Кристал – тверде тіло з упорядкованою внутрішньою будовою. Типи кристалічних ґраток. Зв’язки в кристалах, природа утворення металічного, водневого типів зв’язків. Дефекти кристалічної структури: крайова і гвинтова дислокації, точкові порушення будови.
Аннотация к работе
У залежності від складу, температури, тиску речовина може бути в газоподібному, рідкому або твердому стані. Завдання фізики - зрозуміти першопричину всього цього різноманіття навколишнього нас світу, пояснити спостережувані феноменологічні закономірності і вміти передбачати властивості нових речовин і сполук. При першому знайомстві з кристалами, перш за все, впадає в очі їх правильна багатогранна форма. Кристал - тверде тіло з упорядкованою внутрішньою будовою, що має вигляд багатогранника з природними плоскими гранями: впорядкованість будови полягає у певній повторюваності у просторі елементів кристала, що зумовлює виникнення так званої кристалічної ґратки. Сучасні експериментальні методи за допомогою тунельного електронного мікроскопу дають можливість «безпосередньо побачити» розташування атомів кристала в просторі.Найменша комірка кристалічної ґратки, зсувом якої можна відтворити весь кристал, називається примітивною коміркою. Найменша комірка, яка зберігає усі елементи симетрії кристалу, називається елементарною коміркою. Навіть у випадку кристалу із одним сортом атомів елементарна комірка містить кілька атомів. Наприклад, кристал заліза має кубічну обємноцентровану ґратку із 2 атомами в елементарній комірці. Якщо вузли кристалічної ґратки розташовані тільки у вершинах паралелепіпеда, який представляє собою елементарну комірку, то така ґратка називається примітивною або простою.Класифікація кристалів за кристалічними системами дає представлення про геометричні характеристики кристала, але не зачіпає питання про природу сил, що утримують атоми (молекули чи іони) в визначених місцях один відносно одного - у вузлах кристалічної ґратки. Ковалентний хімічний звязок виникає між двома атомами за рахунок утворення загальної пари валентних електронів по одному від кожного атома. Це означає, що такий звязок має спрямований характер і під впливом гомеополярного звязку атоми не тільки встановлюються на певних відстанях один від одного, але і утворюють певні просторові конфігурації. Виникає природне запитання: чому багато атомів легко приєднують електрон і стають електронегативними іонами (як, наприклад, хлор)? Наприклад, кристали хлористого натрію мають структуру гранецентрованої кубічної ґратки внаслідок того, що розмір іона хлору (1,81 A) майже вдвічі перевищує розмір іона натрію (0,98 A); при такому співвідношенні іонних радіусів в центрі кубічної комірки хлористого натрію вільний простір виявляється недостатнім для розміщення ще одного іона і утворення обємноцентрованої комірки.В принципі атоми, складові даних дефектів кристалу, могли б перебудуватися і створити енергетично більш вигідну конфігурацію. Тому дефектні кристали існують, і тільки спеціально прийняті заходи дозволяють створити бездефектні або майже бездефектні кристала. Практично всі кристали мають до того ж мозаїчну структуру, вони побудовані з невеликих блоків - «правильних» кристалітів, розташованих лише приблизно паралельно один одному. Дефекти кристалічної структури можуть бути не тільки точковими, але і просторовими, і в таких випадках кажуть, що в кристалі утворилися дислокації (слово «дислокація» означає в перекладі «зсув»). Крайова дислокація виникає тоді, коли одна з атомних площин обривається усередині кристала, як це показано на рис.В рефераті розглянуто кристалічні структури твердих тіл. Дано визначення терміну кристалічна ґратка - геометрично правильне розміщення атомів (іонів, молекул), властиве речовині, що перебуває в кристалічному стані. Показано, що всі кристалічні ґратки поділяються на сім кристалічних систем: триклінна; моноклінна; ромбічна; гексагональна; тригональна; тетрагональна; кубічна. Крім того кожна кристалічна система може існувати у вигляді примітивних (простих), базоцентрованих, обємноцентрованих і гранецентрованих ґраток. Знаючи тип звязку в кристалічні ґратці між компонентами можна описати властивості кристалів, а в деяких випадках і передбачити властивості ще не вирощених кристалів.
План
ЗМІСТ
Вступ
1.Типи кристалічних ґраток
2. Типи звязків в кристалах
3. Дефекти кристалів
Висновки
Resumee
Список використаних німецькомовних джерел
Словник термінів
Вывод
1. В рефераті розглянуто кристалічні структури твердих тіл. Дано визначення терміну кристалічна ґратка - геометрично правильне розміщення атомів (іонів, молекул), властиве речовині, що перебуває в кристалічному стані. Показано, що всі кристалічні ґратки поділяються на сім кристалічних систем: триклінна; моноклінна; ромбічна; гексагональна; тригональна; тетрагональна; кубічна. Крім того кожна кристалічна система може існувати у вигляді примітивних (простих), базоцентрованих, обємноцентрованих і гранецентрованих ґраток.
2. Розглянуто типи звязків в кристалічних тілах. Проведено класифікацію кристалів залежно від фізичної природи сил, що діють між частинками кристала. У такому випадку отримуємо чотири типи кристалів (і кристалічних ґраток): іонні, атомні, металічні і молекулярні. Знаючи тип звязку в кристалічні ґратці між компонентами можна описати властивості кристалів, а в деяких випадках і передбачити властивості ще не вирощених кристалів.
3. Зроблено опис найбільш імовірних типів дефектів кристалічної структури. Зроблено побіл всіх дефектів на точкові і просторові. До точкових дефектів віднесено вакансії, між вузлові атоми та чужі атоми в вузлах. Серед просторових дефектів виділено крайові та гвинтові (спіральні) дислокації.
RESUMEE
Je nach der raumlichen Symmetrie werden alle Kristallgitter in sieben Kristallsysteme eingeteilt. Nach der Form der Gitterzelle konnen sie in sechs Kristallsysteme unterteilt werden. Alle moglichen Verbindungen von Drehsymmetrieachsen und Spiegelebenen, welche ein Kristallgitter enthalt, fuhren zur Einteilung der Kristalle nach ihrer Symmetrie in zweiunddrei?ig Kristallklassen (Punktgruppen) und unter Berucksichtigung der Schraubenachsen und Gleitspiegelebenen lassen sich zweihundertdrei?ig Raumgruppen konstruieren. Es gibt insgesamt vierzehn verschiedene Raumgittertypen: triklin; monoklin (primitiv, basisflachenzentriert); rhombisch (primitiv, basisflachenzentriert, raumzentriert, flachenzentriert); hexagonal; trigonal; tetragonal (primitiv, raumzentriert); kubisch (primitiv, raumzentriert, flachenzentriert).
Das Kristallgitter ist eine gesetzma?ige geometrische Anordnung von Atomen (Ionen, Molekulen), die fur den Stoff geeignet ist, der in kristallinem Zustand vorliegt.
Die kleinste Einheit eines Kristallgitters, die durch reine Verschiebung die Gesamtstruktur des Kristalls ergibt, ist die sogenannte primitive Zelle. Beim primitiven Gitter, das aus Atomen der gleichen Art besteht, enthalt primitive Zelle ein einzelnes Atom.
Die primitive Zelle ist die Zelle mit dem kleinstmoglichen Kristallvolumen in Form eines Parallelepipeds, durch deren Translation sich der gesamte Kristall aufbauen lasst.
Daruber hinaus zeichnen sich ideale Kristalle durch die Translationssymmetrie. Das hei?t, es gibt solche Vektoren а, bei denen alle Kristallatome um einen Gittervektor verschoben werden.
Noch ein wichtiger Begriff in der Kristallographie ist eine Elementarzelle. Die Elementarzelle des Kristalls ist eine Einheitszelle, deren Volumen ein Vielfaches des Volumens der primitiven Zelle ist. Die Elementarzelle kennzeichnet sich durch die Kantenlangen (а, b, с), die mit den Kristallachsen des bestimmten Gitters sowie den Winkeln zwischen diesen Kanten (?, ?, ?) ubereinstimmen.
Der Unterschied zwischen einer Elementarzelle und einer primitiven Zelle besteht darin, dass man die Elementarzelle mit moglichst hoher Symmetrie wahlt.
Die Symmetrie einer Elementarzelle wird entsprechend der Kristallsymmetrie gewahlt. Bei Mineralien, die zum kubischen Kristallsystem gehoren, ist sie kubisch (wurfelformig). Beim tetragonalen Kristallsystem hat sie die Form eines tetragonalen Prismas, beim rhombischen Kristallsystem - die Form eines rhombischen Prismas, beim monoklinen Kristallsystem - die Form eines nadelformigen Prismas, beim triklinen Kristallsystem - die Form eines Parallelepipeds, beim trigonalen Kristallsystem - die Form eines Rhomboeders und eines hexagonalen Prismas, beim hexagonalen Kristallsystem - die Form eines hexagonalen Prismas mit Pinakoid.
Oben geht es aber um ideale Kristalle. In Wirklichkeit entspricht die Anordnung der Gitterbausteine bei Mineralien dem vorliegenden klassischen Bild ganz selten. Im Gegensatz zu den idealen Kristallmodellen, welche sich durch die gesetzma?ige und periodische Anordnung von Atomen oder Ionen zeichnen, weisen reale Kristalle eine Reihe Abweichungen im Aufbau auf. Es handelt sich um die Defekte im Kristallgitter (Dislokationen). Nach der konventionellen Klassifikation unterscheidet man folgende Baufehler im Kristallgitter: - Leerstellen, die durch das Ausfallen eines Atoms oder Ions aus einem idealen Gitter gebildet werden;
- zusatzlich zwischen den Gitterpunkten eingebaute Atome oder Ionen;
- Fremdatome oder - Ionen, die auf Zwischengitterplatzen angeordnet sind;
- Fremdatome, welche die eingebauten Atome des Gitters versetzen;
- wenn ein Ion im Gitter im Normalzustand, aber negativ geladen ist.
4. M. Kucher. Vom Keim zum Kristalle - Uber die Partikelbildung die Fallung schwerloslichen Feststoffe. - Karlsruhe: Universitatsverlag Karlsruhe, 2009. - 205S.
9. H. Wagemann, H. Eschrich. Photovoltaik. Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben, 2. Auflage. - Wiesbaden: B.G.Teubner Verlag, 2010. - 275S.
10. P. Enders. Von der klassischen Physik zur Quantenphysik. Eine historisch-kritische deduktive Ableitung mit Anwendungsbeispielen aus der Festkorperphysik. - Berlin: Springer, 2006. - 261S.
11. G. Czycholl. Theoretische Festkorperphysik. Von den klassischen Modellen zu modernen Forschungsthemen. - Berlin: Springer, 2008. - 497S.
СЛОВНИК ТЕРМІНІВ
№ Deutsch Українською
1 das Abhangigkeit залежність
2 das Anisotropie анізотропія
3 der Antiferromagnetismus антиферомагнетизм
4 die Anzahl число
5 der Atom атом
6 der Atomkern атомне ядро
7 die atomischen Crystalen атомні кристали
8 der atomischen Mangel атомні дефекти
9 das Ausma? ступінь
10 der Austausch обмін
11 die Autolyse автолізія
12 die Basis базис
13 die Beimischung домішка
14 die Bestellung впорядкованість
15 der Betrag кількість
16 das Bravais-Gitter ґратки Браве
17 die chemische Bindung хімічний звязок
18 das chemische Element хімічний елемент
19 die chemische Formel хімічна формула
20 das chemische Gleichgewicht хімічна рівновага
21 die coulombsche Bindung кулонівський звязок
22 das Coulomb-Kraft кулонівські сили
23 das Dipolmoment дипольний момент
24 die Defekten in Kristallen дефекти кристалів
25 die Deformation деформація
26 die Dichte щільність
27 die Desorientierung дезорієнтація
28 der Diamagnetismus діамагнетизм
29 die Ladungsdichte густина
30 die Gitterparameter період кристалічної ґратки
31 die Koordinationszahl координаційне число
32 die Wellenfunktion хвильові функції
33 der Dipol диполь
34 die Dispersion дисперсія
35 die Domains домени
36 der Druck тиск
37 die Durchschlagfestigkeit електрична міць
38 die Ecke вершина
39 die Elektronenkonfiguration електронна конфігурація
40 der hochrein Kristall високочистий кристал
41 die einfache Sache проста речовина
42 Einheit des Gitters вузол ґратки
43 die Einstufung класифікація
44 der elastische Bereich пружне поле
45 die Elastizitat пружність
46 der Elastizitatsmodul модуль пружності
47 der Elektron електрон
48 die Elektronenhulle електронна оболонка
49 das elektronischer Gas електронний газ
50 die Elektrostatik електростатика
51 der Element елемент
52 die Elementarzelle елементарна комірка
53 die Energie енергія
54 die Entstellung спотворення
55 das Eutektikum евтектика
56 das Experiment експеримент
57 der Fernordnung дальній порядок
58 der Ferroelectrics сегнетоелектрик
59 der Ferromagnetismus феромагнетик
60 die feste Losung твердий розчин
61 das Flugzeug площина
62 die Fluktuation коливання
63 die Flussigkeit рідина
64 der Flussigkristalle рідкий кристал
65 die Formeleinheit формульна одиниця
66 der Frenkel-Defekte дефекти по френкелю
67 die Funktion функція
68 die Fusion розплав
69 das Gas газ
70 der Gaszustand газоподібний стан
71 die Gemisch сполука
72 das Glas скло
73 die Gro?e розмір
74 die Gro?enordnung величина
75 die Grundlage основа
76 der Halbleiter напівпровідник
77 die Halogene галогени
78 die Harte твердість
79 das Harten гартування
80 die heteropolare Bindung гетерополярний звязок
81 das hexagonalen Gitter гексагональна ґратка
82 die homoopolare Bindung гомеополярний звязок
83 die Induktion індукція
84 der Inertgase інертні гази
85 die innere Energie внутрішня енергія
86 der Ion іон
87 der Ionenkristallen іонні кристали
88 der Isolator діелектрик
89 das Kante грань
90 die Klassifizierung класифікація
91 die komplizierte Sache складна речовина
92 die Konfiguration конфігурація
93 der Konstruktionstyp структурний тип
94 die kovalente Bindung ковалентний звязок
95 der Kristall кристал
96 das Kristallgitter кристалічна ґратка
97 die Kristallisation кристалізація
98 die Kristallisierung кристалічна структура
99 die Kristallographie кристалографія
100 die Kristallographischen Achse кристалографічні осі
101 die kristallographischen Richtungen кристалографічні напрямки
102 das Kristallspriessen проростання кристалів
103 die Kristallsysteme сингонія
104 der Kristallzuchtung ріст кристалу
105 die Krummung відхилення
106 das Kubischen Gitters кубічна ґратка
107 die Lange довжина
108 die Leerstelle вакансії
109 der Leiter провідник
110 der Leitfahigkeit провідність
111 der Losung розчин
112 die Lumineszenz люмінесценція
113 die Magnetooptik магнітооптика
114 das Material матеріал
115 das Melting плавлення
116 der Metalle метал
117 die metallische Bindung металічний звязок
118 der Mikrokristalle мікрокристал
119 der Miller-Indizes індекси Міллера
120 der Mineral мінерал
121 die Mobilitat рухливість
122 die Modifizieren модифікація
123 die Molekul молекула
124 die Molekulkristallen молекулярні кристали
125 das monokline Gitter моноклінна ґратка
126 der Monokristall монокристал
127 das Nahordnung ближній порядок
128 der Neutron нейтрон
129 der Nukleus ядро
130 die Oberflache поверхня
131 die Oberflachenphysik фізика поверхні
132 die organische Verbindungen органічні сполуки
133 die Orientierung орієнтація
134 das orthorhombische Gitter ромбічна ґратка
135 die Orthotropie ортотропія
136 das Paramagneten парамагнетик
137 die perfekten Kristall ідеальний кристал
138 die physikalische Eigenschaften фізичні властивості
139 die Piezoelektrizitat пєзоелектрики
140 die Polarbindung полярний звязок
141 die Polarisation поляризація
142 der Polyeder багатогранник
143 die Polykristallen полікристали
144 die Polymerisation полімеризація
145 das Polymer полімер
146 der Polymorphie поліморфізм
147 das Potential потенціал
148 der Potentialstorung потенціальний барєр
149 die Potenz потужність
150 die primitiven Zelle примітивна комірка
151 der Primzahl просте число
152 das Proton протон
153 der Prozess процес
154 die Pyroelektrizitat піроелектрика
155 der Quader паралелепіпед
156 der Radius радіус
157 der Raum простір
158 der Raumgruppe просторова група
159 der realer Kristall реальний кристал
160 der Rekristallisation перекристалізація
161 das reziprok Gitter обернена ґратка
162 die Rundfunk трансляція
163 die Rutsche ковзання
164 die Schraubenversetzung гвинтова дислокація
165 die spatial Mangeln просторові дефекти
166 der Spindichtewellen хвиля спінової густини
167 der Starke міцність
168 der starren Korper тверде тіло
169 der statische Absto?ung статичне відштовхування
170 der statische Anziehung статичне притягання
171 die Stufenversetzungen крайова дислокація
172 die Substanz речовина
173 die Substitution заміщення
174 der Substitutionsgrad ступінь заміщення
175 die Subtraktion відщеплення
176 der Supraleiter надпровідник
177 die Symmetrie симетрія
178 die System система
179 die Temperatur температура
180 der Tensor тензор
181 das tetragonale Gitter тетрагональна ґратка
182 das trigonale Gitter тригональна ґратка
183 das trikline Gitter триклінна ґратка
184 der Tunnelmikroskop тунельний мікроскоп
185 die Umverteilung перерозподіл
186 die Valenzelektronen валентні електрони
187 der Vektor вектор
188 das Verbindung сполука
189 das Verfahren метод
190 die Versetzung дислокація
191 die Verteilung розподіл
192 die Vorgange Symmetrie операції симетрії
193 die Waals-Bindung вандерваальсівський звязок
194 der Waals-Krafte вандерваальсівські сили
195 die Wahrscheinlichkeit імовірність
196 der Wasserstoffbruckenbindungen водневий звязок