Кристаллы в природе

 Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

Тепловые и механические свойства твёрдых тел

I. Симметрия кристаллов

1.1Как растут кристаллы 5

1.2Идеальная форма кристаллов 7

1.3Закон постоянства углов 7

1.4О симметрии 8

1.5Симметрия кристаллов 9

1.6Пространственная решётка 10

1.7Экспериментальное исследование строение кристаллов 11

II. Силы взаимодействия и строение кристаллов

2.1Природа сил связи в кристаллах 16

2.2Структура кристаллов 17

2.3 Структура атомных кристаллов 18

2.4 Полиморфизм 19

2.5 Энергия связи молекул в кристалле 19

2.6 Поверхностная энергия кристалл 21

III. Тепловые свойства твёрдых тел 23

IV. Механические свойства твёрдых тел

4.1 Деформация и механические свойства материалов 29

4.3 Теоретическая оценка характеристик механических свойств

 твёрдого тела и сравнение её с результатами эксперимента 30

4.4 Точечные дефекты и причины их образования 31

4.5 Линейные дефекты (дислокации) 32

4.6 Экспериментальные методы изучения дефектов кристаллов 33

4.7 Влияние дислокаций и других дефектов на механические свойства материалов и на процесс деформирования 34

4.8 Повышения прочности материалов 36

Электрические и магнитные свойства твёрдых тел

V. Электрические свойства твёрдых тел

5.1Классическая электронная теория электропроводности металлов 36

5.2 Диэлектрики 37

5.3 Квантование энергии электронов в атоме 39

5.4 Элементы зонной теории кристаллов 41

5.5 Распределение электронов по энергиям в твёрдом теле 42

5.6 Электропроводность твёрдых тел на основе зонной теории 44

5.7 Электропроводность полупроводников 45

5.8 Контактные явления 47

5.9 Термоэлектрические явления 49

5.10 Зависимость сопротивления контакта от внешнего напряжения 51

5.11p-n-p-переход. Транзисторы 54

VI. Магнитные свойства веществ

6.1 Элементарные носители магнетизма 56

6.2 Орбитальный и спиновый магнитные моменты электрона 57

6.3 Классификация тел по магнитным свойствам 58

6.4 Диамагнетики. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электронов 59

6.5 Парамагнетизм 60

6.6 Ферромагнетизм. Элементарные носители ферромагнетизма 61

6.7 Ферромагнетизм и кристаллическая решётка. Доменная структура ферромагнетиков 62

6.8 Антиферромагнетизм и ферримагнетизм (ферриты) 63

VII Жидкие кристаллы

7.1Нематическая жидкость 65

7.2 Холестерическая жидкость 68

7.3 Жидкие кристаллы-растворы 70

7.4 Смектическая жидкость 72

7.5 Эффект Фледерикса 73

7.6 Избирательное отражение света холестериком 77

7.7 Оптические свойства 78

VII Кристаллы в жизни 79

VIII Экспериментальная часть 81

Литература 83

 ВВЕДЕНИЕ

Одним из современных основных твердых конструкционных материалов является сталь. Много ли стали потребляет в год один человек? Если посмотреть вокруг себя, то сначала может показаться, что не так уж и много: вилка и нож , гвозди и шурупы, дверные ручки и замки. Но для полной оценки потребления необходимо вспомнить о велосипедах и автомашинах, о трубах водопровода и газопровода, рельс железных дорог и вагонах, станках на фабриках и заводах, о линиях электропередач и о многом - многом другом. Общая цифра, определяющая потребление стали в нашей стране на одного человека, оказывается довольно внушительной - примерно 0,5 т. в год. При таком уровне потребления человек за 70 лет жизни использует около 35 т. стали. Это количество стали примерно в 500 раз превышает массу самого человека!

Кристаллы возникают, как продукты жизнедеятельности организмов. В морской воде растворены различные соли. Многие морские животные строят свои раковины и скелеты из кристаллов углекислого кальция - арагонита. Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно, и понятие «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими. Кристаллы и живой организм представляют собой примеры осуществления крайних возможностей в природе. В кристалле неизменными остаются не только атомы и молекулы, но также их взаимное расположение в пространстве. В живом организме не только не существуют сколько-нибудь постоянной структуры в расположении атомов и молекул, но ни на одно мгновение не остаётся неизменным его химический состав. В процессе жизнедеятельности организма одни химические соединения разлагаются на более простые, другие сложные соединения синтезируются из простых. Но при всех химических процессах, протекающих в живом организме, этот организм остаётся самим собой в течение десятков лет! Более того, потомки каждого живого организма являются удивительно близкой его копией! Следовательно, в клетках любого живого или растения что-то постоянное, неизменное, способное управлять химическими процессами, протекающими в них.

Такими носителями «программы» процессов, протекающих в живой клетке, оказались молекулы дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В клетках человеческого организма одна такая молекула имеет несколько сантиметров. Молекулы укладываются внутри клеток. Молекулы ДНК также несут в себе полную информацию о строении и развитии всего живого организма из одной только клетки. Диаметр ДНК 2*10^-9 м. Такие молекулы с точки зрения физики рассматриваются как особый вид твёрдого тела - одномерные апериодические кристаллы. Следовательно, кристалл - это не только символ неживой природы. Но и основа жизни на Земле.

 Структура жидких кристаллов - растворов имеет огромное значение для жизнедеятельности организма, например для циркуляции крови, переноса ею кислорода, функционирование клеток мозга, для работы разнообразных клеточных мембран. Дефекты структур мембраны приводят к заболеванию организма. Образование холестерических и тем более жидких смектических кристаллов в крови вызывает сердечно-сосудистые заболевание. При неблагоприятной концентрации различных компонентов в желчи образуются сначала не полностью твёрдые кристаллы, а затем и «камни».

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.

Одно из новых научно – технических направлений, сформировавшихся на наших глазах, - космическое материаловедение: получение новых веществ и материалов и улучшение их веществ в невесомости.

Наибольший интерес с точки зрения рентабельности производства в космосе представляют те вещества и материалы, к которым предъявляются повышенные требования в отношении их структурного совершенства и однородности.

Особое место среди них занимают монокристаллы полупроводников, получаемые обычно в наземных условиях кристаллизацией из расплавов в специальных высокотемпературных печах, после переплавка этих кристаллов осуществляется в условиях космоса.

Учеными обсуждалась ситуация кристаллизация звезд называемых белыми карликами. Теория эволюции звезд предсказывает, что когда белый карлик был молодым, в его недрах шли ядерные реакции, и он был довольно – таки горячим. После того как ядерные реакции кончились, температура в звезде могла быть еще около 10⁷ К, при достаточно высоких температурах карлик мог и не быть кристаллическим. По мере его остывания должна пройти кристаллизация. В кристаллизующейся звезде внутренние области все время остаются горячее наружных, поэтому кристаллическая структура – «корка» - возникает сначала именно снаружи, а уже потом «прорастает» в глубь карлика. При кристаллизации выделяется энергия.

Тепловые и механические свойства твёрдых тел

 I. Симметрия кристаллов

Похожие работы

Кристаллы и их свойства

Скачать

75802

1

1

... и турмалина. Из многочисленных кристаллографических модификаций кварца в качестве пьезо-электрика используется чаще всего низкотемпературный а-кварц, устойчивый до температуры 573°С. Пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства кристаллов используются в технике уже много лет. Одно из применений пьезо-электриков известно буквально каждому. Это звукосниматели в наших проигрывателях, которые ...

Твердые кристаллы

Скачать

61410

3

0

... , только если, например, нагреть кристалл так, чтобы он начал плавится. Порядок, закономерность, периодичность, симметрия расположения атомов - вот что характерно для кристаллов. Во всех кристаллах, во все твердых веществах частицы расположены правильным, четким строем, выстроены симметричным, правильным повторяющимся узором. Пока есть этот порядок существует твердое тело, кристалл. Нарушен ...

Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов

Скачать

13652

0

0

... температурные колебания, либо с повышением концентрации вещества в растворе или газе, что приводит к увеличению вероятности встречи частиц друг с другом, то есть к возникновению зародышей. Таким образом, рост кристаллов можно рассматривать как процесс, посредством которого мельчайшие кристаллические частицы – зародыши – достигают макроскопических размеров. Причем кристаллизация протекает не во ...

Оптическая спектроскопия кристаллов галита с природной синей окраской

Скачать

70444

0

0

... из этого можно заключить, что факт наличия коллоидных выделений в синей соли и их размеры, полученные методом оптической спектроскопии, подтверждены прямым наблюдением поверхности сколов в атомно-силовом микроскопе. Таким образом в результате изучения оптического поглощения галитов можно сделать следующие выводы. В бесцветных образцах какие-либо центры окраски отсутствуют. В синих окрашенных ...