еталлдардаы атомаралы байланыстар. Атомдарды кристалл торларында орналастыру тсілдері.

Потенциалды энергиясы минимуммен сипатталатын, рылым бліктеріні рекеттесуінде траты рылыма ие болу нтижесінде кристаллдар пайда болады. Мндай блшектер болып атомдар, иондар немесе молекулалар табылады.Траты кристаллды рылым болуы шін блшектер арасында екі трлі кштер рекет етуі керек: тартылыс жне тебіліс кштері.

Кристаллдардаы атомдар (иондар) арасында байланыстырушы кштер толыымен электрлік: магниттік серлесуді рлі болмашы, гравитациялы- шамалы болады. Химиялы байланыс атомдарды жаындасуымен пайда болып, сырты валенттік электрондарды рекеттесуімен ескеріледі.азіргі кезде байланыстарды ионды (гетерополярлы), коваленттік (гомеополярлы), металды, ван-дер-ваальты жне де атомдар арасындаы байланысты арнайы трі - сутектік деп бледі.Байланыстарды алашы шеуі, кейінгі екеуіне араанда берік.Байланыстарды мндай топтара блу алашы штікке шартты.

Ионды байланыс аз баытталан жне арама- арсы зарядталан иондарды максималды млшерімен оршалан р аттас зарядталан блшектерді электростатикалы рекеттесі нтижесінде пайда болады. Мндай рылым трі шін координациялы сан орташа жне атысты жоары(6 жне 8), жне жиі беріктілік орама алынады. Байланысты ионды трімен байланысандара галогендер, оксидтер, силикаттар, кптеген халькогенидтер жне бейорганикалы ышылдарды тздары жатады.

Коваленттік байланыс екі шаылысан электрон арылы жзеге асады: спиндері арама-арсы екі сырты электрон бір уаытта екі атома жатады. Байланыс ката баытталан.Мндай байланысты рылымдар шін кіші координациалы сандар тн(Юм-Розер ережесі бойынша аныталады: 8-N, мнда N- берілген элемент шін периодты жйедегі топ саны) беріктік орама болмайды.

Коваленттік байланыс кбінесе Менделеев кестесіндегі IV жне оан жаын топтарды элементтерінде болады. Коваленттік байланыс берік боландытан , осы осылыстарды кристаллдарыны аттылыы, серпімділігі жне балу температурасы жоары болады. Коваленттік кристаллдар - жартылай ткізігіш немесе диэлектрлік болады.

Ковалентті кристаллды классикалы мысалы ретінде таза коваленттік байланыспен сипатталан алмазды алуа болады. Дерлік барлы коваленттік кристаллдарды коваленттіктен баса , осымша байланыстары (ионды, металды немесе ван-де-ваальты)болады.

Металды байланыс кристаллды барлы клемінде белгілі бір атоммен байланыспаан озала алатын, барлы атомдарды валенттік электрондарыны жымдасуына негізделген.Валенттік электрондар зіндік "электронды газ" рады. Мндай байланысты трімен байланысан кристаллды рылымын о зарядталан иондарды (катиондарды) реттелген орналасуын, электрондары иондармен жне зара рекеттесетін "электронды газа" жктелген ретінде елестетуге болады.

Металды байланыс сфералы симметриялы, оан лкен координацивлы сандар(к.с.=12немесе к.с.=8) жне рылымны беріктік орамасы тн.Металды кристаллдар металды жылтыра, жоары жылу жне электрткізгіштікке, сыылу мен жылулы лаюды тмен коэфициентіне ие.

Байланысты Ван-дер-ваальты трі атайан газдарды молекулалы кристаллдарына тн (мысалы, аргон,сутек, азот жне т.б.). Газдардаы атомдар тйы абышаа ие боландытан, онда оларды арасындаы тартылыс кштері те лсіз, сондытан ван-дер-ваальсты деп атаан.

Молекулааралы кштерді негізін раушы- ол атомдар мен бейтарап блшектерді арасындаы дисперсионды рекеттесуі.Атомны электрлік моменті нлге те, дегенмен р момент сайын электрондар кеістікті белгілі бір нктесіне орналасатын жылдам аусатын дипольді тудырады. Осы атомдарды электрондарыны озалысы нтижесінде екі атомны (мысалы, гелийді) жанасуынан келісім орнап, рекеттесуші кштер пайда болады.

Молекулаарлы рекеттесулерді ван-дер-ваальсты кштері , ионды, коваленттік, жне металды байланыстара араанда лсіз. Молекулярлы кристаллдар детте, диэлектр жне рылымы аз координациалы сана, тмен балу температурасына, лкен сыылуа , тмен аттылыа ие болады.

Сутектік байланыс коваленттік топтауа кіретін NH немесе ОН , электротерстік атомдары N,O,F,CI немесе S сутек атомдары арасында пайда болады.Мндай атомдар байланыс электрондарын тартып, теріс зарядталады: байланыс электронны жоалтан сутек атомы о заряда ие болады.Сутектік байланыс осы зарядтарды тартылуымен ескеріледі.

Кптеген органикалы осылыстарды сутектік байланысты рлі зор.арапайым мысал ретніде су молекуласы арасындаы сутектік байланысты алуа болады.

Химиялы байланысты сипаты кристаллдарды физикалы асиеттерінде айындалады. Байланыс берік болан сайын, механикалы асиеттері(аттылы, серпімділік), мен балу температурасы жоары жне термиялы лаюды тмен коэфициентіне ие болады. Е берік жне атты коваленттік жне ионды-коваленттік кристаллдар болып табылады.Біра олара балу температурасыны(-2500-500 оС), атом аралы ара ашыты пен байланыс кшертіні лаюынан беріктігіні тмендеуі тн. Металдарды механикалы асиеттері аса ауымды сипатталады (аса беріктен жне иын балитындардан оай балитындара дейін, тіпті блме температурасындаы сйы- сынап). Молекулярлы кристаллдар аса берік жне оай балитын болып келеді.

Химиялы байланысты трлері оптикалы асиеттерде де байалады. Молекулярлы кристаллдар сияты , ионды, коваленттік кристаллдар сыныштыты жоары крсеткішіне ие жне млдір болып келеді. Металл млдір емес, біра металды жылтыра ие боландытан, жарыты жасы шаылыстырады.

Металлды материалдарды физикалы асиеттері

Минералдарды физикалы асиеттері оларды диагностикасы шін парктикалы маызы(радиоактивтілік, люминисценция, магниттілік, аттылы, оптикалы асиеттері жне т.б.) зор. Мысалы, минералдарды радиоактивті асиеті- радиоактивті элементтерді болуына, днеркерленуі- оларды кристаллды рылымындаы ерекшеліктеріне, беріктігі- химиялы рамы мен кристаллды рылымны тріне байланысты. Физикалы асиеттер скаляр(баытына туелсіз) мысалы, беріктік немесе векторлы(баытына байланысты) мысалы, аттылы, днекерлілік, оптикалы асиеттер.

Тыыздыы. Минералдарды тыыздыы (г/см³) шамамен бірлікке те 23.0 ке дейін ауытиды(платикалы иридий).Минералдарды басым блігіні тыыздыы 2.5 тен 3,5 дейін болады, бл жер ыртысыны тыыздыы шамамен 2.7-2.8 болуымен ескеріледі.

Минералдарды тыыздыы бойынша ш топа блуге болады: жеіл(тыыздыы 3.0 дейін), орташа(тыыздыы 3.0 тен 4 ке дейін) жне ауыр (тыыздыы 4 тен кп) .

Кейбір минералдар лкен тыыздыы бойынша оай танылады(барит4.6, церуссит 6.5). Ауыр металдардан тратын минералдарды тыыздыы лкен болады. Табии элементтер е жоары тыыздыа ие болады- алтын, кміс, платина тобыны минералдары. Бірдей рамды кристаллдарды тыыздыы бірлік рылымдаы яшыты атомдар орамасыны сипатымен аныталады.

Изоморфты атарды минералдарына тыыздыты суі(немесе тмендеуі) химиялы рамны згерісіне пропорциональді.

Минералдарды механикалы асиеттерін олара механикалы сер еткенде табылады:сыылуда, созу мен руда.Осылайша , оптикалы асиеттер сияты р жаа р трлі баытталып, кристаллды анизотропиясымен байланыста болады. Механикалы асиеттерді маыздыларына днекерлілік пен аттылы жатады.

Днеркелену - кристаллдарды белгілі бір класталлографиялы жазытыпен жылтыр беттікті пайда бола отырып жарылу абілеті.

Неліктен кейбір баыттарда кристаллдар днекерлік бойынша, ал баса баыттарда олай емес? Днеркерленуді себебі кристалл блшектреіні арасындаы ілінісу кштеріне , ал екіншісі блшектер арасындаы ара ашыты пен бір-бірімен рекеттесетін ионды зарядтарды шамасына туелді болады. Днекерлену жазытытары жазыаралы ара ашытыы лкен кеістік тора параллель болуы керек.

Днеркерлікті баалау шін тмендегідей шкала бар:

1. Аса жасалан днекерлену - кристалл айна беті бар са пластинкалара жарылады. (слюда, гипс).

2. Жасалан днекерлену- кристалл кез келген жерінен р трлі баытта тзу бет жасай отырып жарылады, брыс бзылу сирек болады (кальцит, галит, галенит).

3. Орташа днеркенлену- жарылу нтижесінде тзу жне тзу емес беттер пайда болады. (полевые шпаты, роговая обманка).

4. Жасалмаан днекерлену- сыну нтижесінде днекерленген тзу беттер сирек, ал тзу емес беттер жиі пайда болады. (берил, апатит).

5. Аса жасадмаан днекерлену -днекерлену жо, кристаллдар жарылу кезінде тзу емес беттерге ие болады. (кварц, касситерит).

р трлі баытта кристаллды днекерлену жасаласу дрежесіне арай р трлі болады.

аттылы. Кристаллды аттылыы оны берік денені механикалы серіне арсы труы .

аттылыты анытауды бірнеше тсілі бар. Минералогиялы практикада Моос шкаласы абылданан. Шкаланы салыстырмалылыын белгілеу керек: егер талькты аттылыы 1, ал гипсты аттылыы 2 болса, онда гипс тальктан 2 есе атты. Баса да этанлон-минералдар туралы дл солай айтуа болады. Оларды аттылыы шартты, жне баса тсілдермен анытаанда , баса мндер алынан.

Днекерленуде сияты, кристаллдарды аттылыы анизотропияны білдіреді. Алмаз кристаллдары октаэдр шегінде те лкен днекерлікке, ромбододекаэдр шегінде кіші днекерлікке, куб шегінде те кіші днекерлікке ие.

Оптикалы асиеттер. Табии жарыта электрлік жне магниттік векторлар р момент сайын р трлі баытта ауытиды, рдайым жарыты таралу баытына перпендикуляр (т.е. жарыты сулеге перпендикуляр).Мндай жарыты поляризацияланбаан немесе арапайым деп атайды.

Жары оптикалы анизотропиялы ортаа ткенде поляризацияланады. Поляризацияланан жары жарыты сулені озалыс баыты арылы тетін жазыта ауытиды.

Жарыты поляризациясы кубты сингония кристаллдарын оспаандаы, жне оптикалы атынасы изотропты болатын екі кристалл арылы ткенде болады. Кристалла тскен табии жары р трлі жылдамдыпен таралатын екі жарыты толына блінеді. Екі толын поляризацияланып, оларды ауыту жазытытары зара перпендикуляр болады. Бл былыс ос сыну немесе жарыты еселі сынуы деп аталады. ос сыну 1669 ж Бартолинмен ашылып, рі арай Х. Гюйгенсоммен зерттелді.

Кристаллдарда тригональды, тетрагональды жне гексагональды сингонияда жарыты еселі сынуы жрмейтін тек бір баыт бар. Бл баыт - оптикалы ось деп аталады, жне ол жоары ретті симметрияны осьіне сйкес келеді. Сондытан орташа сингонияны кристаллдары оптикалы бір осьті деп аталады. Тринклинді, моноклинді жне робты сингония кристаллдарында жарыты еселі сынуы жрмейтін екі баыты бар, олар оптикалы атынаста екі осьті.

Орташа сингонияны кристаллдарында жары толындарыны таралу жылдамдытары р трлі. Барлы баытта бірдей жылдамдыпен тарайтын жары толындар- кдімгі, р трлі баыттарда, р трлі жылдамдытармен таралатын толындар - кдімгі емес деп аталады. Бірінші жары толыныны беті болып шар, ал екінші - айналу эллипсоиды болып табылады.

Тс. Минералдар р трлі тстер мен ректерге ие болуы ммкін. Минералдарды тстері оларды ішкі рылымына, механикалы оспалар мен хром-элементтеріні болуына байланысты. Кптеген хром-элементтері белгілі Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo жне т.б. Бл элементтер минералдарда басты немесе оспа трінде болуы ммкін.

Тсті згеруі- беттік абатты шбар немесе трлі тсті бояуы. Олар згеру нтижесінен пайда болан жа беттік абыша пайда болады, мысалы минералдарды тотыуы.

Шекті тсі. аттылыы лкен емес минералдар глазурланбаан фарфор пластинада шек алдырады. Шекті тсі немесе нтатаы минералды тсі , минералды зіні тсінен ерекшеленеді.

Жылтыр. Минералдарды металлды жне бейметалды жылтырымен бледі. ара шек алдыратын(оларды бояуына арамастан ), минералдар металлды жылтыра ие болады. Трлі тсті немесе а шек алдыратын минералдар шін бейметалды жылтыр тн. Табии элементтер айрыша болады.

Магнитілік. Бл асиет аздаан минералдара тн. Е кшті магниттік кшке ие магнетит болып табылады. Кшті полярлы магниттікке ие минералдар ферроиагниттік деп аталады.

Таы: люминесценция, пироэлектр, радиоактивтілік жне т.б. бар.

Баылау сратары:

1.Жай жне ауыспалы металдар.

2.Металдардаы атом аралы байланыс кандай болады?

3.Металды материалдарды физикалы асиеттері дене рылымына калай туелді болады?

4.Металдардаы кандай атом аралы кштерді білесіз?

Глоссарий:

Тсті згеруі- беттік абатты шбар немесе трлі тсті бояуы.

Кристаллды аттылыы оны берік денені механикалы серіне арсы труы .

Блиц-тест:

1. Барлы атомдарды валенттік электрондарды таралуы калай атаймыз?

крделі
атом аралы
металды
ионды

1. атты полярлы магнетизмге ие минералдар алай аталады?

полярлы
ферромагнитті.
Парамагнитті
тпелі

3.Минералогиялы практикада аттылыты анытауды бірнеше дістері бар-

аттылы шкаласы

Моос шкаласы.

Тстер шкаласы

Минералдар шкаласы

4.Кристаллдарды белгілі бір кристаллографиялы жазытармен жылтыр беттіктерді пайда болуымен жарылу абілеті алай аталады?

аттылы
Сынышты
Салын сынышты
Днеркерлік

5.Кристаллы, образующиеся в результате такого взаймодействия структурных частиц, которое приводят к устойчивым постройкам, характеризуются:

еркін энергияны минимумымен.
потенциалды энергияны минимумымен.
кинетикалы энергияны минимумымен.
атом аралы энергияны минимумымен.

Негізгі дебиеттер

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

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

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

4.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

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

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.идр.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.)

осымшадебиеттер

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 9

Металдыкристалдануы

Масаты:кристалл денелерді кристализация процесімен танысу

1.Фазалы ауысымдарды жалпы задылытары.

2.Фазаларды бос энергиясыны температураа туелділігі.

3. Кристализация процесі ту термодинамикалы шарттары.

Кілт сздер:кристаллизайияны тепе-тедік немесе теориялы температурасы, еркін энергия, сйыты, кристалл,аса суыан, термодинамикалы потенциал.