Презентация "Удивительныц мир кристаллов"

Удивительный мир кристаллов

Удивительный мир кристаллов

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

I. Симметрия кристаллов

1.1Как растут кристаллы

1.2Идеальная форма кристаллов

1.3Закон постоянства углов

1.4О симметрии

1.5Симметрия кристаллов

1.6Пространственная решётка

1.7Экспериментальное исследование строение кристаллов

II. Силы взаимодействия и строение кристаллов

III. Тепловые свойства твёрдых тел

IV. Механические свойства твёрдых тел

V Кристаллы в жизни

VI Экспериментальная часть

ВВЕДЕНИЕ

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

Симметрия кристаллов

Как растут кристаллы

Крупные одиночные кристаллы, имеющие свою правильную форму, в природе встречаются очень редко. Но такой кристалл можно вырастить в искусственных условиях.

Кристаллизация может происходить из раствора, расплава, а также из газообразного состояния вещества.

Рассмотрим кристаллизацию из раствора.

В данном объёме той или иной жидкости при постоянной температуре и давлении может раствориться не больше определённого количества того или иного кристаллического вещества. Полученный при этом раствор называют насыщенным.

Кристалл, помещённый в насыщенный раствор, не будет ни расти, ни растворяться в нём. Если повысить температуру жидкости, то растворимость её повышается, поэтому имеющееся количество растворённого вещества

уже не будет насыщать раствор. Кристалл,

помещённый в ненасыщенный раствор, начнёт

в нём растворяться. Если насыщенный

раствор охладить, он станет

пересыщенным. Пересыщенные растворы

могут сохраняться в замкнутых сосудах

долгое время, не кристаллизуясь. Однако

достаточно попасть в раствормалейшей

частицы кристалла, как раствор

немедленно начнёт кристаллизоваться.

Таким образом, пересыщение раствора

является необходимым, но достаточным

условием для кристаллизации. Чтобы

кристаллизация началась, нужно внести в

раствор затравку - небольшой кристалл

растворённого вещества.

Из раствора кристалл выращивают обычно таким образом. Вначале в воде растворяют достаточное количество кристаллического вещества. При этом раствор подогревают до тех пор, пока вещество полностью не растворится. Затем раствор медленно охлаждают, переводя его тем самым в пересыщенное состояние. В пересыщенный раствор подмешивают затравку.

Если, в течение всего времени кристаллизации, поддерживать температуру и плотность раствора одинаковыми во всём объёме, то в процессе роста кристалл примет правильную форму.

Идеальная форма кристаллов

Форму, которую принимает монокристалл тогда, когда при его росте

устранены все случайные факторы, называют идеальной.

Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен

плоскими гранями, прямыми рёбрами и обладает симметрией. Как и всякий

многогранник, кристалл имеет некоторое число граней р, рёбер r, вершин е,

причём эти числа связаны между собой соотношением р+е=r+2. В форме

правильных многогранников кристаллизуется сравнительно небольшое число

кристаллов. В форме куба кристаллизуется поваренная соль, сернистый цинк, в

форме октаэдров – алмаз, в форме ромбического додекаэдра – гранат.

Закон постоянства углов

Закон постоянства углов - основной закон кристаллографии

Кристаллы одного и того же вещества могут иметь весьма разнообразную

форму. Форма кристалла, как указывалось выше, зависит от условия

кристаллизации. Цвет не является характерным признаком кристаллов данного

вещества, но он очень сильно зависит от примесей. Однако кристаллографы

установили:

В кристаллах одного вещества углы между соответственными гранями

всегда одинаковы

Симметрия кристаллов

Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению известного русского кристаллографа Е.С.Федерова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией».

В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии.

Рассмотрим симметрию некоторых кристаллических форм. Кристаллы в форме куба (NaCl, KCl и др.) имеют девять плоскостей симметрии, три из которых проходят параллельно граням куба, а шесть по диагоналям.

Кроме того, куб имеет три оси симметрии 4-ого порядка, четыре оси 3-его порядка и шесть осей 2-го порядка

Кроме того, он имеет центр симметрии. Всего в кубе 1+9+3+4+6=23 элемента симметрии. У кристаллов

медного купороса имеется лишь центр симметрии,

других элементов у них нет.

В 1867г. впервые со всей очевидностью русский инженер и кристаллограф А.В. Гадолин доказал, что кристаллы могут обладать лишь 32 видами симметрии.

Пространственная решётка

Симметрия, закон постоянства углов и ряд других свойств кристаллов привели кристаллографов к догадке о закономерном расположении частиц, составляющих кристалл. Они стали представлять, что частицы

в кристалле

расположены так, что центры тяжести их образуют

правильную пространственную

решётку. Например, кристалл поваренной соли NaCl

состоит из совокупности

большого числа ионов Na+ и Cl- , определённым

обзором расположенных друг

относительно друга. Если изобразить каждый из

ионов точкой и соединить их

между собой, то можно получить геометрический образ,

рисующий внутреннюю

структуру идеального кристалла поверенной соли, его пространственную

решётку (рис.5). Пространственные решётки различных кристаллов различны.

Понятие о пространственной решётке кристалла оказалось очень плодотворным, оно позволило объяснить ряд свойств кристалла.

Например, что кристалл, имеющий идеальную форму, ограничен плоскими гранями и прямыми рёбрами.

Этот факт можно объяснить тем, что плоскости и рёбра идеального кристалла всегда проходят через узлы пространственной решётки.

Пространственная решётка позволяет объяснить и основной закон кристаллографии - закон постоянства углов.

Пространственные решётки различных кристаллов различны .

Понятие о пространственной решётке кристалла оказалось очень плодотворным, оно позволило объяснить ряд свойств кристалла.

Например, что кристалл, имеющий идеальную форму, ограничен плоскими гранями и прямыми рёбрами.

Этот факт можно объяснить тем, что плоскости и рёбра идеального кристалла всегда проходят через узлы пространственной решётки.

Пространственная решётка позволяет объяснить и основной закон кристаллографии - закон постоянства углов.

Экспериментальные исследования строения кристаллов

С древнейших времён кристаллы поражали человеческое воображение своим

исключительным геометрическим совершенством. Наши предки видели в них

творения ангелов или подземных духов. Первой попыткой научного объяснения

формы кристаллов считается произведение Иоганна Кеплера «О шестиугольных

снежинках» (1611). Кеплер высказывал предположение, что форма снежинок

(кристалликов льда) есть следствие особых расположений составляющих их

частиц. Спустя три века было окончательно установлено, что специфические

особенности кристаллов связаны с особыми расположениями атомов в

пространстве, которые аналогичны узорам в калейдоскопах. Все различные

законы таких расположений были выведены в 1891 году нашим соотечественником

Е.С.Федеровым (1853-1919). Правильные формы кристаллических многогранников

легко объясняются в рамках этих законов.

Силы взаимодействия и строение кристаллов

По характеру сил, которые

действуют между частицами, находящимися в узлах решётки кристалла,

различают четыре типичные кристаллические структуры: ионную, атомную,

молекулярную и металлическую.

графит

алмаз

фосфор

Механические свойства твёрдых тел

Атомы и молекулы твёрдых тел находятся в равновесных положениях, в

которых результирующая сила равна нулю. При сближении атомов преобладает

сила отталкивание, а при их удалении от положения равновесия- сила

притяжения. Это обусловливает механическую прочность твердых тел, т.е. их

способность противодействовать изменению формы и объёма. Растяжению тел

препятствуют силы межатомного притяжения, а сжатия- силы отталкивания.

Среди деформаций, возникающих в твердых телах, различают пять

основных видов: растяжения, сжатие, сдвиг, кручение и изгиба, а также

деформации бывают упругими и пластическими.

Кристаллы в жизни

1. Применяются для изготовления призм и линз оптических приборов

2. Один из способов контроля ответственных деталей механизмов и машин – ультразвуковая дефектоскопия

3. Кристаллические вещества, обладающие уникальными

свойствами, например, способностью к самопроизвольной электрической поляризации

4. Лазерная технология. В 1955 году Басов, Прохоров, Таунсон (США)

создают генератор квантов электромагнитного излучения (мазер)

сантиметрового диапазона. А в 1960г. Мейманом запущен первый генератор оптического диапазона. Важнейшую роль в получении лазерного луча играл кристалл рубина (Al2O3) с добавкой хрома

ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Кристаллы из соли

Кристаллы

из

медного

купороса