Qattiq jismlarning kristall strukturasi
![1) 2)
NaCl – ionli kristallik strukturasi: 1 – Xlorid ion Cl -
; 2 – Natriy kationi Na +
.
Ion strukturalarda qarama-qarshi ionlar bir-birlariga nisbatan ideal bir xil
nisbatlarda zarrachalar bilan o’ralgan bo’ladi.
Shunday qilib individual molekulalar qattiq holatga o’tganda ularning
individualligi yo’qoladi va ionli birikmalarda hamma kristallga gigant yagona
zarracha deb qaraladi. Ion kristallarda alohida molekulalarni ajratish mumkin
emas , ular bo’lmaydi. Butun kristallni teng sondagi qarama-qarshi ionlardan
tashkil topgan gigant mikromolekula deb qarash mumkin.
Masalan, osh tuzida qattiq holatda NaCl-holida emas, balki gigant zarracha
Na
n Cl
m holida mavjud bo’ladi. Faqat ionli birikmalar ishtirok etishi bilan boradigan
reaksiyalarning tenglamalarini yozishda soddalashtirish maqsadida yaxlit zarracha
NaCl holida yozish qabul qilingan.
Ionli strukturalarda mavjud bo’lgan kulon kuchlari hisobiga , molekulalararo
kuchlarga nisbatan zarrachalar kuchli tortishgan bo’ladi. Shu bilan bog’liq holda
ionli birikmalarning suyuqlanish tempraturalari va qattiqliklari qutbli va qutbsiz
molekulalardan hosil bo’lgan moddalarga nisbatan ancha yuqori bo’ladi.
Kristallarda ionlararo tortishish kuchlari ko’pincha kristallik panjara energiya
kattaligi bilan xarakterlanadi. Bu energiya gaz holidagi ionlardan bir mol modda
hosil bo’lishida ajralib chiqadigan energiyaga teng bo’ladi.
Na +
+Cl -
=[NaCl]+186kkal
10](/data/documents/4155383f-485f-40d1-8136-e24483b38291/page_10.png)
Qattiq jismlarning kristall strukturasi Reja: 1.Kirish ………………………………………………………………… 2 2. Asosiy qism 2.1 Qattiq jism turlari. Qattiq jismlarning kristal tuzilishi ………………. 5 2.2 Qattiq moddalar strukturalarining asosiy tiplari ……….…….……… 9 2.3 Kristall panjara turlari ………………………………………….…… 13 3. Xulosa …………………………………………………………………… 4. Foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati ………………………………..…
Kirish Qattiq jismlar ( metallar, yarim o’tkazgichlar va dielektriklar) hozirgi zamon elektronika va asbobsozlik sanoatining asosiy elementlari hisoblanad. Bu elementlar asosida ishlaydigan zamonaviy asboblarning ishlash prinspi va konstruksiyasi eng avvalo qattiq jismlarning fizik xossalari bilan bevosita bog’liq. Qattiq jismlarning tuzilishi, strukturasi ularning fizik xususiyatlari, qo’llanish sohalarini o’rganish, elektronika va asbobsozlik sohasida qattiq jismlar bilan bog’liq bo’lgan fundamental va amaliy masalalarni yechishda muhim ahamiyat kasb etadi. Qattiq jismning makroskopik xususiyatlari haqidagi ma lumotlarni to plash vaʼ ʻ tartiblashtirish 17-asrdan boshlangan. Qattiq jismga mexanik kuch, yorug lik, ʻ elektr va magnit maydon va h.k.ning ta sirini ifodalovchi bir qator empirik ʼ qonunlar ochildi: Guk qonuni (1660), Dyulong va Pti qonuni (1918), Om qonuni (1826), Videman — Frans qonuni (1835) va boshqalar Qattiq jism atomlar, molekulalar va ionlardan tuziladi. Qattiq jismning tuzilishi atomlar orasidagi ta sir ʼ kuchiga bog liq. Bir xil atomlarning o zi turli strukturalarni hosil qilishi mumkin ʻ ʻ (kul rang va oq qalay, grafit va olmos va h.k.). Tashqi bosim yordamida atomlararo masofani o zgartirib, Qattiq jismning kristall tuzilishini va xossalarini tubdan ʻ o zgartirish mumkin. Ko pgina yarimo tkazgichlar bosim ostida metall holatga ʻ ʻ ʻ o tadi (oltingugurt 8 120000 atm. bosimi ostida metallga aylanadi). Tashqi bosim ʻ tufayli 1 atomga to g ri keladigan hajm atomning odatdagi hajmidan kichik bo lib ʻ ʻ ʻ qolganda atomlar o z indivialligini yo qotadi va modsa o ta siqilgan ʻ ʻ ʻ elektronyadroviy plazmaga aylanadi. Moddaning bunday holatini o rganish, ʻ xususan, yulduzlarning strukturasini tushunish uchun juda muhim. Qattiq jismning tuzilishi va xossalarining o zgarishi (fazaviy o tishlar), temperatura o zgarganda, ʻ ʻ ʻ magnit maydon ta sirida va boshqalar tashqi ta sirlar natijasida ham yuz berishi ʼ ʼ mumkin. 2
Kristallarning mustahkamligi atomlar orasidagi bog lanish kuchlariga muvofiq ʻ kelmaydi. 1922-yilda A.F. Ioffe real kristallarning mustahkamligi pastligini ularning sirtidagi makroskopik defektlarning ta siri deb tushuntirdi (Ioffe effekti). ʼ 1933-yilda J. Teylor, E. Orovan (AQSH) va M. Polyani (Buyuk Britaniya) dislokatsiyashr tushunchasini ta rifladi. Katta mexanik kuchlanishlar ostida kristall ʼ o zini qanday tutishi dislokatsiya va kristall panjaraning boshqa chiziqli defektlari ʻ boryo qligiga bog liq. Qattiq jismning plastikligi ko p hollarda dislokatsiyalarga, ʻ ʻ ʻ mexanik xususiyatlari unga nuqsonlarni kirituvchi yoki yo qotuvchi ishlov ʻ berishga bog liq bo ladi. 1926-yilda Ya.I. Frenkel real kristallda panjaraning ʻ ʻ nuqtaviy defeqtlari (vakansiyalar, tugunlararo atomlar) bo lishiga e tiborni jalb etdi ʻ ʼ va ularning Qattiq jismdagi diffuziya jarayonlaridagi rolini ko rsatdi. ʻ Qattiq jismdagi atomlar va ionlar harakatining tebranish xarakteriga ega bo lishi ʻ erish temperaturasi T3gacha saqlanadi. Hatto T=Teda ham atomlarning tebranish amplitudasi atomlararo masofalardan ancha kichik bo ladi, erish esa T>Tzaa ʻ suyuqlikning termodinamik potensiali Qattiq jism nikidan kichik bo lishi ʻ tufaylidir. Kristall panjara dinamikasining nazariyasi 20-asr boshida ishlab chiqildi. U kvant nazariyasini hisobga oladi. Kristall panjara atomlari tebranma harakatining kvantlanishi fonon tushunchasiga olib keldi (I.Ye. Tamm, 1929) va Qattiq jism issiqlik xossalarini kvazizarralar — fononlar — gazi xossalari sifatida tavsiflash imkonini berdi. Elektron kashf etilishi bilan Qattiq jismning elektron nazariyasi rivojlana boshladi. Nemis fizigi P.Drude (1900) quyidagi farazni ilgari surdi: metallardagi valent elektronlar atomlar bilan bog lanmagan bo lib, kristall ʻ ʻ panjarani to ldiruvchi erkin elektronlar gazini hosil qiladi va odatdagi ʻ siyraklashgan gazga o xshab, Boltsman taqsimotiga bo ysunadi. Bu modelni ʻ ʻ golland fizigi X.A. Lorents rivojlantirdi. Bu nazariya metallarning bir qancha xossalarini tushuntirib berdi. Biroq uning asosida hisoblab topilgan issiqlik sig imidagi elektronlarning hissasi tajribadan keskin farq qildi. Metallardagi ʻ elektron gazni tavsiflashda kvant mexanika va kvant statistika uslublari (Fermi — Dirak taqsimoti)ni qo llash ʻ 3
(1927—28, nemis fizigi A. Zommerfeld; Ya. I. Frenkel) Qattiq jismdagi kinetik hodisalar (elektr va issiqlik o tkazuvchanlik, galvanomagnit hodisalar vaʻ boshqalar)ning kvant nazariyasini rivojlantirish uchun asos yaratdi. T=0 da metalldagi elektronlarning ma lum bir maksimal sath (Fermi energiyasi) gacha ʼ bo lgan barcha energiya sathlari to lgan bo ladi. temperatura ortganda ʻ ʻ ʻ elektronlarning ozgina qismigina bu sathsan yuqoriroq sathlarga o tadi. Bu hol A. ʻ Zommerfeldga (1927) metallar issiqlik sig imiga elektronlarning hissasi kichik ʻ bo lishini tushuntirish imkonini berdi. Kristall panjara davriy maydonining ʻ elektronlar xarakatiga ta siriga kvant mexanika nuqtai nazaridan qarash ʼ elektronning kristalldagi harakatini tushuntirishga va Qattiq jismning zamonaviy nazariyasi asosi bo lgan zonalar nazariyasiga olib keldi. ʻ 1931-yilda ingliz fizigi A. Vilson turli elektr xossalarga ega bo lgan Qattiq ʻ jismlarning mavjud bo lishi energetik zonalarning T=0 da elektronlar bilan to lish ʻ ʻ xarakteriga bog liq bo lishini ko rsatdi. Agar hamma zonalar elektronlar bilan ʻ ʻ ʻ to lgan yoki bo sh bo lsa, bunday jismlar elektr tokini o tkazmaydi, ya ni ʻ ʻ ʻ ʻ ʼ dielektrik, elektronlarga qisman to lgan zonalarga ega Qattiq jism metall bo ladi. ʻ ʻ Yarimo tkazgichlar dielektriklardan shu bilan farq qiladiki, ularning oxirgi to lgan ʻ ʻ (valent) zonasi bilan birinchi bo sh zonasi (o tkazuvchanlik zonasi) orasidagi ʻ ʻ taqiqlangan zonaning kengligi kichik bo ladi. Kristallarda defekt yoki ʻ aralashmaning bo lishi taqiqlangan zonada qo shimcha energetik sathlarning ʻ ʻ paydo bo lishiga olib keladi. ʻ Valent zonasi va o tkazuvchanlik zonasi juda kam ʻ tutashgan Qattiq jism yarimmetallar deb ataladi. Tirqishsiz yarimo tkazgichlar ham ʻ bo ladi; ularning o tkazuvchanlik zonasi valent zonaga tegib turadi. Metallarda ʻ ʻ Fermi sathi taqiqlanmagan zonada, yarimo tkazgichlarda Fermi sathi taqiqlangan ʻ zonada joylashadi. Tirqishsiz yarimo tkazgichlardaFermi sathi valent zonasini ʻ o tkazuvchanlik zonasidan ajratuvchi chegara bilan mos tushadi. Elektron ʻ o tkazuvchanlik zonasiga o tganda valent zonada bo sh o rin — kovak hosil ʻ ʻ ʻ ʻ bo ladi. O tkazuvchanlik elektronlari va kovaklar yarimo tkazgichlardagi zaryad ʻ ʻ ʻ tashuvchilardir. 4
2.1 Qattiq jism turlari. Qattiq jismlarning kristal tuzilishi. Qattiq jismlar d е b n о rmal shar о itda o’zining o’lchami va shaklini saqlay о ladigan m о ddalarga aytiladi. Kristall qattiq jismlarda ularni tashkil qiluvchi at о m va m о l е kulalar qat’iy tartib bilan j о ylashadi. Agar bu tartib ikki qo’shni at о m yoki m о l е kula о rasidagi mas о fadan bir qancha marta katta bo’lgan mas о falargacha saqlansa uni uz о q tartib d е b ataladi. Kristallar aniq suyulish t е mp е raturasiga (nuqtasiga ) ega bo’ladi. Qattiq jismlar kristall va am о rf jismlarga bo’linadi. El е ktrik хо ssalariga ko’ra qattiq jismlar o’tkazgich, yarim o’tkazgich va diel е ktriklarga bo’linadi.El е ktr o’tkazuvchanlik t е mp е raturaga b о g’liq bo’ladi. Taqiqlangan z о na k е ngligi o’tkazgichlar, yarim o’tkazgichlar va diel е ktriklarda har х il bo’ladi. Moddalarning qattiq holati na faqat molekulalarining bir-birlari bilan juda kuchli bog’langanligi, balki doimiy hajmi va shaklini (kristallar) saqlashi bilanxarakterlanadi. Umuman olganda qattiq jismlar turli xususiyatlariga asoslanib ikki turga , kristall va amorf jismlarga ajratiladi. Kristall jismlarning asosiy xususiyati ularning izotropik emasligi (anizotropligi), ya’ni ba’zi fizik xossalar yorug`lik, issiqlik, elastiklik moduli va hokazolar tarqalish tezligining yo`nalishga bog’liqligidir. Barcha yo`nalishlarning teng kuchliligiga izotroplik, teng kuchli emasligiga esa anizotroplik deyiladi. 5