В мире кристаллов

1.

МБОУ «СОШ №124»
Научно- исследовательская
работа на тему:
«В мире кристаллов».
Учитель физики и информатики:
Хайруллина Р.Т.
Казань -2018г.

2.

В мире кристаллов.
Кристаллы, кристаллы, соцветья
во мглу погруженной земли.
Когда расцвели вы, на свете
другие цветы не цвели.
Нацежен был мало-помалу
из мрака лучистый хрусталь,
чтоб стало под силу кристаллу
вместить невместимую даль.
Тускла на свету, но как факел
кристалла живая свеча
пылает во мраке… Во мраке –
начало любого луча.
Мигель де Унамуно.

3.

Цели и задачи:
• глубже изучить мир
кристаллов;
• ознакомиться с
применением
кристаллов;
• ознакомиться со
способами выращивания
кристаллов;
• научиться выращивать
кристаллы.

4.

Окружающее нас вещество
находится в одном из самых
удивительных состояний – в
высокоупорядоченной
кристаллической фазе. Почти
все вокруг, по крайней мере в
неживой природе, и почти все,
что мы умеем производить и
изготавливать сами, имеет
кристаллическую форму.
Сталь для машин,
алюминиевые сплавы для
ракет и самолетов,
полупроводниковые приборы
и многое другое содержат в
основе кристаллы разного
типа, с разными свойствами,
но объединенные общим
главным качеством:
правильным расположением
атомов или молекул в
пространстве. Именно эта
правильность и является
наиболее замечательным
свойством кристаллов.

5.

Рис. 2.
На рис. 2 изображены некоторые из возможных расположений
атомов в пространстве для разных кристаллических решеток. В
зависимости от того, как расположены относительно друг друга атомные
ряды и атомные плоскости, могут быть получены разные типы
кристаллов. В свою очередь тип расположения атомов определяется их
взаимодействием между собой, природной связи между частицами. А на
рис. 3, для сравнения, показан внешний вид одной из плоскостей
кристалла цинка (так называемая плоскость базиса).

6.

Сложная форма некоторых
кристаллов кажется загадочной.
Действительно, стоит взглянуть на
фотографию кристалла кварца
Какие гладкие поверхности,
насколько правильные углы между
ограняющими кристалл
плоскостями! Даже если
попытаться изготовить модель
такого кристалла из мягкого, легко
обрабатываемого материала,
например дерева, то придется
сильно постараться, вымеряя углы,
согласовывая размеры и
отделывая поверхность. А при
росте кристалла всё получается
само собой, растет ли кристалл в
лаборатории или в природе.

7.

Эра, в которую несколько десятилетий назад вступило человечество,
может быть названа эрой информационных технологий. В основе обмена
информацией лежит процесс получения и обработки сигналов по
определенным правилам. Оказывается, такое преобразование проще
всего выполняется с помощью кристаллов. Использование кристаллов в
современной технике практически полностью направлено именно на
решение этой задачи, причем природные кристаллы технику уже не
удовлетворяют и налажено производство искусственных кристаллов.

8.

Выращивание кристаллов.
Получение кристаллов из раствора сводится к двум
способам. Первый из них состоит в медленном
испарении растворителя из насыщенного раствора,
а второй – в медленном понижении температуры
раствора.

9.

На рисунках изображены монокристаллы
полученные из водного раствора поваренной соли
в домашних условиях.
Через пять дней.
Через неделю.

10.

11.

Интересно использование пьезоэффекта для слежения
за состоянием особо ответственных сооружений, таких,
как ядерные, химические реакторы, мосты, конструкции
самолетов. Здесь необходимо как можно раньше
узнать о начале возможного разрушения пока еще есть
возможность предпринять какие-то меры и
предотвратить катастрофу.

12.

Устойчивость структуры позволила
использовать кристаллы в качестве эталона
для определения возраста горных пород.
Атомы, очевидно, могут претерпевать
радиоактивный распад, превращаясь в
другие, не характерные для данного
состава кристалла. На этой идее основан
самый распространенный метод
определения возраста горных пород,
имеющих несколько вариантов.

13.

Эффектно используется
кристаллы в оптике. Здесь
сразу же вспоминается лазер
на кристалле рубина.
Рубин (оксид алюминия Al2О3 с
примесью хрома) - известный в
природе драгоценный камень
Налажено искусственное
выращивание кристаллов
рубина и изготовление из
них стержней для лазеров,
генерирующих красный свет
с длиной волны 694,3 нм
(рис. 5).

14.

Если посмотреть через этот прозрачный
кристалл на текст или рисунок, то линии его
двоятся. Эти кристаллы известны очень
давно. Когда-то предприимчивые моряки
привозили их для забавы из Исландии, за что
они получили название "исландский шпат".
Химическая формула очаровывает своей
простотой: СаСО3 - углекислый кальций,
кальцит. Изучение именно этого кристалла в
свое время привело Р. Гаюи к закону целых
чисел.
Металлические сплавы имеют так
называемое поликристаллическое
строение, то есть состоят из отдельных
зерен - кристаллов, несколько
развернутых друг относительно друга.
Для примера на рис. 7 приведена
фотография поликристаллического
слитка висмута, на котором хорошо
видны такие отдельные зерна.

15.

Проблема прочности
кристаллов была и остается
одной из самых важных в
современной технике.
Многие физические свойства
кристаллов, в первую очередь
их прочность, определяются
не идеальной
кристаллической решеткой, а
отклонениями от идеальности
- дефектной структурой.
Умелое использование таких
пороков кристалла позволяет
управлять его свойствами и
приспосабливать их к
разнообразным требованиям
современной техники.

16.

Квазикристаллы.
• В 1984 году был обнаружен
сплав алюминия с марганцем ,
образец которого, Al0,86 Mn0,14
подвергнутый специальному
методу быстрого охлаждения,
рассеивал пучок электронов
так, что на фотопластинке
образовывалась ярко
выраженная дифракционная
картина с симметрией пятого
порядка в расположении
дифракционных максимумов.
Дальнейшие исследования
показали, что в новом
материале реализуется новый
тип порядка,
некристаллический и
неаморфный, поэтому данное
вещество было названо
квазикристаллом.
Свойства квазикристаллов.
Их электросопротивление при
низких температурах аномально
велико, уменьшается с ростом
температуры и возрастает по
мере увеличения структурного
порядка и отжига дефектов.
Другая особенность - конечный,
как и у металлов, линейно
зависящий от температуры
электронный вклад в удельную
теплоемкость. По сравнению с
металлом он занижен, но
указывает на наличие свободных
носителей заряда; у диэлектриков
подобного вклада в теплоемкость
нет. Практически все
квазикристаллические сплавы
диамагнетики.

17.

Жидкие кристаллы
Вещества, состоящие из
длинных вытянутых молекул,
могут образовывать еще одно
агрегатное состояние - жидко
кристаллическое
Это состояние не экзотическое.
К настоящему времени
известны десятки тысяч
веществ, которые образуют
жидкие кристаллы.
• Свойства жидких кристаллов
Как любые жидкости, они
принимают форму того сосуда, в
который их поместили. Они текут
как обычные вязкие жидкости.
Наряду с этим жидкие кристаллы
обладают свойствами, которые
характерны для кристаллов:
молекулы жидких кристаллов
частично упорядочены.

18.

Кристаллы и жизнь.
Кристалл обычно служит символом
неживой природы. Однако грань
между живым и неживым установить
очень трудно. Простейшие живые
организмы – вирусы – могут
соединяться в кристаллы.
Молекула ДНК представляет собой
двойную спираль, составленную из
небольшого числа сравнительно
простых соединений. Также
гигантские молекулы с точки зрения
физики рассматриваются как
особый вид твердого тела –
одномерные апериодические
кристаллы.
Кристаллы – это основа жизни на
Земле.

19.

Изучение кристаллов позволило
глубже узнать мир кристаллов,
раскрыть научную и
практическую карту мира.
Получили дополнительные
сведения о применении
кристаллов в областях науки и
техники; о квазикристаллах,
жидких кристаллах. Научились
выращивать кристаллы.