томды радиус туралы тсінік.Байланыс трлері мен рылымдар арасындаы катынас.

Атомдар мен иондарды наты лшемдерін лшеу ммкін емес. Наты кристаллды рылымдаы иондарды радиусы минералогияда маызды, біра тжірибелі трде (рентгенттік жне баса дістермен) кеістік тордаы тйін аралы ашыты аныталады.Кварцтаы кремний оксидіні кремний мен оттегі жаын орталы атомдарыны араашытыы- 0.161 нм те. Кристаллдардаы иондар радиусы мен атомдар туралы сратар р трлі уаытта жне р трлі зерттеулер арылы шешілген, соны арасында трлі жйелер рылды, оларды екі топа блуге болады: бірінші- жер ыртысындаы басты химиялы элементтерді (Si, Fe, Ca, Mg, Na и др.) радиусы оттегі ионы радиусынан кіші; екінші- бл араатынастар кері.

Бірінші радиустар жйесі А.Ланде жмысымен енгізілді. 1920 ж. селенидтер мен сульфидтерді Mg-Se (0.273), Mg-S (0.260), Mn-S (0.259) ядро аралы ара ашытыын (в нм) есептей отырып, Mg²⁺, S^2-, Se^2-иондарыны радиусын анытады.Кристаллдардаы атомдарды беріктік орамасы бар деп, (аниондар мен катиондарды "шарлары" бір-бірімен жанасып, берік тыыздалан) арапайым есептеулер нтижесінде (в нм) S^2- 0.183, Se^2- 0.193, Mg²⁺ 0.076 шін атомдар радиусын тапты.

1923 ж. Вазашерна, бір жаынан кейбір фторидтер мен оксидтерді сыну крсеткішін жне молекулалар мен иондарды радиусыны теориялы туелділігін алып, екінші жаынан , заттарды сыну крсеткішін ала отырып фтор анионыны радиусы -0.133 нм , ал оттегінікі- 0.132 нм екендігін анытады. Осы мндер В.М.Гольдшмидт есептеулеріне негіз болды. Катиондар мен иондарды беріктік орамасын ала коя отырып, заттарды тйін аралы араашытыын лкейтіп жне аддитивтік приципіне сйеніп барлы химиялы элементтер шін иондар радиусыны жйесін рды(радиустарды арапайым жиынтыы). Онда кбірек тараан химиялы элементтерді иондарыны радиусы тмендегідей: (в нм): Si - 0.039, Al - 0.057, Fe (II) - 0.082, Fe (III) - 0.067, Ca - 0.106, Na - 0.098, Mg - 0.078, Ti (IV) - 0.064, олар оттегі иондарынан кіші, тек калий мен оттегі радиустарыны лшемдері бірдей болады.

В.Брэгты рентгенометриялогиялы тжірибелермен аныталып жасалан радиустар жйесі млдем баса. 1920 ж. пиритте(0.205 нм) S-S ядро аралы ара ашытыты тжірибелік жолмен зерттей отырып, на S^2-радиусы шін 0.103 нм мнін алды. Zn-S(сфалерите 0.235 нм жне Zn-O (0.197 нм) ара ашытыын есептей отырып, цинкитте Zn²⁺ радиусы шін 0.132 нм жне О^2- шін 0.065 нм екендігін тапты.

Катион радиусы оттегі радиусынан лкен болып шыты. В.М.Гольдшмидт жйесіне араанда , мнда оттегі радиусы Вазашернны осымша есептеулерінен емес, арапайым лшеулермен табылан.

В.Брэгты есептеулері мен лшеулері аяталмай алды, біра В.М.Гольдшмидтті толы жасаталан радиустар жйесі баршаа белгілі болды. Тек кейінірек ана брэгтік R_k>R_o араатынасы олданылан иондар радиусыны толы жйесі деліп шыты. Олар р трлі модификацияда сынылды: А.Слейтером, А.С.Щукаревым, В.И.Лебедевым. Мысалы, В.И.Лебедев бойынша О^2- радиусы -0.045 нм, Mg²⁺ радиусы- 0.160 нм райды. Кптеген кристаллды заттарда беріктік ораманы катиондар, ал уысты оттегі иондары мен баса да аниондарынан трады деген болжамдар бар.

азір минералдарды кристаллды рылымындаы иондар лшемдері туралы р трлі кзарастарды белсенді баалау жріп жатыр. Мысалы, А.С.Поваренных табиаты бойынша р трлі осылыстардаы бір элементті атомдар радиустары р трлі болады деп есептеген. Сульфидтегі Fe³⁺ ионыны лшемі 0.111 нм,0 фторидте - 0.086 нм, оксидте - 0.094. Бл кзарастар минералдарды электронды-рентгенографиялы жмыстармен расталан.Мысала, Na шін радиус атуы 0.109 ден 0.131 нм дейін орнаан. р трлі заттардаы иондар радиусыны ртрлілігі туралы кзарастар прогрессивті, біра олар лі кнге дейін тиісті дамуын таппаандытан, В.М.Гольдшмидтті радиустар мні олданылады.

Орналасу тыыздыы теориясыны кмегімен кристалдану рылым сипаттау

Клемді орталытандырылан торды бір элементар яшыына 2 атом келеді: бір атом куб ортасында жне бір атом куб тбесінде орналасан масса бойынша атомдар осындысы (куб тбесіндегі рбір атом сегіз жаласан элементар яшыа тиесілі жне берілген яшыа осы атомны 1/8 массасы ана келеді,ал барлы яшыа 1/8=1 атом).

Кубты ырлы орталытандырылан торды элементар яшыына трт атом келеді:бір атом (клемді орталытандырылан тор сияты) куб тбесіндегі атомдар жне трт атом ырды ортасында,йткені осындай рбір атом екі тора тиесілі,орналасан)

Гексагональді тыыз апталан торды элементар яшыына алты атом сйкес келеді.(3+1/6*12+1/2*2=6)

Кристалл тор тыыздыы,яни шартты трде атты шарлар ретінде арастыруа болатын атомдармен толан клем берілген атомнан те жне е кіші аралыта орналасан атомдар саны болып табылатын координациялы санмен сипатталады. Координациялы сан жоары болан сайын атомдар аптама тыыздыы жоары.

Кубты клемді орталытандырылан элементар яшыта атомдар арасындаы е кіші ашытыы d=(a3)/2.Берілген атом А ашытыынан 8 крші орналасан(6б сур).Яни осы торды координациялы саны 8-ге тен жне К8 деп белгіленеді.Атомдармен толан клемні яшы клеміне атынасымен аныталатын яшыты толу коэффициенті 68%.

ырлы центрленген кристалл торды координациялы саны 12(К12); рбір атом d=(a2)/2 ашытыта 12 жаын кршіге ие,ол шар трдегі атомдарды орналасуына жне аптаманы лкен тыыздыына сйкес.Гексагональді тыыз аптамалы тор с/а=1,633 координациялы сан 12 ге тен (Г12),ол да шарларды лкен тыыз аптамасына ие (6сур). Гексагональді жйеде кристалданатын металдарды кбісінде с/а атынасы 1,57-1,64 аралыында болады,яни тыыз каптамадан ауыту байалады (с/а=1,633).Егерс/а атынасы 1,633 мнінен едуір айрыша (мысалы цинк жне кадмий шін) болса,гексагональді торды координациялы саны 6 тен.

Кубты ырлы орталытандырылан жне гексагональді тыыз аптамалы торлар кішкентай болып табылады,атомдармен толу коэффициенті 74%.

Торда координациялы санны Г12-ден 6 а дейін тмендегенде толу коэффициенті 50% райды,ал координациялы сан 4 тен кезде 25% шамасында.

Периодты жйеде металдар мен бейметалдар аралыындаы элементтерде кіші координациялы сана ие иын кристалды тор болады.

VII,VI,V, жне кейде IV топ жартылай жне бейметалл элементтерді кристалды рылым координациялы саны 8-N ережесі бойынша табылуы ммкін,мндаы N-берілген элемент орналасан периодты жйені топ саны.Осылайша мысалы Аs, Sb, Bi V топа тиесілі сондытан координациялы сан 3 тен.

Атомдар орталытары арасындаы е кіші араашыты жартысы атом радиусы деп аталады. Атом радиусы координациялы сан азайанда седі,йткені атомдар арасындаы кеістік седі.Осыан байланысты р трлі металдарды атом радиусы шамасы детте К12 тен.

Баылау сратар:

1.Атом радиусы дегеніміз не?

2.Тыыз аптама теориясы нені білдіреді?

3. Кристалл торды координациялы саны.

4.Кристалл денелерді шаындылы коэффициенті.

5. полиэдр дегеніміз не?

Глоссарий

Кристалдарды талдаан кезде оларды атомдарыны маындаы кршілеріні саны,сорты,олара дейінгі ашытыты білуді зор маызы бар, олар бір сзбен айтанда – координациядеп аталады.

Координациялы сан (к.с) деп центр мен крші атомдар санын, не атомнан не ионнан бірдей ашытыта жатан бір сортты атомдарды айтамыз

Блиц-тест:

1.Мінсіз кристалдарды нктеліден айырмашылыы

А) мінсіз кристалды шсатылы периодты бзылуы

В) физикалы асиеттер ртрлі

Б) химиялыасиеттеріртрлі

Г) айырмашылы жо

2. Тыыз тселген шарлар мына пайызды алады: лишь:

А) 10%

В) 25 %

Б) 55%

Г)74%

3.Бір біріне жаын орналасан Бірінші координациялы сфералы атомдарды зара тзу центрлермен байланыстырса, мыныын ие боламыз

А) куб

В) полиэдр

Б) призма

Г)трапеция

4.Кристалл торды тыыздыы:

А) аттысйыты

В) атты шар

Б) белгісіз

Г)суспензия

5.Орталы деп есептелетін, атом мен ионнан бірдей ашытыта орналасан, бір срыпты жаын орналасан атомдар мен иондар саны былай тсінуге болады:

А) Координациялысан

В) атом радиусы

Б) координация

Г)комбинация

Негізгі дебиеттер:

13. Лившиц Б.Г. Металлография М, Металлургия, 1990.

14. Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Т., Федорченко И.Н., «Кристаллография, минералогия и рентгенография» М, Металлургия, 1990г.

15. Миловский А.В. «Минералогия и петрография» М, Москва 1979г.

16. Торопов Н.А. , Булак Л.Н. «Кристаллография и минералогия» М, Москва 1972г. (CD-RW)

5.Захаров А.М.Диаграммы состояний двойных и тройных систем.М, Металлургия ,1978г(CD-RW)

6.Ермолов В.А. Геология: Учебник .Часть 1.М.МГТУ.2004г

7.ЕрмоловВ.А.Геология,Учебное пособие.Часть5 «Кристаллография, минералогия и геология камнесамоцветного сырья».М.МГТУ.2007г.

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.и др. Учебник. «Месторождения полезных ископаемых»М.МГТУ.2007г.

9.ЕрмоловА,ПоповГ.Б,МосейкинВ.В. и др.; Под ред.В.А.Ермолова. Месторождения полезных ископаемых .М.:Изд.МГГУ, 2004год(CD-RW)

осымша дебиеттер:

10.Емельянов Н.А. «Практика руководства по минералогии» М, Москва 1972г.

11.Юшко С.А. Руководство для лабораторного исследования руд. Методы лабор. исследования руд.

12.Смагулов Д.У. Металлография: Окулык/ Д.У. Смагулов. - Алматы: КазУТУ, 2007

ріс 5

Нктелі ааулар

Жмысты масаты: нктелі ааулармен танысу.

1.Вакансиялар,тйін аралы атом.Нктелік аауды пайда болу мехнизмі(Шоттки механизмі, Френкеля ааулар)

2.Кристалды рылым бойынша кеуектер,оларды тйін аралы атоммен толтырылуы

3.Нктелік аауларды айналасында кристалды торларды ыысуы

Кілт сздер: бос орын, Шоттки аауы, Френкель аауы, дивакансия, жетілмегендік, тйінаралы атомдар, енгізілетін оспа.

Вакансиялар, тйын аралы атомдар,оспа атомдары. Нктелі аауларды тзілу

механизмі (Шоттки механизм, Френкель ааулары)

Геометрияны идеал заымен орналасан, дене ретінде арастырылан атомдардан крылан кристалды идеалды деп атаймыз. Наты кристалдарды идеалды кристалдан айырмашыы негізінен кристалды идеалды ш лшемді периодты рылымды бзылуы болады. Кристалды рылысты жетілмеуі кристалды сезімтал-рылымды асиеттеріне сер етеді ( олар: ионды жне жартылай электро тгізгіштік, фотооткізгіштік, люминесценция, беріктік жне иілгіштік жне т.б) жне де диффузия мен пластикалык деформациялы, рекристализациялык процестерді суіне де сер етеді.

рылым ааулары жаын коршілерге дейін болшектер ара ашытытарыны згеруімен байланысты. Аз озалу жне аауларды мірін лкен уаыта созу крнекті геометриялы суреттеу береді. Сондытан аауларды классификациясы топтастырулармен ткізіледі. Таза геометриялыа белгіге-, кристал крылымдарыны сапалы бзулары макраскопиялы ара кашытара созылатын лшеулерді саны жатады. Сондай топтастырулар рылым аауларыны трт лгісін айырып крсетуге болады: 1) нольдік лшемді ааулар-бос орындар, тйін аралы атомдар, тйіндерде оспалы атомдар немесе тйін аралы. 2) бір олшемді- бос орындардын ааулар-баулары жне атомдарды тйін аралы жне ерекше зынды ааулар - дислокациясы. 3) екі олшемді беттік- дндерді жне блоктарды шекаралары жне т.б.4) ш лшемді клемді ааулар – бос жерлер,кішкентай болшекті баса фазаларын осу.

Нктелі ааулар.

Нктелі ааулар - бл торды нктелеріндегі бір – бірінен ошауланан торды бзылуы, Бос орындар, яни тор туйіндері,тор атомдарыны лшемінен айырмашылыы бар оспалы атомдарды енгізулер немесе орнын басу 17 -суретте крсетілген.

Блме температурасында нктелі аауларды пайда болуы шін азыра ажетті, кез - келген кинетика энергиясымен ауыса, блек атомдар кинетикалы энергия флуктуациясы арылы кршілес атомдар ран потенциялды барьерден теді. Кристалды тор тйінінен атом шыуы тйін аралыында Френкель аауыны жбы - екі бос орын+ тйін аралы дислокацияланан атом тзіледі.

стігі абатта беткі атомы булануы жанында бос орын рылады, кристал ішкі орнын баса тру нтижесінде тередікте жатан атоммен рекеттеседі. Сондай бос орынды Шоттки аауымен атайды.

Кристалды нктелі акауларды I сурет схемасы.

1. оспалытар орнын баса тру атомы.

2. Шоттки аауы.

3. оспалытар енгізу атомы.

4. Дивакансия.

5. Френкель атомы.

6. оспаларды орнын баса тру атомы.

Шоттки мен Френкельді аауларыны концертрациясына температура, сулеге тсіру жне пластикалы деформация сер етеді.

Нктелі аауларды айналасындаы кристаллды торды ыысуы

Нктелі аауларды зара рекеттесуі ртрлі кешендерді тзілуіне келеді. Екі бос орын дивакансий моновакансиймен салыстырганда жылжымалы болады.. Ірілерді кбісі бос орындарда жинаталуы ммкін тйін аралы атомдары траты.

Нктелі аауларды пайда болуы кезінде аауды оршап тран атомдарды кзге крінетін жылжылуларорын алады. Бос орын айналасындаы атомдар негізінен бос тйінге жылжиды.Тйін аралы атом, керісінше, оршаан атомдарды ак жарып жол ашады. Осылайша, кристалдарда нктелі ааулар жергілікті серпінді кенейту немесе кристалды торды кысу орталытары болып келеді. Кштену жне тр згертуді ара ашыты шінші дрежесі кері пропорционалды, одан орталыты айнала кешеді. Атомдарды кзге крінетін жылжылуы араласуынын бірінші -екінші атомдарды диаметрлері ара ашытыкта жасалады. Бос орындарды араласа айналып, кршілес атомдарды жне атомаралы ара ашыты лестерін растырады, (0,84 біріншіде, 0,03% шіншіде) йлестік сфераа кршілерді ызметпен алуы тыыз орама, атом тйін аралык айнала 20%-тен кбірек атом аралы ашытан маызды. Наты кристалдарды крылымындаы оспалар маызды жне кп таралан аауларды бірі болып табылады.Замануи тазалау тсілдері абсолютті таза материалдарды шыара алмайды. Тіпті е таза материалдар ішінде 10-9% оспа болады, не 1м³ зат оспаларды 10 ¹⁷ атомын стауа талапа сай болады. Еру процесі негізінен не оспалы кристалл атомдары аралыктарына енеді немесе тор тйіндерінде орналасып, атомдарды бір блігіні орнындарын ауыстырады.оспа бірінші жадайда енгізу оспалары болып келеді, екінші жадайда- орын ауыстыру оспасы болады. зге атомдар физикалы табиаты жне млшерімен негізгі кристалды атомдарынан айыршылытанады, сондытан оларды кесірінен тор трі бзылады.

оспа атомдар кристалды химиялы, магниттік жне механикалы асиеттеріне елеулі серін тигізеді. Олар абсолюттік нлде жо болмайтын электр кедергіге себеп болып, ток тасымалдауыштарды тарату ортасы болып табылады.

Трлері бойынша р трлі кристалл рылымдаы тесіктер,оларды тйін аралы атомдармен толтыру

Тйін аралы атомдар( Френкель аауы). Бл ааулар атомны тор тйінінен тйінаралыа ауысанда пайда болады. Тор тйінінен шыан атом орны вакансия-бос орын деп аталады.

Кптеген металдара тн тыыз апталан торларда тйінаралы атомдар тзілу энергиясы жылу вакансиялары тзілу энергиясы бірнеше есе кп.Осыдан металдарда тйінаралы атомдар киын тзіледі,ал жылу вакансиялар бл кристалдарда негізгі нктелік ааулар болып табылады.Мысалы,мыста 1000ºС да тйін аралы атомдарды концентрациясы вакансия концентрациясынан 35 рет аз.

Кристалл торда е таза деген металл рамында болатын оспаларды атомдары серінен де нктелік ааулар болады.

Нктелік ааулар кристалды торды жергілікті бзылуа келеді.

Баылау сратар:

1.Тйін аралы атом дегеніміз не?

2. вакансия дегеніміз не?

3. Френкель аауы дегеніміз не?

4. Шоттки аауы дегенміз не?

5. кристал тор бзылу трлері

Глоссарий

Дислокациялык сызыты жакын манындаы облыс, дислокация тйіні деп аталады.

Кристалды айналасындаы экстра жазыгы облысы шеткі дислокация деп аталады,

Шеткі дслокация атом жазытыыны ажырасу нтижесінде, экстражазыты деп аталып,

Кристалды дене ретінде арастырып атомнан крылан. геометрияны наты заымен орналасаны идалды деп атаймыз.

Нктелі ааулар - бл болшектепіп кеткендерді бір - біріне нктелі торда бзуы,

Блиц-тест:

1. оспа атомдар неге сер етуі ммкін?

А) кристалл бетіне

В) кристалл аттылыына

Б) кристалды химиялы, магнитті жне механикалы асиеттеріне.

Г кристалл днекерленуіне

2.Атомдарды тор тйінінен аралытйінге кшу салдарынан андай аау байалады?

А) Клинтон

В) Шоттки

Б) Френкель

Г) Рузвельд

3. Бір бірінен айырылан тор нктелерінде торды бзылуы, бл:

А) Дислокация

В) Тыныш ааулар

Б) Нктелі аау

Г )Полимерлі аау

4. рылым аауы немен байланысты?

А) блшектер арасындаы ашытыты згеруімен

В) атом айналасында блшектерді араашытытарыны згеруімен

Б) асындаы кршілерге дейін блшектер араашытыыны

Г) атом ішінде блшектерді араашытытарын згеруімен

5.зіні физикалы табиаты мен лшемдеріне байланысты бгде атомдар негізгі кристалл атомдарынан ерекшелінеді, онда оларды атынасы мынаан алып келеді:

А) кристалл бетіні згеруі

В) кристалл пластикалыыны артуы

Б) тор брмалануы

Г) кристалды механикалы рылысыны згеруі

Негізгі дебиеттер:

17. Лившиц Б.Г. Металлография М, Металлургия, 1990.

18. Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Т., Федорченко И.Н., «Кристаллография, минералогия и рентгенография» М, Металлургия, 1990г.

19. Миловский А.В. «Минералогия и петрография» М, Москва 1979г.

20. Торопов Н.А. , Булак Л.Н. «Кристаллография и минералогия» М, Москва 1972г.

5.Захаров А.М.Диаграммы состояний двойных и тройных систем.М, Металлургия ,1978г.

6.Ермолов В.А. Геология: Учебник .Часть 1.М.МГТУ.2004г

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.и др.Учебник. «Месторождения полезных ископаемых»М.МГТУ.2007г.

9.ЕрмоловА,ПоповГ.Б,МосейкинВ.В. и др.; Под ред.В.А.Ермолова. Месторождения полезных ископаемых .М.:Изд.МГГУ, 2004год(электр.библ.)

осымша дебиеттер:

10.Емельянов Н.А. «Практика руководства по минералогии» М, Москва 1972г.

11.Юшко С.А. Руководство для лабораторного исследования руд. Методы лабор. исследования руд.

12.Смагулов Д.У. Металлография: Окулык/ Д.У. Смагулов. - Алматы: КазУТУ, 2007

ріс 6

Сызыты ааулар

Масаты: Сызыты ааулармен танысу.

1.Дислокация туралы тсінік, дислокацияны турі. Шеткі дислокация, озалыс кезіндегі шеткі дислокацияны пайда болуы.

2.зынды дислокациясы. Ядро дислокациясы. Винттік дислокация, оны маыздылыы.

3.Бюргерс вектор,млшері жне баыты. Дислокацияны озалысы.

Кілт сздер:дислокация, Бюргерс векторы, біліктік дислокация, экстратыызды, брмалау, дислокация тыыздыы, атомды тыызды.