Кристалдар

Кристалдар(гр. krys-tallos – алғашқы мағынасы мұз) – атомдары мен молекулалары кристалдық тор түзетін қатты денелер. Кристалдар қатты денелердің тепе-теңдік күйі болып табылады. Белгілі бір термодинамикалық жағдайда (қысым, температура) кристалдық күйде болатын заттың нақты, тек өзіне тән кристалдық атомдық құрылымы болады. Бұл құрылым атомдардың орналасуына байланысты кристалдардың сыртқы симметриясын және олардың анизотропиялық қасиеттерін бейнелейді. Табиғатта және техникада кездесетін қатты материалдардың көпшілігі – поликристалдар. Олар ретсіз орналасқан ұсақ кристалдан (кристаллиттер) құралады. Бұған көптеген минералдар, металдар мен қорытпалар жатады. Кристалдың жеке ірі түрі монокристалл деп аталады. Табиғатта салмағы жүздеген кг-ға жететін кварц, дала шпаты, флюорит кристалымен қатар мөлшері өте ұсақ алмас кристалы да кездеседі. Молекула-кинетикалық теориядағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайда өсірілген кристалдың пішіні белгілі бір симметриялы, дұрыс көпжақ түрінде болады. Олардың жақтары жазық болып келеді де, қырлары түзу сызық бойымен тұрақты бұрыш жасай қиылысады, яғни кристалдану кезінде кристалдың жақтары өзіне-өзі параллель жылжиды. Бұл заңдылық кристаллографияда бұрыштардың тұрақтылық заңы деп аталады.

Mикропериодтылықтың макроскопиялық көрінісі

Геометриялық кристаллографияның екінші заңы – бүтін сандар заңы кристалдық заттардағы микропериодтылықтың макроскопиялық көрінісі болып табылады. Кристалдық тордың кез келген атомдық жазықтығы координаттық осьтер бағытында тор периодының бүтін сандарымен сипатталады. Кристалдың жақтары симметриялы болады, жақтары мен қырлары бір-бірімен симметрия амалдарының нәтижесінде беттесе алады. Әрбір амал симметрия осіне, жазықтығына не центріне байланысты орындалады. Кристалдық көпжақтар да симметрияның белгілі бір элементтерінің жиынтығымен сипатталады. Симметрияның 32 класы (32 нүктелік тобы) бар. Әрбір класс симметрияның белгілі бір элементтерімен сипатталады. Кристалдық тордың ерекшелігіне қарай кристалдың сыртқы формасы белгілі бір класқа және сингонияға бөлінеді. Температураның не қысымның өзгеруіне байланысты кристалдың құрылымы да өзгереді. Кейбір кристалдық күйлер (фазалар) метастабильді (салыстырмалы тұрақты) күйде болады. Берілген зат құрылымының әр түрлі бірнеше кристалдық фазада болуы полиморфизм деп аталады. Керісінше, әр түрлі қосылыстар бірдей кристалдық құрылымда (изоқұрылымдық) болуы мүмкін. Кристалдың кеңістіктік топ бойынша таралуы бір қалыпты емес. Заттардың формуласы қарапайым болған сайын олардың кристалының симметриясы да жоғары болады.

Жезқазғаннан табылған кристалл.

Қатты кристалдар

Заттардың формуласының күрделілігі олардың кристалдық симметриясының төмендеуіне әкеліп соғады. Кристал атомдардың арасындағы байланыстың түрлерімен оның көптеген қасиеттерін анықтайды. Ковалентті кристалдың қаттылығы жоғары, электр өткізгіштігі төмен, сыну көрсеткіші үлкен болады. Керісінше, металдық Кристал электр мен жылуды жақсы өткізеді, майысқыш әрі мөлдір емес. Иондық кристалда екеуінің аралық қасиеттері болады. Молекулалық кристалда атомдар нашар байланысқан, сондықтан олар жылдам жанады, әрі олардың мех. қасиеттері де төмен болады. Қатты кристалға қарағанда, сұйық кристалдар мен аморфты денелерде (мысалы, шыны) атомдардың орналасу тәрітібі нашар сақталады. Кристалдың өсуі кезіндегі тепе-теңдік шарттарының бұзылуы, кристалдану кезінде қоспалардың араласуы тәрізді әр түрлі әсерлердің салдарынан кристалдың идеал құрылымында ауытқулар байқалады. Оларға: нүктелік ақаулар (вакансия), сызықтық ақаулар (дислокация) жатады.

Қар кристалы.

Техникада қолданылуы

Кристалдық тор атомдарының орнын басатын аз мөлшерде қоспа атомдарын өндіру тәсілі кристалдың қасиеттерін өзгерту үшін техникада кең қолданылады. Мысалы, Al2O3 кристалына 0,05% хром қосып кванттық электроникада пайдаланылатын лағыл (рубин) алынады. Кристалдың негізгі қасиеттерінің бірі олардың анизотроптығы, яғни кейбір қасиеттерінің әр түрлі бағытта түрліше болуы. Ал изотропты (сұйықтар мен аморфты қатты денелер) не псевдоизотропты (поликристалдар) заттардың қасиеті барлық бағытта бірдей болады. Кристалдың барлық қасиеттері бір-бірімен тығыз байланысты, әрі олар кристалдың құрылымына сәйкес анықталады. Ал кристалдың құрылымы атомдардың орналасу тәртібіне және олардың арасындағы байланыс күштеріне тәуелді болады. Атомдардың аралық күштері кристалдық тор құрайтын атомдар мен молекулалардың электрондық құрылысына байланысты өзгереді. Кристалдың бірқатар қасиеттері (жылулық, серпімділік) атомдардың өзара әсеріне байланысты анықталады. Мысалы, графитте атомдар жеке қабаттар түрінде орналасады. Оның көршілес екі қабаты арасындағы қашықтық бір қабаттағы атомдар арасындағы қашықтықтан үлкен болады. Сондықтан, деформация кезінде графит жеке қабаттар бойынша біртіндеп ыдырайды. Бұл құбылыс графитті қарындаш ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Галий кристалы.

Кристалэлектроника

Диффузия құбылысы кристалдағы вакансия санына, заттың беріктілігі мен майысқыштығы дислокацияға, шала өткізгіштердің кедергісі мен өткізгіштігі қоспа атомдарының мөлшері мен атомдық санға тікелей байланысты. Пьезо- және сегнетоэлектрлік кристал радиотехникада қолданылады. Кристалэлектроникада, оның ішінде, кванттық электроникада ерекше орын алады. Температураның аздаған өзгерістерін өлшеу үшін пироэлектрлік кристал, механикалық және акустикалық әсерлерді реттеу үшін пьезоэлектриктер, пьезомагнетиктер, пьезорезисторлар қолданылады. Аса қатты кристал материалдарды өңдеуде және бұрғылау ісінде пайдаланылады. Лағыл, сапфир, кристал сағат және басқа да дәл аспаптардың негізгі элементі болып есептеледі. Зергерлік істе қымбат асыл тастар (табиғи және синтет) пайдаланылады. Қазіргі кезде кристалдар кеңінен қолданылуда..