng lên. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của màu sắc cũng cho phép bạn kiểm soát chất lượng sản phẩm mà không làm hỏng chúng. Nếu một sản phẩm kim loại bị nung nóng, khuyết tật bên trong của nó sẽ làm thay đổi sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt. Những khuyết tật này được xác định bằng sự thay đổi màu sắc của vật liệu tinh thể lỏng được áp dụng trên bề mặt.

Những màng mỏng tinh thể lỏng kẹp giữa kính hoặc tấm nhựa đã được sử dụng rộng rãi làm thiết bị chỉ thị. Tinh thể lỏng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồng hồ đeo tay và máy tính nhỏ. TV màn hình phẳng với màn hình tinh thể lỏng mỏng đang được tạo ra.

4. Ứng dụng tinh thể trong khoa học công nghệ

Ngày nay, tinh thể có ứng dụng rất rộng rãi trong khoa học, công nghệ và y học.

Cưa kim cương được sử dụng để cắt đá. Máy cưa kim cương là một đĩa thép quay lớn (đường kính lên đến 2 mét), trên các cạnh của nó có các vết cắt hoặc khía. Bột kim cương mịn trộn với một số chất kết dính được xoa vào những vết cắt này. Một chiếc đĩa như vậy, quay với tốc độ cao, nhanh chóng cưa bất kỳ viên đá nào.

Kim cương có tầm quan trọng lớn khi khoan đá và trong hoạt động khai thác mỏ. Mũi kim cương được đưa vào các dụng cụ khắc, máy chia độ, thiết bị kiểm tra độ cứng và máy khoan đá và kim loại. Bột kim cương được dùng để mài và đánh bóng các loại đá cứng, thép cứng, hợp kim cứng và siêu cứng. Bản thân viên kim cương chỉ có thể được cắt, đánh bóng và chạm khắc bằng chính viên kim cương đó. Các bộ phận động cơ quan trọng nhất trong sản xuất ô tô và máy bay được xử lý bằng máy cắt và máy khoan kim cương.

Corundum có thể được sử dụng để khoan, mài, đánh bóng, mài đá và kim loại. Đá mài và đá mài, bột mài và bột nhão được làm từ corundum và đá nhám. Trong các nhà máy bán dẫn, các mạch tốt nhất được vẽ bằng kim hồng ngọc.

Garnet cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp mài mòn. Bột mài, bánh mài và vỏ được làm từ ngọc hồng lựu. Đôi khi họ thay thế ruby ​​trong chế tạo nhạc cụ.

Thấu kính, lăng kính và các bộ phận khác của dụng cụ quang học được làm từ thạch anh trong suốt. “Mặt trời trên núi” nhân tạo là một thiết bị được sử dụng rộng rãi trong y học. Khi bật lên, thiết bị này phát ra tia cực tím, những tia này có tác dụng chữa lành. Đèn trong thiết bị này được làm bằng thủy tinh thạch anh. Đèn thạch anh không chỉ được sử dụng trong y học mà còn được sử dụng trong hóa học hữu cơ, khoáng vật học, giúp phân biệt tem, tiền giả và tiền thật. Tinh thể đá tinh khiết, không có khuyết tật được sử dụng trong sản xuất lăng kính, máy quang phổ và tấm phân cực.

Fluorite được sử dụng để chế tạo thấu kính cho kính thiên văn và kính hiển vi, chế tạo lăng kính quang phổ và trong các dụng cụ quang học khác.

5. Phần thực hành

Phát triển tinh thể đồng sunfat.

Đồng sunfat là đồng sunfat pentahydrat, vì các tinh thể lớn giống như thủy tinh màu xanh lam. Đồng sunfat được sử dụng trong nông nghiệp để kiểm soát sâu bệnh và bệnh cây, trong công nghiệp sản xuất sợi nhân tạo, thuốc nhuộm hữu cơ, sơn khoáng và hóa chất asen.

Phương pháp trồng tại nhà:

1) Đầu tiên, chuẩn bị dung dịch vitriol đậm đặc. Sau đó, đun nóng nhẹ hỗn hợp để đảm bảo muối hòa tan hoàn toàn. Để làm điều này, hãy đặt ly vào chảo có nước ấm.

2) Đổ dung dịch đậm đặc thu được vào lọ hoặc cốc thủy tinh; Chúng tôi cũng sẽ treo một “hạt giống” tinh thể trên một sợi chỉ - một tinh thể nhỏ của cùng một loại muối - để nó chìm trong dung dịch. Chính trên “hạt giống” này mà triển lãm bộ sưu tập pha lê của bạn trong tương lai sẽ phát triển.

3) Đặt thùng chứa dung dịch đã mở ở nơi ấm áp. Khi tinh thể phát triển đủ lớn, lấy nó ra khỏi dung dịch, lau khô bằng vải mềm hoặc khăn giấy, cắt chỉ và phủ các cạnh của tinh thể bằng vecni không màu để bảo vệ nó khỏi “phong hóa” trong không khí.

Quan sát quá trình phát triển của tinh thể đồng sunfat.

Để bắt đầu, chúng tôi đổ dung dịch đồng sunfat vào cốc thủy tinh và buộc hạt vào một sợi chỉ. Và họ thả viên pha lê vào ly. Ngay ngày hôm sau chúng tôi đã có một đa tinh thể khá lớn, dài khoảng 2 cm. Bản thân tinh thể rất không đồng đều, có các cột nhỏ. Sự kết tinh không còn tiếp tục nữa, bất kể chúng tôi đã đợi bao lâu.

Nhưng chúng tôi không dừng lại ở đó và tạo thêm hai tinh thể đồng sunfat. Chúng tôi chỉ lấy hạt giống từ cột tinh thể bị hỏng. Trong một dung dịch, nhiệt độ liên tục thay đổi, trong khi ở ly kia nhiệt độ không đổi. Sau một vài ngày, chúng tôi thu được hai tinh thể đồng sunfat hoàn chỉnh. Hóa ra chúng có các cạnh nhẵn, đối xứng hoàn toàn. Vì vậy tôi nhận ra rằng để tạo ra một tinh thể mịn thì hạt giống cũng phải mịn và cân đối.

Quan sát quá trình phát triển tinh thể trong dung dịch muối dưới kính hiển vi.

Việc kiểm tra các tinh thể dưới kính hiển vi là một điều rất thú vị, vì tinh thể càng “trẻ” thì hình dạng của nó càng đều đặn. Nghiên cứu tinh thể dưới kính hiển vi không tốn nhiều thời gian và nguồn lực: chỉ cần vài gam muối để chuẩn bị dung dịch và không mất nhiều thời gian để tinh thể phát triển.

Nhỏ một vài giọt dung dịch bão hòa gồm nhiều loại muối khác nhau lên một phiến kính hiển vi. Tấm kính được làm nóng nhẹ bằng đèn cồn và đặt lên bệ kính hiển vi. Bằng cách di chuyển slide và điều chỉnh độ phóng đại, chúng tôi đã đạt được vị trí sao cho giọt nước chiếm toàn bộ trường nhìn của kính hiển vi. Sau một khoảng thời gian ngắn (khoảng 1 phút), sự kết tinh bắt đầu ở rìa giọt nước, nơi nó khô nhanh hơn. Các tinh thể nhỏ thu được tạo thành một lớp vỏ mờ đục liên tục ở rìa của giọt nước, có vẻ tối trong ánh sáng truyền qua. Dần dần, từ khối tinh thể này, các đầu riêng lẻ của từng tinh thể bắt đầu nổi lên, hướng vào giọt nước, phát triển và tạo thành nhiều hình dạng khác nhau. Thông thường, các trung tâm kết tinh mới trong không gian trống bên trong giọt nước, theo quy luật, không tự phát sinh. Sau một thời gian, toàn bộ tầm nhìn chứa đầy tinh thể và quá trình kết tinh gần như hoàn tất.

Phần kết luận

Vì vậy, pha lê là một trong những sáng tạo đẹp nhất và bí ẩn nhất của thiên nhiên. Chúng ta sống trong một thế giới bao gồm các tinh thể, chúng ta xây dựng, xử lý, ăn chúng, chữa lành bằng chúng... Khoa học về tinh thể học đề cập đến việc nghiên cứu sự đa dạng của các tinh thể. Cô kiểm tra toàn diện các chất kết tinh, nghiên cứu tính chất và cấu trúc của chúng. Vào thời cổ đại, pha lê được coi là hiếm. Quả thực, sự hiện diện của các tinh thể đồng nhất lớn trong tự nhiên là một hiện tượng hiếm gặp. Tuy nhiên, các chất kết tinh mịn là khá phổ biến. Ví dụ, hầu hết tất cả các loại đá: đá granit, đá sa thạch, đá vôi đều có dạng tinh thể. Thậm chí một số bộ phận của cơ thể là tinh thể, chẳng hạn như giác mạc của mắt, vitamin và vỏ bọc dây thần kinh. Con đường dài tìm kiếm và khám phá, từ việc đo hình dạng bên ngoài của tinh thể cho đến sự tinh tế trong cấu trúc nguyên tử của chúng, vẫn chưa được hoàn thành. Nhưng hiện nay các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu khá kỹ cấu trúc của nó và đang học cách kiểm soát các đặc tính của tinh thể.

Qua kết quả công việc đã thực hiện, tôi có thể rút ra những kết luận sau:

1. Tinh thể là trạng thái rắn của vật chất. Nó có một hình dạng nhất định và một số cạnh nhất định.

2. Pha lê có nhiều màu sắc khác nhau, nhưng hầu hết đều trong suốt.

3. Pha lê không phải là đồ hiếm trong bảo tàng. Pha lê bao quanh chúng ta ở khắp mọi nơi. Chất rắn mà chúng ta dùng để xây nhà và chế tạo máy móc, những chất mà chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày - hầu hết đều thuộc về tinh thể. Cát và đá granit, muối ăn và đường, kim cương và ngọc lục bảo, đồng và sắt - tất cả đều là những vật thể kết tinh.

4. Thứ có giá trị nhất trong số các tinh thể là đá quý.

5. Tôi đã trồng một tinh thể ở nhà từ dung dịch đồng sunfat bão hòa.

Như vậy, những mục đích và mục tiêu mà tôi vạch ra khi bắt đầu công việc của mình đã đạt được. Nhờ công việc này, tôi đã tìm thấy bằng thực nghiệm bằng chứng cho giả định của nhà tinh thể học người Anh Frank về sự phát triển từng bước của tinh thể.

Công việc được thực hiện rất thú vị và thú vị. Tôi cũng muốn tạo ra tinh thể từ các chất khác, vì có rất nhiều chất như vậy xung quanh chúng ta...

Đăng trên Allbest.ru

...

Tài liệu tương tự

Tinh thể rắn: cấu trúc, sự phát triển, tính chất. “Sự hiện diện của trật tự” trong định hướng không gian của các phân tử như một đặc tính của tinh thể lỏng. Ánh sáng phân cực tuyến tính. Tinh thể Nematic, smectic và cholesteric. Khái niệm chung về sắt điện.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 17/11/2012


Ví dụ về việc sử dụng các tinh thể đơn. Bảy hệ tinh thể: ba nghiêng, đơn tà, hình thoi, tứ giác, hình thoi, lục giác và lập phương. Hình dạng tinh thể đơn giản. Thu được dung dịch siêu bão hòa và phát triển tinh thể.

trình bày, thêm vào ngày 09/04/2012


Lịch sử phát hiện ra tinh thể lỏng, đặc điểm cấu trúc, cấu trúc phân tử của chúng. Phân loại và các loại tinh thể lỏng, tính chất của chúng, đánh giá ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng thực tế. Các phương pháp điều khiển tinh thể lỏng.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 08/05/2012


Đặc điểm chung của hiện tượng bề mặt trong tinh thể lỏng. Xem xét các tính năng đặc biệt của tinh thể lỏng smectic và mức độ sắp xếp khác nhau của chúng. Nghiên cứu tính dị hướng của các tính chất vật lý của kỳ giữa, mức độ trật tự.

tóm tắt, được thêm vào ngày 10/10/2015


Trạng thái tinh thể lỏng (mesomorphic) của vật chất. Hình thành một giai đoạn mới. Các loại tinh thể lỏng: smmatic, nematic và cholesteric. Tinh thể lỏng hướng nhiệt và lyotropic. Công trình của D. Forlander góp phần tổng hợp các hợp chất.

trình bày, thêm vào ngày 27/12/2010


Lịch sử phát hiện tinh thể lỏng. Phân loại, cấu trúc và cấu trúc phân tử của chúng. Tinh thể lỏng hướng nhiệt: loại smectic, nematic và cholesteric. Tinh thể lỏng lyotropic. Tính bất đẳng hướng của tính chất vật lý. Cách kiểm soát tinh thể lỏng.

tóm tắt, được thêm vào ngày 27/05/2010


Khái niệm về cấu trúc của vật chất và các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hình thành của nó. Đặc điểm chính của các chất vô định hình và kết tinh, các loại mạng tinh thể. Ảnh hưởng của loại liên kết đến cấu trúc và tính chất của tinh thể. Bản chất của đẳng cấu và đa hình.

kiểm tra, thêm vào 26/10/2010


Tính chất vật lý và hóa lý của ferrite. Cấu trúc của Spinel thường và Spinel ngược. Tổng quan về phương pháp thiêu kết và ép nóng. Tinh thể từ tính có cấu trúc lục giác. Ứng dụng ferrite trong điện tử vô tuyến và công nghệ máy tính.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 12/12/2016


Epitaxy là sự phát triển có định hướng của một tinh thể trên bề mặt của một tinh thể khác (chất nền). Nghiên cứu các dạng tinh thể NaCl hình thành trong quá trình thăng hoa từ dung dịch nước; sự tương ứng về cấu trúc của các cặp epiticular dọc theo các mặt bồi tụ và các hàng riêng lẻ.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 04/04/2011


Nghiên cứu khái niệm, loại hình và phương pháp hình thành tinh thể - chất rắn trong đó các nguyên tử được sắp xếp đều đặn, tạo thành sự sắp xếp không gian tuần hoàn ba chiều - mạng tinh thể. Sự hình thành tinh thể từ sự tan chảy, dung dịch, hơi nước.