1.Понятие кристаллической решётки. Типы кристаллических решёток.

Перечень вопросов по курсу: «Минералогия и кристаллография»

Кристаллическая решетка – система точек, расположенных в равных, параллельно ориентированных вершинах и смежных по граням параллелепипедов без промежутков, заполняющих пространство точек, называющимися узлами, прямые — рядами, плоскости — сетками, параллелепипеды называются элементарными ячейками.

Типы кристаллических решеток: атомная – если в узлах расположены атомы, ионная – если в узлах расположены ионы, молекулярная — если в узлах расположены молекулы

2.Свойства кристаллических веществ — однородность, анизотропность, способность самоограняться.

Однородность — два одинаковых элементарных объема вещества параллельно ориентированых в пространстве, но выделены в разных точках вещества, абсолютно одинаковы по свойствам (берилл — турмалин).

Анизотропность

— в разных направлениях кристаллической решетки в непараллельных направлениях многие свойства (н-р, прочность, твердость, показатель преломления) различны.

Способность самоограняться – свойство кристаллов при свободном росте образовывать правильно ограненные многогранники.

Свойство постоянства двугранных узлов – углы м/у соответствующимигранями и ребрами во всех кристаллах одного и того же вещества одинаковы.

3.Понятие сингонии. На какие категории подразделяются сингонии.

Сингония – совокупность видов симметрий, имеющая 1 или или несколько общих элементов симметрии, при равном числе единичных направлений. С. к. характеризуется соотношениями между осями а, b, с и углами ячейки.

Существует 7 Делятся на:

Низшую( не имеют осей симметрии выше второго порядка)

Среднюю (они имеют одну ось симметрии высшего порядка)

высшую категории (несколько осей симметрии высшего порядка)

• кубическая

Единичные направления – направления, неповторяющиеся в кристаллах.

Являясь наиболее крупным классификационным подразделением в симметрии кристаллов, каждая С. к. включает в себя несколько точечных групп симметрий и Браве решёток.

4.Простые формы и комбинации. Физический смысл выделения простых форм в кристалле.

По внешнему виду кристаллы делятся на простые формы и комбинации. Простые формы – кристаллы полученные из одной грани путем действия на нее элемента симметрии.

Элементы симметрии:

• геометрический образ

• плоскость симметрии – плоскость перпендикулярная изображению, разделяющая фигуру на 2 части, соотносящиеся как предмет и его зеркальное отражение.

• Ось симметрии – это прямая, перпендикулярная изображению, при повороте вокруг которой на 360^о фигура совмещается сама с собой n раз.

• Центр симметрии – точка внутри кристалла характеризующаяся тем, что каждая проводимая через нее прямая встречается с двух сторон на одинаковом расстояниях идентичные точки.

Комбинации — кристаллы, состоящие из граней, различного типа, отличающихся по форме и размеру. Образуются сочетанием двух или более простых форм. Сколько на равномерно развитом кристалле типов граней столько в нем и простых форм.

Выделение граней разного типа имеет физический смысл, поскольку разные грани растут с различной скоростью и имеют разные свойства (твердость, плотность, показатель преломления).

Простые формы бывают открытые и закрытые. Закрытая простая форма с помощью граней одного типа самостоятельно замыкает пространство (тетрагональная дипирамида), открытая простая форма может замыкать пространство только в сочетании с другими простыми формами (тетрагональная пирамида+плоскость.) Всего существует 47 простых форм. Все они подразделяются по категриям:

• Низшая категория (сингонии: триклинная,моноклинная, ромбическая)– 7 п.ф.: моноэдр, диэдр, пинокоид, ромбическая пирамида, ромбическая дипирамида, ромбическая призма, ромбический тетраэдр.

Моноэдр — простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид — две равные параллельные грани, которые могут быть обратно расположенными.

Диэдр — две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём продолжении) .

Ромбическая призма — четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

Ромбическая пирамида четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб. Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая форма.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие. Ромбическая дипирамида две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб; Ромбический тетраэдр четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

• Средняя категория (сингонии: триклинная, тетрагональная, гексагональная)– 27 п.ф.: моноэдр, пинокоид, 6 дипирамид, 6 пирамид, 6 призм, тетраэдр, ромбоэдр, 3 трапециэдра (грани в форме трапеции), 2 скаленоидра (образуются путем удвоения граней тетраэдра и ромбоэдра).

• Высшая категория – 15 п.ф.: основными являются тетраэдр, октаэдр, куб. Если вместо одной грани появляются 3 грани – тритетраэдр, если 6 – гексатетраэдр, если 4 – тетратетраэдр. Грани могут быть 3х, 4х, 5тиугольные: 3х – тригон, 4х – тетрагон, 5ти – пентагон.

Простой формой кристалла называют семейство граней, взаимосвязанных симметрическими операциями данного класса симметрии. Все грани, образующие одну простую форму кристалла, должны быть равны по размеру и форме. В кристалле могут присутствовать одна или несколько простых форм. Сочетание нескольких простых форм называется комбинацией.

Закрытыми называют такие формы, грани которых полностью замыкают заключенное между ними пространство, как, например, куб;

Открытые простые формы не замыкают пространство и не могут существовать самостоятельно, а только в комбинациях. Например, призма + пинакоид.

Рис.6.   Простые формы низшей категории: моноэдр (1), пинакоид (2), диэдр (3).

В низших сингониях возможны следующие открытые простые формы (рис. 6):

Моноэдр (от греч. «моно»- один, «эдра»- грань) — простая форма, представленная одной единственной гранью. Моноэдром является, например, основание пирамиды.

Пинакоид (от греч.»пинакс»- доска) — простая форма, состоящая из двух равных параллельных граней, часто обратно ориентированных.

Диэдр (от греч.»ди» — два, «эдр»- грань) — простая форма, образованная двумя равными пересекающимися (иногда на своем продолжении) гранями, образующими «прямую крышу».

Ромбическая призма — простая форма , которая состоит из четырех равных, попарно параллельных граней, которые в сечении образуют ромб.

Ромбическая пирамида — простая форма состоит из четырех равных пересекающихся граней; в сечении также — ромб. Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие:

Ромбическая дипирамида две ромбические пирамиды, сложенные основаниями. Форма имеет восемь равных граней, дающих в поперечном сечении ромб.

Ромбический тетраэдр — простая форма, четыре грани которой имеют форму косоугольных треугольников и замыкают пространство.

В сингониях низшей категории кристаллы могут иметь только 7 простых форм, перечисленных выше.

В сингониях средней категории из перечисленных выше простых форм могут присутствовать только моноэдр и пинакоид.

Рис. 7. Внешний вид призматических кристаллов: 1 -ромбическая призма; 2 — тригонльня призма; 3 — тетрагональная призма; 4 — гексаго- нальная призма.

Открытыми простыми формами сингоний средней категории будут призмы и пирамиды.

Тригональная призма (от греч.»гон»- угол) — три равных грани, пересекающихся по параллельным ребрам и образующих в сечении равносторонний треугольник;

Тетрагональная призма (от греч.»тетра»- четыре) — четыре равных попарно параллельных грани, образующих в сечении квадрат;

Гексагональная призма (от греч.»гекса»- шесть) — шесть равных граней, пересекающихся по параллельным ребрам и образующих в сечении правильный шестиугольник.

Названия дитригональных, дитетрагональных и дигексагональных получили призмы с удвоенным числом граней, когда все грани равны, а одинаковые углы между гранями чередуются через один.

Пирамиды — простые формы кристаллов средней категории могут быть, также как и призмы, тригональными (и дитригональными), тетрагональными (и дитетрагональными), гексагональными( и дигексагональными). Они образуют в сечении правильные многоугольники. Грани пирамид располагаются под косым углом к оси симметрии высшего порядка.

В кристаллах средней категории встречаются так же закрытые простые формы. Таких форм несколько:

Дипирамиды — простые формы, образованные двумя равными пирамидами, сложенными основаниями. В таких формах происходит удвоение пирамиды горизонтальной плоскостью симметрии, перпендикулярной главной оси симметрии высшего порядка (рис. 8). Дипирамиды, как и простые пирамиды, в зависимости от порядка оси могут иметь различные формы сечения. Они могут быть тригональными, дитригональными, тетрагональными, дитетрагональными, гексагональными и дигексагональными.

Ромбоэдр — простая форма, которая состоит из шести граней в виде ромбов и напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной сингонии. Верхняя и нижняя группа граней повернуты относительно друг друга на угол 60о таким образом, что нижние грани располагаются симметрично между верхними.

В сингониях средней категории вероятны также скаленоэдры, тетрагональный тетраэдр и трапецоэдры.

studfile.net

1.Кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решёток.

Все тела состоят из атомов. Тела, в кото­рых атомы расположены беспорядочно, называютаморф­ными(стекло, канифоль, воск, смола и др.).Кристалли­ческие тела(все металлы и метал­лические сплавы), характеризуются упорядоченным рас­положением атомов. В металлах и металлических спла­вах атомы находятся в узлах пространственных кристал­лических решеток.

В процессе кристаллизации металлов и сплавов могут образовываться кристаллические решетки разного типа. Наиболее распространенными являются объемно-центрированная кубическая (рис.1, а) (К,V, Сr,Fе_а, Мо,W), гранецентрированная кубическая (рис.1, б) (Аl,Fe, Ni, Сu, Аg, Аu, Рb) и гексагональная решетки(рис.1, а) (Ве, Мg, Со,Zn, Тi). Гранецентрированная кубическая и гексагональная решетки характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов и их компактным размещением.

Расстояния между соседними атомами в кристаллической решетке (параметр решётки) Рис.1

исключительно малы. Для их измерения пользуются особой единицей — ангстремом (А°), который ра­вен 1А°=10^-8см, или наномет­ром (1 нм=10^-9см).

2. Аллотропические превращения в металлах.

Некоторые металлы в твердом состоянии (железо, марганец, кобальт и др.) в зависимости от температуры нагрева могут иметь кристаллические решетки различ­ного строения и, следовательно, обладать различными свойствами. Это явление называется аллотропией, илиполиморфизмом.Кроме того, известен полиморфизм под влиянием температуры и давления. При нагреве до 2000 °С и давлении ~ 10¹⁰Па углерод в форме графита перекристаллизовывается в алмаз.

Аллотропические формы принято обо­значать буквами греческого алфавита: альфа, бета, гамма и т. д.

К металлам, не претерпевающим аллотропических превращений в твердом состоянии при нагревании и охлаждении, относятся алюминий, магний, медь и др. Большое число технически важных металлов (олово, цинк, никель, кобальт и др.) подвержено аллотропиче­ским изменениям.

3. Процесс кристаллизации. Дефекты кристаллического строения.

Кристаллизациейназывается образование кристаллов в металлах и сплавах при переходе из жидкого состояния в твёрдое (первичная кристаллизация), а также перекристаллизация в твёрдом состоянии (вторичная кристаллизация).

Про­цесс кристаллизации металла складывается из двух эле­ментарных процессов: образования центров кристалли­зации (зародышей) и роста кристаллов из этих центров. При температуре кристаллизации в жидком металле сначала образуются центры кристаллизации, причем их роль играют разные примеси, мельчайшие шлаковые и неметаллические включения. После образования заро­дышей атомы жидкого металла, расположенные беспо­рядочно, начинают располагаться вокруг этих зароды­шей и образуют кристаллы правильной геометрической формы. Так как кристаллизация начинается одновремен­но во многих местах и рост кристаллов идет по всем направлениям, то смежные кристаллы, сталкиваясь меж­ду собой, мешают свободному росту каждого. Это при­водит к тому, что кристаллы приобретают неправильную внешнюю форму, несмотря на их упорядоченное внутрен­нее строение. Кристаллы неправильной формы принято называть кристаллитами, полиэдрами, или зернами. Образовавшиеся реальные кристаллы имеют те или иные несовершенства (дефекты) кристал­лического строения, которые принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные (одномерные),

Рис. 2. Точечные дефекты в кристаллической решетке:

а — вакансия; б — межузельный атом; в — примесный атом внедрения

поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные).

Наиболее распространены точечные. К ним относят вакансии(узлы в кри­сталлической решетке, свободные от атомов),межузельные атомы (атомы, находящиеся вне узлов кристалличе­ской решетки), а такжепримесные атомы(рис.2).

studfile.net

Какие виды у кристаллических решеток

Кристаллическое состояние характеризуется наличием дальнего порядка в расположении частиц, а также симметрией кристаллической решетки. Твердыми кристаллами называют трехмерные образования, у которых один и тот же элемент структуры повторяется во всех направлениях.

Правильная форма кристаллов обусловлена их внутренним строением. Если в них заменить молекулы, атомы и ионы точками вместо центров тяжести этих частиц, получится трехмерное регулярное распределение — кристаллическая решетка. Повторяющиеся элементы ее структуры называют элементарными ячейками, а точки — узлами кристаллической решетки. Выделяют несколько типов кристаллов в зависимости от частиц, которые их образуют, а также от характера химической связи между ними.

Ионные кристаллы образуют анионы и катионы, между которыми есть ионная связь. К данному типу кристаллов относятся соли и гидроксиды большинства металлов. Каждый катион притягивается r аниону и отталкивается от других катионов, поэтому в ионном кристалле невозможно выделить одиночные молекулы. Кристалл можно рассматривать как одну огромную молекулу, причем ее размеры не ограничены, она способна присоединять новые ионы.

В атомных кристаллах отдельные атомы объединены ковалентными связями. Как и ионные кристаллы, их также можно рассматривать как огромные молекулы. При этом атомные кристаллы очень твердые и прочные, плохо проводят электричество и тепло. Они практически нерастворимы, для них характерна низкая реакционная способность. Вещества с атомными кристаллическими решетками плавятся при очень высоких температурах.

Молекулярные кристаллические решетки образуются из молекул, атомы которых объединены ковалентными связями. Из-за этого между молекулами действуют слабые молекулярные силы. Такие кристаллы отличаются малой твердостью, низкой температурой плавления и высокой текучестью. Вещества, которые они образуют, а также их расплавы и растворы плохо проводят электрический ток.

В кристаллических решетках металлов атомы расположены с максимальной плотностью, их связи являются делокализованными, они распространяются на весь кристалл. Такие кристаллы непрозрачны, отличаются металлическим блеском, легко деформируются, при этом хорошо проводят электричество и тепло.

Данная классификация описывает лишь предельные случаи, большинство кристаллов неорганических веществ принадлежит к промежуточным типам — молекулярно-ковалентным, ковалентно-ионным и др. В качестве примера можно привести кристалл графита, внутри каждого слоя у него ковалентно-металлические связи, а между слоями — молекулярные.

www.kakprosto.ru