Kristaller, düzenli geometrik şekle sahip katı cisimlerdir. İçinde düzenli parçacıkların bulunduğu yapıya kristal kafes denir. Parçacıkların salınım yaptıkları konum noktalarına kristal kafesin düğümleri denir. Tüm bu cisimler monokristaller ve polikristaller olarak ikiye ayrılır.
Tek kristaller nelerdir
Tek kristaller, kristal kafesin net bir sıraya sahip olduğu tek kristallerdir. Genellikle tek bir kristalin düzenli bir şekli vardır, ancak bu özellik kristal tipini belirlerken zorunlu değildir. Çoğu mineral tek kristaldir.
Dış biçim, maddenin büyüme hızına bağlıdır. Yavaş bir artış ve malzemenin homojenliği ile kristaller doğru kesime sahiptir. Orta hızda, kesim belirgin değildir. Yüksek bir kristalleşme hızında, birçok tek kristalden oluşan polikristaller büyür.
Tek kristallerin klasik örnekleri elmas, kuvars,topaz. Elektronikte, yarı iletken ve dielektrik özelliklerine sahip tek kristaller özellikle önemlidir. Tek kristallerin alaşımları, artan sertlik ile karakterize edilir. Ultra saf tek kristaller, kökene bakılmaksızın aynı özelliklere sahiptir. Minerallerin kimyasal bileşimi büyüme hızına bağlıdır. Kristal ne kadar yavaş büyürse bileşimi o kadar mükemmel olur.
Polikristaller
Tek kristaller ve polikristaller, yüksek moleküler etkileşim ile karakterize edilir. Bir polikristal, birçok tek kristalden oluşur ve düzensiz bir şekle sahiptir. Bazen kristalitler olarak adlandırılırlar. Doğal büyümenin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar veya yapay olarak yetiştirilirler. Polikristaller alaşımlar, metaller, seramikler olabilir. Ana karakteristikler tek kristallerin özelliklerinden oluşur, ancak tane boyutları, aralarındaki mesafe ve tane sınırları büyük önem taşır. Sınırların varlığında polikristallerin fiziksel özellikleri önemli ölçüde değişir, mukavemet azalır.
Polikristaller, kristalleşmenin, kristal tozlardaki değişikliklerin bir sonucu olarak üretilir. Bu mineraller, tek kristallerden daha az kararlıdır ve bu da tek tek tanelerin eşit olmayan şekilde büyümesine neden olur.
Polimorfizm
Tek kristaller, aynı anda iki halde bulunabilen ve fiziksel özellikleri farklı olacak maddelerdir. Bu özelliğe polimorfizm denir.
Aynı zamanda, bir durumdaki bir madde diğerinden daha kararlı olabilir. Çevresel koşullar değiştiğinde, durumdeğiştir.
Polimorfizm aşağıdaki türlerdendir:
- Yeniden yapılanma - atomlarda ve moleküllerde bozunma meydana gelir.
- Deformasyon - yapı değiştirilir. Sıkıştırma veya esneme meydana geliyor.
- Shift - yapının bazı öğeleri konumlarını değiştirir.
Kristal özellikleri, bileşimdeki ani bir değişiklikle değişebilir. Polimorfizmin klasik örneği karbon modifikasyonudur. Bir durumda elmas, diğerinde grafit, farklı özelliklere sahip maddeler.
Bazı karbonhidrat türleri ısıtıldığında grafite dönüşür. Özelliklerdeki değişiklikler, kristal kafesin deformasyonu olmadan meydana gelebilir. Demir durumunda, bazı bileşenlerin ikamesi manyetik özelliklerin kaybolmasına yol açar.
Kristal gücü
Modern teknolojide kullanılan herhangi bir malzemenin nihai bir gücü vardır. Nikel, krom ve demir alaşımı en büyük güce sahiptir. Metallerin mukavemetinin arttırılması, askeri ve sivil teçhizatı iyileştirecektir. Artan aşınma direnci, daha uzun hizmet ömrü ile sonuçlanacaktır. Bu nedenle bilim adamları uzun süredir tek kristallerin gücünü araştırıyorlar.
Saf tek kristaller, ideal bir kristal kafese sahip kristallerdir, az sayıda kusur içerirler. Kusur sayısındaki azalma ile metallerin gücü birkaç kat artar. Aynı zamanda metalin yoğunluğu hemen hemen aynı kalır.
İdeal bir kafese sahip tek kristaller, erime noktasına kadar mekanik strese dayanıklıdır. ile değiştirmeyinzaman. Çoğu zaman, bu tür tek kristaller sıfır dislokasyona sahiptir. Ama bu isteğe bağlı bir durumdur. Mukavemet, en fazla sayıda çıkığın olduğu yerlerde mikro çatlakların oluşması gerçeğiyle açıklanır. Ve onların yokluğunda, çatlakların görüneceği hiçbir yer yoktur. Bu, tek kristalin gücünün eşiği aşılana kadar dayanacağı anlamına gelir.
Yapay tek kristaller
Tek kristalleri büyütmek, mevcut bilim düzeyinde mümkündür. Metali işlerken, bileşimini değiştirmeden, yüksek güvenlik marjına sahip tek bir kristal oluşturabilirsiniz.
Tek kristallerin üretimi için bilinen 2 yöntem vardır:
- süper yüksek basınç ve metal döküm;
- kriyojenik basınç.
İlk yöntem, hafif metallerin işlenmesi için popülerdir. Metalin saflığı ve artan basınç göz önüne alındığında, yavaş yavaş aynı özelliklere sahip, ancak artan mukavemete sahip yeni bir metal ortaya çıkacaktır. Belirli koşullar altında ideal bir kafese sahip tek bir kristal elde etmek mümkündür. Safsızlıkların varlığında kristal kafesin ideal olmama olasılığı vardır.
Ağır metallerde artan basınçla yapı değiştirme işlemi gerçekleşir. Tek kristal henüz ortaya çıkmadı, ancak maddenin özellikleri değişti.
Kriyojenik döküm, kriyojenik sıvıların üretimine dayanır. Manyetik alanın etkisi altında kristalleşme meydana gelmez. Yarı kristal form, elektrikle yüklendikten sonra bir kristal haline gelir.
Elmasve kuvars
Elmas özellikleri, atomik kristal kafese sahip bir madde olmasına dayanır. Atomlar arasındaki bağ, bir elmasın gücünü belirler. Sabit koşullar altında elmas değişmez. Bir vakuma maruz kaldığında yavaş yavaş grafite dönüşür.
Kristal boyutları önemli ölçüde değişir. Sentetik olarak büyütülen elmaslar küp yüzlere sahiptir ve benzerlerinden farklı görünürler. Elmasın özellikleri cam kesmek için kullanılır.
Kuvars kristalleri her yerde bulunur. Mineral en yaygın olanlardan biridir. Kuvars genellikle renksizdir. Taşın içinde çok fazla çatlak varsa, o zaman beyazdır. Diğer safsızlıklar eklendiğinde renk değiştirir.
Kuvars kristalleri, cam üretiminde, ultrason oluşturmak için, elektrik, radyo ve televizyon ekipmanlarında kullanılır. Bazı çeşitler takılarda kullanılmaktadır.
Tek kristallerin yapısı
Katı haldeki metaller kristal bir yapıya sahiptir. Tek kristallerin yapısı, sonsuz bir alternatif atom dizisidir. Gerçekte, atomların sıralaması termal etkiler, mekanik veya bir dizi başka nedenden dolayı bozulabilir.
Kristal kafesler 3 tipte bulunur:
- tungsten tipi;
- bakır tipi;
- magnezyum türü.
Uygulama
Yapay tek kristaller, yeni özelliklere sahip malzeme elde etmek için bir fırsattır. Tek kristallerin uygulama alanı oldukça geniştir. Kuvars ve spar doğa tarafından yaratılırken, sodyum florür yapay olarak yetiştirildi.
Monokristalleroptik ve elektronikte kullanılan malzemeler. Optikte kuvars ve mika kullanılır ancak pahalıdır. Yapay koşullar altında, saflık ve güç ile ayırt edilecek tek bir kristal yetiştirebilirsiniz.
Elmas, yüksek mukavemetin gerekli olduğu yerlerde kullanılır. Ancak yapay koşullarda başarıyla sentezlenir. Üç boyutlu tek kristaller eriyiklerden büyütülür.
