Transcript Кристаллы
Slide 1
Кристаллы
Slide 2
О кристаллах
• КРИСТАЛЛЫ –
структуры, в которых
мельчайшие частицы
(атомы, ионы или
молекулы) «упакованы» в
определенном порядке. В
результате при росте
кристаллов на их
поверхности
самопроизвольно
возникают плоские грани,
а сами кристаллы
принимают разнообразную
геометрическую форму.
Slide 3
Каждый, кто побывал в музее минералогии или на
выставке минералов, не мог не восхититься
изяществом и красотой форм, которые принимают
«неживые» вещества.
Slide 4
•Монокристалл — отдельный
однородный кристалл, имеющий
непрерывную кристаллическую
решётку и характеризующийся
анизотропией свойств.
• Внешняя форма монокристалла
обусловлена его атомнокристаллической структурой и
условиями кристаллизации.
•Часто монокристалл приобретает хорошо
выраженную естественную огранку. Примерами
огранённых природных монокристаллов могут
служить монокристаллы кварца, каменной соли,
исландского шпата, алмаза, топаза.
кварц
каменная соль
топаз
Slide 5
• От монокристалла
отличают поликристаллы и
поликристаллические
агрегаты, состоящие из
множества различно
ориентированных мелких
монокристаллов.
• У поликристаллов
анизотропия не
проявляется.
Slide 6
• Особые свойства кристаллов – анизотропия,
симметрия, плавление при определенной температуре
объясняются их внутренней структурой. Атомы
расположены так, что образуют правильную
трехмерную решетку, называющуюся
кристаллической.
ГАЛИЙ (температура
плавления которого ниже
температуры
человеческого тела
• Оптическая анизотропия -
двойное лучепреломление в
кристалле исландского шпата.
Slide 7
Строение кристаллов
В зависимости от рода
частиц, расположенных
в узлах
кристаллической
решётки, и характера
сил взаимодействия
между ними: кристаллы
делят на четыре типа:
ионные, атомные,
металлические
и молекулярные.
Slide 8
Ионные кристаллы
• Ионные кристаллы построены
из чередующихся катионов и
анионов, которые
удерживаются в
определенном порядке
силами электростатического
притяжения и отталкивания.
•При этом все катионы и анионы
образуют простейшую
кубическую кристаллическую
решетку.
Slide 9
•Примером ионного кристалла
может служить кристалл NaCl
(поваренная соль), который
представляет собой две
вложенные друг в друга
одинаковые
гранецентрированные
кубические решётки.
• В узлах одной из них
находятся ионы Na+,
а в узлах другой —
ионы Cl —.
Slide 10
Атомные кристаллы
• В ковалентных кристаллах (их
•
•
еще называют атомными) в узлах
кристаллической решетки
находятся атомы, одинаковые
или разные, которые связаны
ковалентными связями. Эти
связи прочные и направлены под
определенными углами.
Типичным примером является
алмаз; в его кристалле каждый
атом углерода связан с четырьмя
другими атомами, находящимися
в вершинах тетраэдра.
Ковалентные кристаллы
образуют бор, кремний,
германий, мышьяк, ZnS, SiO2,
ReO3, TiO2, CuNCS
Slide 11
• Каждый атом углерода
связан с четырьмя
соседними атомами,
которые находятся на
одинаковых расстояниях
от него в вершинах
тетраэдра.
•Такая конструкция
кристаллической
решётки и придаёт
алмазу известную очень
высокую твёрдость.
Slide 12
Молекулярные Кристаллы.
• Молекулярные кристаллы
построены из изолированных
молекул, между которыми
действуют сравнительно
слабые силы притяжения. В
результате такие кристаллы
имеют намного меньшие
температуры плавления и
кипения, твердость их низка.
Так, кристаллы благородных
газов плавятся уже при очень
низких температурах.
Slide 13
• Из неорганических
ЛЕД
соединений молекулярные
кристаллы образуют многие
неметаллы (благородные
газы, водород, азот, белый
фосфор, кислород, сера,
галогены), соединения,
молекулы которых
образованы только
ковалентными связями (H2O,
HCl, NH3, CO2 и др.).
Slide 14
Белки тоже образуют
молекулярные
кристаллы
Так выглядят кристаллы
лизоцима в обычном
оптическом микроскопе
Кристаллы различных белков,
выращенные на космических
станциях.
инсулин
Slide 15
Металлические кристаллы
• В узлах кристаллической решётки
располагаются положительные ионы
металла. При образовании такой
кристаллической решётки— все
слабосвязанные валентные
электроны коллективизируются и
принадлежать уже всему кристаллу
полоний
• Иногда говорят,
что металл — это
положительно
заряженная
кристаллическая
решётка, стянутая
электронным газом.
медь
Slide 16
• ПОЛИМОРФИЗМ способность
твердых веществ и жидких
кристаллов существовать в двух или
нескольких формах с различной
кристаллической структурой и
свойствами при одном и том же
химимическом составе.
Полиморфизм
Типичный пример полиморфных
форм – модификации углерода:
алмаз и лонсдейлит, в
которых атомы объединены
ковалентными связями в
пространственный каркас;
графит, в структуре которого
имеются слои наиболее прочно
связанных атомов;
карбин, построенный из
бесконечных линейных цепочек.
Эти модификации резко
различаются по свойствам.
a — алмаз, b — графит, c — лонсдейлит,
d — карбин, e — фуллерен C60, f —
аморфный углерод, g — одностенная
углеродная нанотрубка.
Slide 17
• Физические свойства
Анизотропия
(упругие, механические,
тепловые, электрические,
магнитные, оптические и
некоторые другие) у
монокристаллов отличаются
по различным направлениям.
Исландский шпат.
Оптическая анизотропия.
Слюда. Анизотропия прочности.
Slide 18
• Современной
промышленности нужны
разные кристаллы и люди
научились их выращивать.
Установка для выращивания
искусственных кристаллов
Кресло из кристаллов соли, выращенное
в обычной емкости с водой
Синтетические кристаллы
Slide 19
Выращивание кристаллов в
домашних условиях
• Чтобы вырастить
кристалл, полезно
знать, какие процессы
управляют его ростом;
почему разные
вещества дают
кристаллы различной
формы, а некоторые
вовсе не образуют
кристаллов; что надо
сделать, чтобы
кристаллы получились
большими и красивыми.
Slide 20
Выращивание кристаллов
медного купороса
CuSO4
Slide 21
Жидкие Кристаллы
• Необычное сочетание слов "жидкие кристаллы",
вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не все
себе представляют, что же стоит за этим странным
и, казалось бы противоречивым понятием.
Жидкие кристаллы обладают двойственными
свойствами, сочетая в себе свойство
жидкостей (текучесть) и свойство
кристаллических тел (анизотропию).
Slide 22
Где же применяются кристаллы?
Применения кристаллов в
науке и технике так
многочисленны и
разнообразны, что их
трудно перечислить.
Солнечные батареи
изготавливают из
кристаллов
полупроводников
ЖК экраны встречаются
теперь на каждом шагу
•
На полупроводниковых
заводах тончайшие схемы
рисуют рубиновыми
иглами.
Slide 23
• Самый твердый и самый
редкий из природных
минералов – алмаз всегда
использовался в
украшениях.
• Сегодня алмаз в первую
очередь камень-работник, а не
камень-украшение.
• Благодаря своей
исключительной твердости
алмаз играет огромную роль в
технике. Алмазными пилами
распиливают камни.
• Алмазным порошком шлифуют
и полируют твердые камни,
закаленную сталь, твердые и
сверхтвердые сплавы.
Slide 24
• Новая жизнь рубина - это
лазер или, как его называют в
науке, оптический квантовый
генератор (ОКГ), чудесный
прибор наших дней.
Slide 25
Открытие ХХ века – жидкие кристаллы находят всё новые и неожиданные
применения
• Светопреломляющие
жидкие кристаллы в
адаптивной линзе
реагируют на
изменение
электрического поля,
делая возможным
изменение
фокусного
расстояния
Slide 26
• Создаются плоские
телевизоры с тонким
жидкокристаллическим
экраном.
Будущее 3D видео за жидкими кристаллами.
Солнцезащитные очки
на жидких кристаллах.
Slide 27
• Мир кристаллов
удивительно интересен.
КОНЕЦ
•Красота их
форм вызывает
восхищение.
Кристаллы
Slide 2
О кристаллах
• КРИСТАЛЛЫ –
структуры, в которых
мельчайшие частицы
(атомы, ионы или
молекулы) «упакованы» в
определенном порядке. В
результате при росте
кристаллов на их
поверхности
самопроизвольно
возникают плоские грани,
а сами кристаллы
принимают разнообразную
геометрическую форму.
Slide 3
Каждый, кто побывал в музее минералогии или на
выставке минералов, не мог не восхититься
изяществом и красотой форм, которые принимают
«неживые» вещества.
Slide 4
•Монокристалл — отдельный
однородный кристалл, имеющий
непрерывную кристаллическую
решётку и характеризующийся
анизотропией свойств.
• Внешняя форма монокристалла
обусловлена его атомнокристаллической структурой и
условиями кристаллизации.
•Часто монокристалл приобретает хорошо
выраженную естественную огранку. Примерами
огранённых природных монокристаллов могут
служить монокристаллы кварца, каменной соли,
исландского шпата, алмаза, топаза.
кварц
каменная соль
топаз
Slide 5
• От монокристалла
отличают поликристаллы и
поликристаллические
агрегаты, состоящие из
множества различно
ориентированных мелких
монокристаллов.
• У поликристаллов
анизотропия не
проявляется.
Slide 6
• Особые свойства кристаллов – анизотропия,
симметрия, плавление при определенной температуре
объясняются их внутренней структурой. Атомы
расположены так, что образуют правильную
трехмерную решетку, называющуюся
кристаллической.
ГАЛИЙ (температура
плавления которого ниже
температуры
человеческого тела
• Оптическая анизотропия -
двойное лучепреломление в
кристалле исландского шпата.
Slide 7
Строение кристаллов
В зависимости от рода
частиц, расположенных
в узлах
кристаллической
решётки, и характера
сил взаимодействия
между ними: кристаллы
делят на четыре типа:
ионные, атомные,
металлические
и молекулярные.
Slide 8
Ионные кристаллы
• Ионные кристаллы построены
из чередующихся катионов и
анионов, которые
удерживаются в
определенном порядке
силами электростатического
притяжения и отталкивания.
•При этом все катионы и анионы
образуют простейшую
кубическую кристаллическую
решетку.
Slide 9
•Примером ионного кристалла
может служить кристалл NaCl
(поваренная соль), который
представляет собой две
вложенные друг в друга
одинаковые
гранецентрированные
кубические решётки.
• В узлах одной из них
находятся ионы Na+,
а в узлах другой —
ионы Cl —.
Slide 10
Атомные кристаллы
• В ковалентных кристаллах (их
•
•
еще называют атомными) в узлах
кристаллической решетки
находятся атомы, одинаковые
или разные, которые связаны
ковалентными связями. Эти
связи прочные и направлены под
определенными углами.
Типичным примером является
алмаз; в его кристалле каждый
атом углерода связан с четырьмя
другими атомами, находящимися
в вершинах тетраэдра.
Ковалентные кристаллы
образуют бор, кремний,
германий, мышьяк, ZnS, SiO2,
ReO3, TiO2, CuNCS
Slide 11
• Каждый атом углерода
связан с четырьмя
соседними атомами,
которые находятся на
одинаковых расстояниях
от него в вершинах
тетраэдра.
•Такая конструкция
кристаллической
решётки и придаёт
алмазу известную очень
высокую твёрдость.
Slide 12
Молекулярные Кристаллы.
• Молекулярные кристаллы
построены из изолированных
молекул, между которыми
действуют сравнительно
слабые силы притяжения. В
результате такие кристаллы
имеют намного меньшие
температуры плавления и
кипения, твердость их низка.
Так, кристаллы благородных
газов плавятся уже при очень
низких температурах.
Slide 13
• Из неорганических
ЛЕД
соединений молекулярные
кристаллы образуют многие
неметаллы (благородные
газы, водород, азот, белый
фосфор, кислород, сера,
галогены), соединения,
молекулы которых
образованы только
ковалентными связями (H2O,
HCl, NH3, CO2 и др.).
Slide 14
Белки тоже образуют
молекулярные
кристаллы
Так выглядят кристаллы
лизоцима в обычном
оптическом микроскопе
Кристаллы различных белков,
выращенные на космических
станциях.
инсулин
Slide 15
Металлические кристаллы
• В узлах кристаллической решётки
располагаются положительные ионы
металла. При образовании такой
кристаллической решётки— все
слабосвязанные валентные
электроны коллективизируются и
принадлежать уже всему кристаллу
полоний
• Иногда говорят,
что металл — это
положительно
заряженная
кристаллическая
решётка, стянутая
электронным газом.
медь
Slide 16
• ПОЛИМОРФИЗМ способность
твердых веществ и жидких
кристаллов существовать в двух или
нескольких формах с различной
кристаллической структурой и
свойствами при одном и том же
химимическом составе.
Полиморфизм
Типичный пример полиморфных
форм – модификации углерода:
алмаз и лонсдейлит, в
которых атомы объединены
ковалентными связями в
пространственный каркас;
графит, в структуре которого
имеются слои наиболее прочно
связанных атомов;
карбин, построенный из
бесконечных линейных цепочек.
Эти модификации резко
различаются по свойствам.
a — алмаз, b — графит, c — лонсдейлит,
d — карбин, e — фуллерен C60, f —
аморфный углерод, g — одностенная
углеродная нанотрубка.
Slide 17
• Физические свойства
Анизотропия
(упругие, механические,
тепловые, электрические,
магнитные, оптические и
некоторые другие) у
монокристаллов отличаются
по различным направлениям.
Исландский шпат.
Оптическая анизотропия.
Слюда. Анизотропия прочности.
Slide 18
• Современной
промышленности нужны
разные кристаллы и люди
научились их выращивать.
Установка для выращивания
искусственных кристаллов
Кресло из кристаллов соли, выращенное
в обычной емкости с водой
Синтетические кристаллы
Slide 19
Выращивание кристаллов в
домашних условиях
• Чтобы вырастить
кристалл, полезно
знать, какие процессы
управляют его ростом;
почему разные
вещества дают
кристаллы различной
формы, а некоторые
вовсе не образуют
кристаллов; что надо
сделать, чтобы
кристаллы получились
большими и красивыми.
Slide 20
Выращивание кристаллов
медного купороса
CuSO4
Slide 21
Жидкие Кристаллы
• Необычное сочетание слов "жидкие кристаллы",
вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не все
себе представляют, что же стоит за этим странным
и, казалось бы противоречивым понятием.
Жидкие кристаллы обладают двойственными
свойствами, сочетая в себе свойство
жидкостей (текучесть) и свойство
кристаллических тел (анизотропию).
Slide 22
Где же применяются кристаллы?
Применения кристаллов в
науке и технике так
многочисленны и
разнообразны, что их
трудно перечислить.
Солнечные батареи
изготавливают из
кристаллов
полупроводников
ЖК экраны встречаются
теперь на каждом шагу
•
На полупроводниковых
заводах тончайшие схемы
рисуют рубиновыми
иглами.
Slide 23
• Самый твердый и самый
редкий из природных
минералов – алмаз всегда
использовался в
украшениях.
• Сегодня алмаз в первую
очередь камень-работник, а не
камень-украшение.
• Благодаря своей
исключительной твердости
алмаз играет огромную роль в
технике. Алмазными пилами
распиливают камни.
• Алмазным порошком шлифуют
и полируют твердые камни,
закаленную сталь, твердые и
сверхтвердые сплавы.
Slide 24
• Новая жизнь рубина - это
лазер или, как его называют в
науке, оптический квантовый
генератор (ОКГ), чудесный
прибор наших дней.
Slide 25
Открытие ХХ века – жидкие кристаллы находят всё новые и неожиданные
применения
• Светопреломляющие
жидкие кристаллы в
адаптивной линзе
реагируют на
изменение
электрического поля,
делая возможным
изменение
фокусного
расстояния
Slide 26
• Создаются плоские
телевизоры с тонким
жидкокристаллическим
экраном.
Будущее 3D видео за жидкими кристаллами.
Солнцезащитные очки
на жидких кристаллах.
Slide 27
• Мир кристаллов
удивительно интересен.
КОНЕЦ
•Красота их
форм вызывает
восхищение.