Použitie umelých kryštálov. Hlavné aplikácie umelých kryštálov

Žijúc na Zemi zloženej z kryštalických hornín, samozrejme, nemôžeme uniknúť problému kryštalinity: chodíme po kryštáloch, staviame s kryštálmi, spracovávame kryštály v továrňach, pestujeme ich v laboratóriách, široko ich využívame v technológii a vede, jeme kryštály a podstúpiť liečbu... Veda kryštalografie študuje rozmanitosť kryštálov. Komplexne skúma kryštalické látky, študuje ich vlastnosti a štruktúru. V dávnych dobách boli kryštály považované za vzácne. Objavenie veľkých homogénnych kryštálov v prírode je skutočne zriedkavým javom. Jemne kryštalické látky sú však celkom bežné. Napríklad takmer všetky horniny: žula, pieskovec, vápenec sú kryštalické. Keď sa výskumné metódy zlepšovali, látky, ktoré boli predtým považované za amorfné, sa ukázali ako kryštalické. Teraz vieme, že aj niektoré časti tela sú kryštalické, napríklad rohovka oka, vitamíny, melínový obal nervov sú kryštály. Dlhá cesta hľadaní a objavov, od merania vonkajšieho tvaru kryštálov až po hĺbku ich atómovej štruktúry, ešte nebola ukončená. Teraz však vedci celkom dobre študovali jeho štruktúru a učia sa ovládať vlastnosti kryštálov.

Kryštály sú nádherné, dalo by sa povedať nejaký zázrak, priťahujú vás; Hovoria „muž krištáľovej duše“ o niekom, kto má čistú dušu. Krištáľ znamená žiariť svetlom, ako diamant... A ak hovoríme o kryštáloch s filozofickým postojom, tak môžeme povedať, že ide o materiál, ktorý je medzičlánkom medzi živou a neživou hmotou. Kryštály môžu vzniknúť, starnúť a zrútiť sa. Kryštál, keď rastie na semene (na embryu), dedí defekty práve tohto embrya. Vo všeobecnosti sa dá uviesť veľa príkladov, ktoré človeka naladia do takej filozofickej nálady, aj keď je tu samozrejme veľa zla... Napríklad v televízii teraz počuť o priamej súvislosti medzi stupňom poriadku vody molekuly a slová, s hudbou, a tá voda sa mení v závislosti od myšlienok, od zdravotného stavu pozorovateľa. Neberiem to vážne. V skutočnosti je okolo vedy veľa šarlatánstva a špekulácií. Ale modlitba je sprostredkovaná, pôsobí skrze Ducha Svätého a netreba miešať vedecký prístup a duchovné veci.

Ale ak hovoríme celkom vážne, teraz je snáď nemožné pomenovať jedinú disciplínu, ani jednu oblasť vedy a techniky, ktorá by sa zaobišla bez kryštálov. Keď som pracoval, lekári sa ku mne hrnuli a ukazovali mi obličkové kamene pacientov: zaujímali sa o prostredia, v ktorých dochádza k tvorbe kryštálov. A navštívili sme veľa lekárnikov, pretože tablety sú lisované kryštály. Absorpcia a rozpúšťanie tabliet závisí od toho, ktorými okrajmi sú tieto mikrokryštály pokryté. Vitamíny, myelínový obal nervov, proteíny a vírusy sú kryštály. A naše konzultácie priniesli veľkú spokojnosť, odpovedali na otázky, ktoré vyvstali...

Kryštál má zázračné vlastnosti, plní rôzne funkcie. Tieto vlastnosti sú vlastné jeho štruktúre, ktorá má trojrozmernú mriežkovú štruktúru.

Príkladom použitia kryštálov je kremenný kryštál používaný v telefónnych slúchadlách. Ak je kremenná platňa mechanicky ovplyvnená, vznikne v nej elektrický náboj v príslušnom smere. V trubici mikrofónu kremeň premieňa mechanické vzduchové vibrácie spôsobené reproduktorom na elektrické. Elektrické vibrácie v telefóne vášho účastníka sa premenia na oscilačné vibrácie, a teda počuje reč.

Keďže ide o mriežku, kryštál je fazetovaný a každá tvár, podobne ako osobnosť, je jedinečná. Ak je tvár husto naplnená v mriežke hmotnými časticami (atómami alebo molekulami), potom ide o veľmi pomaly rastúcu tvár. Napríklad diamant. Jeho plochy majú tvar osemstenu, sú veľmi husto nabité atómami uhlíka a vďaka tomu sa líšia leskom aj silou.

Kryštalografia nie je nová veda. M.V. Lomonosov stojí pri jeho počiatkoch. Ale pestovanie umelých kryštálov je až neskoršia záležitosť. Shubnikovova populárna kniha „The Formation of Crystals“ bola vydaná v roku 1947. Táto vedecká prax vyrástla z mineralógie, vedy o kryštáloch a amorfných pevných látkach. Pestovanie kryštálov bolo možné vďaka štúdiu mineralogických údajov o tvorbe kryštálov v prírodných podmienkach. Štúdiom povahy kryštálov určili zloženie, z ktorého vyrástli a podmienky ich rastu. A teraz sa tieto procesy napodobňujú, čím sa získavajú kryštály so špecifikovanými vlastnosťami. Na výrobe kryštálov sa podieľajú chemici a fyzici. Ak prvé vyvíjajú technológiu rastu, druhé určujú ich vlastnosti. Dajú sa odlíšiť umelé kryštály od prírodných? Tu je otázka. Napríklad umelý diamant je stále horší ako prírodný diamant v kvalite, vrátane lesku. Umelé diamanty síce nevyvolávajú šperkársku radosť, no na využitie v technike sa celkom hodia a v tomto zmysle sú na rovnakej úrovni s prírodnými. Drzí pestovatelia (tzv. chemici, ktorí pestujú umelé kryštály) sa opäť naučili pestovať tie najjemnejšie kryštalické ihlice s extrémne vysokou pevnosťou. To sa dosiahne manipuláciou s chémiou média, teplotou, tlakom a vystavením niektorým ďalším dodatočným podmienkam. A to je už celé umenie, kreativita, zručnosť - presné vedy tu nepomôžu, v tejto oblasti fungujú zle. Zosnulý akademik Nikolaj Vasiljevič Belov povedal, že umenie pestovania kryštálu patrí odborníkovi, ktorý má pre krištáľ bystrý zmysel.

Späť dopredu

Pozor! Ukážky snímok slúžia len na informačné účely a nemusia predstavovať všetky funkcie prezentácie. Ak vás táto práca zaujala, stiahnite si plnú verziu.

Úvod

Žijeme vo svete, v ktorom je väčšina látok v pevnom stave. Používame rôzne mechanizmy, nástroje, zariadenia. Bývame v domoch a bytoch. Máme nábytok, domáce spotrebiče, najmodernejšie komunikačné prostriedky: televíziu, rádio, počítače atď. Ale to všetko sú pevné telá. Z fyzického hľadiska je človek pevné telo. Čo sú teda pevné látky?

Pevné látky si na rozdiel od kvapalín zachovávajú nielen objem, ale aj tvar, keďže poloha častíc, ktoré tvoria telo, je stabilná. V dôsledku významných síl medzimolekulovej interakcie sa častice nemôžu od seba vzďaľovať na veľké vzdialenosti.

V prírode sa často vyskytujú pevné telesá, ktoré majú tvar pravidelných mnohostenov. Takéto telesá sa nazývali kryštály. Štúdium fyzikálnych vlastností kryštálov ukázalo, že geometricky správny tvar nie je ich hlavným znakom.

Slávny výrok akademika A.E. Fersman „Takmer celý svet je kryštalický. Svetu vládne kryštál a jeho pevné, lineárne zákony“ je plne v súlade s nehynúcim vedeckým záujmom vedcov z celého sveta a všetkých oblastí poznania o tento predmet výskumu. Koncom 60-tych rokov minulého storočia sa v oblasti tekutých kryštálov začal vážny vedecký prielom, ktorý viedol k „revolúcii indikátorov“, ktorá nahradila mechanizmy ukazovateľov prostriedkami vizuálneho zobrazovania informácií. Neskôr sa do vedy dostal koncept biologického kryštálu (DNA, vírusy atď.) av 80. rokoch dvadsiateho storočia - fotonický kryštál.

Čo sú kryštály? Aké vlastnosti majú? Čo je to kryštálová mriežka? Ako rastú kryštály? Je možné pestovať kryštál doma? Ako a kde sa v súčasnosti používajú? Aké kryštály možno nazvať drahými kameňmi? Tieto otázky nás zaujali a snažili sme sa na ne nájsť odpovede, pretože v učebnici je tejto téme uvedený len jeden odsek a odpovede na tieto otázky sme nenašli, alebo boli tieto odpovede neúplné. Tému „Kryštalické telesá“ považujeme za aktuálnu. Vďaka najnovším objavom v oblasti fyziky pevných látok, presnejšie fyziky kryštalických pevných látok, došlo k obrovskému skoku v rozvoji vedy a techniky, moderných komunikácií, výpočtovej techniky, kozmických lodí.

Preto sme sa rozhodli preštudovať tento problém čo najkomplexnejšie, stanoviť si ciele a konkrétne úlohy.

Ciele prace:

Sledovať vývoj názorov na povahu kryštálov;
Študovať štruktúru a fyzikálne vlastnosti kryštálov, vďaka ktorým našli také široké uplatnenie;
Preskúmajte aplikácie kryštálov;
Zistite, prečo ľudia už dlho venujú pozornosť určitým kryštálom a nazývajú ich vzácnymi, pre aké vlastnosti a vlastnosti.
Pestovanie kryštálov a sledovanie procesu ich rastu.

Vykonať analýzu zdrojov k téme projektu;
Zoznámte sa s predstavami vedcov o pevných kryštáloch v priebehu niekoľkých storočí;
Zvážte vlastnosti priestorových mriežok a ich klasifikáciu;
Študovať fyzikálne vlastnosti kryštálov;
Zoznámte sa s používaním tekutých kryštálov;
Vyberte metódu vhodnú na pestovanie kryštálov doma;
Vytvorte multimediálnu prezentáciu na tému projektu.

2. Kryštály a ich fyzikálne vlastnosti

2. 1. Pojem „kryštál“.

Starovekí Gréci používali slovo „krystallos“ vo význame ľad. Nazýval sa aj vodopriehľadný kremeň (horský krištáľ), ktorý bol vtedy mylne považovaný za „skamenelý ľad“. Následne sa tento termín rozšíril na všetky kryštalické telesá.

Kryštály sa zvyčajne nazývajú pevné látky, ktoré sa tvoria v prirodzených alebo laboratórnych podmienkach a majú formu mnohostenov, ktoré sa podobajú najprísnejším geometrickým štruktúram. Povrch takýchto postáv je obmedzený dokonalými rovinami - hranami pretínajúcimi sa pozdĺž priamych línií. Priesečníky hrán tvoria vrcholy. Túto definíciu nemožno nazvať správnou a vyžaduje si množstvo významných zmien, pretože nezahŕňa všetky kryštalické formácie. Tu je niekoľko príkladov, ktoré to dokazujú:

Táto teória zohrala vo svojej dobe veľkú historickú úlohu a dala podnet na vznik teórie mriežkovej štruktúry kryštálov. Tým sa nevyčerpávajú prednosti Gayuyi. Prvýkrát upozornil na skutočnosť, že pozorovateľ, ktorý sa pozerá na kryštál z rôznych strán, často vyzerá, akoby pred ním opakoval ten istý obraz. Vysvetľuje to skutočnosť, že takýto kryštál pozostáva z opakujúcich sa rovnakých častí. Gayuy bol jedným z prvých, ktorí pochopili symetrickú štruktúru mnohých kryštalických telies

Francúzsky kryštalograf Bravais ako námorník-meteorológ sa začal zaujímať o tvary snehových vločiek a začal do hĺbky študovať vedu o kryštáloch. Na rozdiel od svojich predchodcov, ktorí elementárnym časticiam v kryštáloch pripisovali sférický alebo rovnobežnostenný tvar, Bravais opustil akékoľvek predpoklady týkajúce sa záhadných a vtedy nedostupných foriem molekúl alebo atómov. Molekulárne „stavebné bloky“ Haüy boli nahradené bodmi Bravais a ich ťažiskami. Po identifikácii ťažísk všetkých tehál v murive získame nám už známu priestorovú mriežku.

Keď Bravais predpokladal mriežkovú štruktúru všetkých kryštalických telies vo všeobecnosti, položil základy modernej štruktúrnej kryštalografie dlho pred experimentálnymi štúdiami kryštálových štruktúr pomocou röntgenových lúčov. Podľa zákona kryštalografickej symetrie sú pre kryštály možné len osi symetrie prvého, druhého, tretieho, štvrtého a šiesteho rádu. Kryštalické obrazce teda nikdy nemajú osi symetrie piateho rádu, ako aj osi symetrie vyššie ako šieste, pretože v mriežkach sú nemožné. (Pozri prílohu č. 4)

V roku 1867 bol veľkým milovníkom a znalcom minerálov a ich kryštalických foriem aj náš krajan, významný vojenský špecialista, profesor delostreleckej školy akademik A.V.Gadolin (1828-1892). V jeho klasickom diele „Odvodenie všetkých kryštalografických systémov a ich rozčlenení z jedného spoločného princípu“ bola raz a navždy stanovená existencia 32 typov symetrie pre konečné kryštalografické útvary. Sú základom pre matematické odvodenie možných tvarov kryštálov.

Kompletná sada prvkov symetrie pre konečné kryštalické obrazce (kryštalické mnohosteny): C, P, L|, L2, L3, L4, C, Li4, L|6.

Po prejdení všetkých možných kombinácií uvedených prvkov symetrie dostaneme 32 kombinácií - 32 typov symetrie (pozri. Príloha č.4).

Typy symetrie sú rozdelené do troch kategórií (nižšia, stredná a najvyššia) a do siedmich systémov – syngónií. „Syngónia“ znamená v gréčtine podobný uhol. Názov „triklinický“ tiež v gréčtine označuje tri šikmé uhly (systém súradnicových osí pre triklinické kryštály je úplne šikmý). „Monoklinický“ - jeden šikmý uhol (v systéme súradnicových osí je jeden šikmý uhol a dva priame uhly). „Orhombický“ systém často odhaľuje prítomnosť ortorombických prierezov v kryštáloch. „Trigonálny“ - trojuholníkový; „tetragonálny“ - štvoruholníkový; „šesťhranný“ - šesťuholníkový. Tieto názvy sú tiež spojené s charakteristickými prierezmi kryštalických foriem. Názov „kubický“ systém pochádza z hlavnej formy - kocky.

2. 4. Monokryštály a polykryštály

Kryštalické telá môžu byť monokryštály alebo polykryštály. Jediný kryštál sa nazýva monokryštál, ktorý má makroskopickú usporiadanú kryštálovú mriežku. Monokryštály majú zvyčajne geometricky pravidelný vonkajší tvar, ale táto vlastnosť nie je povinná.

Väčšina pevných látok nachádzajúcich sa v prírode a vyrobených technológiou je súbor malých, chaoticky orientovaných malých kryštálov spojených dohromady - kryštalitov. Takéto telesá sa nazývajú polykryštály. Na rozdiel od monokryštálov sú polykryštály izotropné, to znamená, že ich vlastnosti sú vo všetkých smeroch rovnaké.

2.5 Kryštálový polymorfizmus

Mnohé látky v kryštalickom stave môžu existovať v dvoch alebo viacerých fázových variantoch (modifikáciách), ktoré sa líšia fyzikálnymi vlastnosťami. Tento jav sa nazýva polymorfizmus. Každá modifikácia je stabilná v určitom teplotnom a tlakovom rozsahu.

Usporiadané usporiadanie atómov alebo molekúl v kryštáli je určené pôsobením medziatómových alebo medzimolekulových interakčných síl. Tepelný pohyb atómov a molekúl narúša túto usporiadanú štruktúru. Pri každej kombinácii tlaku a teploty sa realizuje typ usporiadania častíc, ktorý je v týchto prípadoch najstabilnejší a energeticky výhodnejší, t. j. jeden alebo druhý fázový stav.

Transformácie kryštálov tej istej látky s rôznymi typmi mriežok medzi sebou sa vyskytujú v súlade s fázovými prechodmi, ako je topenie a vyparovanie. Každý tlak zodpovedá určitej teplote, pri ktorej koexistujú oba typy kryštálov. Keď sa tieto podmienky zmenia, dôjde k fázovému prechodu. Dobrým príkladom tohto javu je uhlík. V prírode existujú tri alotropické modifikácie uhlíka: diamant, grafit a karbín. (Cm. Príloha č.5)

Diamant je kryštalická látka s atómovou kryštálovou mriežkou. Každý atóm v diamantovom kryštáli je spojený atómami. To robí diamant výnimočne tvrdým. Diamant sa široko používa na spracovanie obzvlášť tvrdých materiálov: na rezanie skla, pri vŕtacích operáciách, na ťahanie drôtu atď. Diamant prakticky nevedie elektrický prúd a zle vedie teplo. Transparentné vzorky diamantov silne lámu svetelné lúče a pri brúsení sa krásne lesknú, z takýchto diamantov sa vyrábajú šperky (diamanty).

Grafit je nepriehľadný, sivej farby a má kovový lesk. V kryštálovej mriežke grafitu sú atómy uhlíka usporiadané vo vrstvách pozostávajúcich zo šesťčlenných kruhov. V nich je každý atóm uhlíka spojený silnými kovalentnými väzbami s tromi susednými atómami. Vďaka štvrtému valenčnému elektrónu každej vrstvy sa vytvorí kovová väzba. To vysvetľuje kovový lesk a pomerne dobrú elektrickú a tepelnú vodivosť grafitu. Elektródy pre elektrochemické a elektrometalurgické procesy sú vyrobené z grafitu.

Medzi vrstvami v grafite pôsobia medzimolekulové sily. Preto sa grafit ľahko odlupuje na vločky. Pri slabom trení grafitu na papieri na ňom zostáva šedá značka („grafit“ z latinského „písania“). Grafit sa používa na výrobu ceruziek a v technológii ako lubrikant.

Grafit je žiaruvzdorný a chemicky veľmi stabilný. Ohňovzdorné tégliky sú vyrobené zo zmesi grafitu a hliny na tavenie kovov v metalurgii. Grafit sa používa ako materiál pre rúrky výmenníkov tepla v chemickom priemysle. V jadrových reaktoroch sa používa ako moderátor neutrónov.

Carbin sa stal známym pomerne nedávno. Získali ho sovietski vedci a neskôr ho objavili v prírode. Toto je čierny prášok. Kryštálová mriežka je vytvorená z lineárnych uhlíkových reťazcov. Pokiaľ ide o elektrickú vodivosť, karbín zaujíma medzipolohu medzi diamantom (dielektrikum) a grafitom (vodič): karbín je polovodič.

Alotropické modifikácie uhlíka sú vzájomne konvertibilné. Pri zahrievaní sa diamant postupne mení na grafit. Na premenu grafitu na diamant je potrebný veľmi vysoký tlak (rádovo MO" Pa) a vysoká teplota (1500-3000° C) V súčasnosti sa umelá výroba diamantov z grafitu uskutočňuje vo výrobnom meradle.

2. 6 Anizotropia kryštálov

Hustota častíc v kryštálovej mriežke nie je v rôznych smeroch rovnaká. To vedie k závislosti vlastností monokryštálov na smere anizotropie.

Anizotropia je závislosť fyzikálnych vlastností látky od smeru. Fyzikálne vlastnosti polykryštálov nezávisia od smeru: sú izotropné.

Izotropná nezávislosť fyzikálnych vlastností hmoty od smeru.

Najjednoduchším príkladom kryštálovej anizotropie je ich nerovnaká sila v rôznych smeroch. Táto vlastnosť sa zreteľne prejavuje pri drvení kryštalických teliesok.

Tepelné, elektrické a optické vlastnosti tiež nie sú rovnaké v rôznych smeroch. Anizotropia fyzikálnych vlastností kryštálov a správny vonkajší tvar boli vysvetlené na základe atómovo-molekulárnej teórie štruktúry hmoty.

Tepelná vodivosť monokryštálov je tiež odlišná v rôznych smeroch. V grafite je tepelná vodivosť pozdĺž vrstiev štyrikrát väčšia ako normálna pre vrstvy: teplo sa ľahšie prenáša v tých rovinách a smeroch, kde sú atómy hustejšie.

Grafit je príkladom kryštálu s takzvanou vrstvenou štruktúrou, rozdiel v štruktúre pozdĺž a naprieč vrstvami je markantný. V iných štruktúrach tieto rozdiely nemusia byť také zrejmé, ale anizotropia vlastností kryštálu vždy závisí od symetrie štruktúry, od usporiadania atómov a od väzbových síl medzi nimi.

Zjavná je najmä anizotropia mechanických vlastností kryštálov. Kryštály s vrstevnatou štruktúrou - sľuda, sadra, grafit, mastenec v smere vrstiev sa veľmi ľahko štiepia na tenké lístky, ale nie je možné ich rezať alebo štiepať v iných rovinách.

Bezfarebné kryštály kamennej soli sú priehľadné, ako sklo. Ale vôbec sa nerozbijú ako sklo. Ak kryštál udriete nožom alebo kladivom, rozbije sa na kocky s rovnomernými, hladkými, plochými hranami. Toto je fenomén štiepenia. t.j. schopnosť deliť sa pozdĺž rovných, hladkých rovín, takzvaných štiepnych rovín. Kryštály kalcitu majú tiež veľmi dokonalé štiepenie: pri údere sa vždy rozbijú na takzvané kosoštvorce s hladkými, plochými plochami. Kosodĺžnik je šikmý hranol alebo, dalo by sa povedať, kocka pretiahnutá pozdĺž jednej z jeho uhlopriečok.

Štiepenie je prejavom anizotropie sily kryštálov: adhézne sily medzi atómami v niektorých symetricky umiestnených rovinách sú veľmi malé a kryštály sa pozdĺž týchto rovín štiepia.

3. Kryštály - drahé kamene.

3. 1 Pôvod a štruktúra drahých kameňov.

Všetky drahé kamene, až na vzácne výnimky, patria do sveta minerálov. Pripomeňme si ich pôvod a štruktúru. Minerály sa môžu vyskytovať rôznymi spôsobmi. Niektoré vznikajú z ohnivých tekutých tavenín a plynov v útrobách Zeme alebo zo sopečných láv vyvrhnutých na jej povrch (vyvreté minerály). Iné vypadávajú z vodných roztokov alebo rastú pomocou organizmov na (alebo v blízkosti) zemského povrchu (sedimentárne minerály). Nové minerály vznikajú rekryštalizáciou existujúcich minerálov pod vplyvom vysokých tlakov a vysokých teplôt v hlbokých vrstvách zemskej kôry (metamorfné minerály).

Chemické zloženie minerálov vyjadruje vzorec. Nečistoty sa neberú do úvahy, aj keď spôsobujú vznik farebných odtieňov, až po úplnú zmenu farby minerálu. Takmer všetky minerály kryštalizujú v určitých formách, to znamená, že sú to kryštály - telesá homogénneho zloženia s pravidelným usporiadaním atómov, iónov alebo molekúl v mriežke. Kryštály sa vyznačujú prísnymi geometrickými tvarmi a sú obmedzené prevažne hladkými, plochými hranami. Kryštály sú väčšinou malé, niektoré dokonca mikroskopicky malé; ale existujú aj obrie exempláre. Vnútorná štruktúra kryštálov (priestorová mriežka) určuje ich fyzikálne vlastnosti vrátane vonkajšieho tvaru, tvrdosti a schopnosti štiepenia, typu lomu, hustoty a optických javov.

V kryštalografii sú všetky kryštály systematizované, rozdelené do siedmich syngónií (systémov) (pozri. Príloha č.6): kubický, tetragonálny, šesťuholníkový, trigonálny, ortorombický, jednoklonný a trojklonný. Rozdiely medzi nimi sú tvorené kryštalografickými osami a uhlami, v ktorých sa tieto osi pretínajú.

Kubický systém (niekedy nazývaný aj pravidelný): všetky tri osi sú rovnako dlhé a orientované navzájom kolmo. Typické kryštálové tvary sú kváder, osemsten (oktaedr), kosoštvorcový dvanásťsten (12-sten s tetragonálnymi plochami), päťuholníkdodekaedrón (12-sten s päťuholníkovými plochami), ikositetraedrón (24-sten), hexakizoktedrón (48-sten).

Tetragonálny alebo štvorcový systém: tri osi sú navzájom kolmé; dve z nich majú rovnakú dĺžku a ležia v rovnakej rovine, tretia (hlavná os) je dlhšia alebo kratšia. Typickými kryštálovými tvarmi sú štvorcové hranoly a pyramídy, lichobežníkové a osemhranné pyramídy a bipyramídy.

3. 2 Drahokam alebo drahokam.

Táto skupina kameňov sa vyznačuje jednou vlastnosťou, ktorá ich spája - zvláštnou krásou. Drahokam je pojem, ktorý nemá jedinú definíciu. Len niekoľko kameňov sa nazývalo drahokamy. Teraz sa ich počet prudko zvýšil a stále sa zvyšuje. Z väčšej časti ide o minerály, oveľa menej často - minerálne agregáty (horniny). Medzi drahé kamene patria aj niektoré materiály organického pôvodu: jantár, koraly, perly. Dokonca aj skamenené organické pozostatky (fosílie) sa používajú ako dekorácie. Z hľadiska ich určenia sa drahým kameňom podobá rad ďalších šperkových materiálov: drevo, kosť, sklo a kov. Reprodukcia prírodných drahokamov prostredníctvom syntézy, ako aj umelá výroba kameňov, ktoré nemajú v prírode obdobu, ešte viac rozšírili paletu drahých kameňov.

Okrasný kameň. Je to súhrnný termín, ktorý označuje všetky kamene používané ako dekorácia, tak aj na výrobu kamenných rezbárskych prác. Niekedy sa menej hodnotné alebo nepriehľadné kamene nazývajú okrasné. V praxi sa často používa jednoducho ako synonymum pre výraz „drahokam“, pretože neexistujú presvedčivé dôvody na jasné rozlíšenie medzi „šperkami“ a „inými“ kameňmi.

Je zvykom rozlišovať šperky (drahé) kamene používané v šperkoch a ozdobné kamene určené na výrobu kamenárskych výrobkov. ( krabice, popolníky atď.) , ako aj stredná skupina šperkov a polodrahokamov.

Klenot. Ide o šperk pozostávajúci z jedného alebo viacerých drahých kameňov osadených do drahého kovu. Niekedy sa šperkom nazývajú aj leštené drahé kamene bez osadenia, ako aj šperky z drahých kovov bez kameňov.

Drahokamy sú človeku známe už najmenej sedemtisíc rokov. Prvými z nich boli ametyst, horský krištáľ, jantár, granát, nefrit, jaspis, koraly, lapis lazuli, perla, had, smaragd a tyrkys. Po dlhú dobu zostali tieto kamene dostupné len zástupcom privilegovaných vrstiev a slúžili nielen ako dekorácia, ale symbolizovali aj spoločenské postavenie ich majiteľov. Kniežacie regálie, posiate drahými kameňmi, svedčili o bohatstve a moci feudálov. Dodnes v rôznych pokladniciach a múzeách obdivujeme skvostné šperky minulých čias.

V súčasnosti sú ľudia, ktorí nosia drahokam zasadený do zlata alebo platiny, aby demonštrovali svoje bohatstvo, ale šperky častejšie slúžia nášmu potešeniu, prinášajú radosť svojou krásou a harmóniou.

Aj dnes získavame ten či onen drahokam, prežívajúc k nemu nejaké nepochopiteľné sympatie alebo sklony. Nie je prekvapujúce, že v skorších, menej osvietených dobách sa drahým kameňom pripisovala tajomná moc. Drahokamy slúžili ako amulety a talizmany, údajne chránili svojho majiteľa pred nepriateľskými silami a prinášali mu šťastie. Niektoré kamene chránili pred zlom, iné zachovávali zdravie, slúžili ako protijed, zachraňovali pred morom, vyvolávali milosť panovníkov, či prispievali k bezpečnému návratu z plavby.

Do začiatku 19. stor. drahé kamene sa dokonca používali na liečebné účely. V niektorých prípadoch sa považovalo za dostatočné mať určitý kameň, v iných sa priložil na boľavé miesto, v iných sa rozdrvil na prášok a užíval sa orálne. Staroveké lekárske knihy obsahujú „presné“ informácie o tom, ktorý kameň môže pomôcť pri konkrétnej chorobe. Liečba drahými kameňmi sa nazýva litoterapia. Niekedy to prinieslo úspech, ale to by sa nemalo pripisovať samotnému kameňu, ale psychologickej sugescii, ktorá mala na pacienta priaznivý vplyv. Zlyhania liečby boli vysvetlené skutočnosťou, že kameň sa ukázal ako „neskutočný“. V Japonsku sa dnes na lekárske účely predávajú tablety vyrobené z práškových perál (teda hlavne z uhličitanu vápenatého).

Priamym dôsledkom prevládajúcej myšlienky nadprirodzených síl obsiahnutých v drahých kameňoch bolo ich spojenie s astrológiou: boli „priradené“ k súhvezdiam zverokruhu. Tu vznikli „šťastné“ narodeninové kamene, teda drahokamy, ktoré mali nosiť ľudia narodení v tom či onom znamení zverokruhu. Tieto kamene by mali vždy sprevádzať svojich majiteľov a údajne ich chrániť pred všetkými druhmi nešťastia. Následne sa takéto drahokamy stali „šťastnými“ kameňmi mesiacov. Rovnako tak existujú kamene, ktoré sú spojené so Slnkom, Mesiacom a planétami našej slnečnej sústavy. V priebehu času sa „označenie“ drahých kameňov niekoľkokrát zmenilo. Nedávno si niektoré krajiny zvolili za svoj štátny symbol drahý kameň ťažený na ich území.

V moderných náboženstvách majú drahé kamene špecifické miesto. Takto je náprsník židovského veľkňaza zdobený štyrmi radmi drahých kameňov. Podobné kamene sa trblietajú na diadémoch a mitrách pápeža a biskupov kresťanskej cirkvi, ako aj na archách, monštranciách, rakoch a rámoch ikon.

Ale často sa drahokamy považujú len za investíciu kapitálu. Vysoká hodnota drahých kameňov obsiahnutých v takej malej forme totiž dokázala svoju stabilitu vo všetkých ekonomických búrkach posledných desaťročí.

3. 3 Štiepenie a lom

Mnoho minerálov praská alebo sa štiepi pozdĺž hladkých, rovných povrchov. Táto vlastnosť minerálov sa nazýva štiepenie a závisí od štruktúry ich kryštálovej mriežky a od adhéznych síl medzi atómami. Štiepenie sa rozlišuje na veľmi dokonalé (euklas), dokonalé (topaz) a nedokonalé (granát). Množstvo drahých a okrasných kameňov (napr , v kremeni) úplne chýba. Oddeliteľnosť je schopnosť kryštálu rozdeliť sa v určitých oblastiach pozdĺž paralelne orientovaných povrchov.

Prítomnosť štiepenia sa musí brať do úvahy pri leštení a rezaní kameňov, ako aj pri ich vkladaní do rámu. Silné mechanické namáhanie môže spôsobiť štiepenie (prasknutie) pozdĺž štiepenia. Na určenie tvrdosti často stačí ľahký úder alebo nadmerný tlak. (Cm. Príloha č.7) Tepelné namáhanie vznikajúce pri procese klenotníckeho spájkovania plynom a plazmou môže viesť k tvorbe štiepnych trhlín v kameni, čo nielen znižuje hodnotu kameňa, ale predstavuje aj riziko, že sa nakoniec rozštiepi pozdĺž trhlín, ktoré vznikli. Lícovanie drahého kameňa s veľmi dokonalým štiepením (napríklad euklas) si vyžaduje veľkú zručnosť.

Štiepenie sa používalo na starostlivé rozrezanie veľkých kameňov na kúsky alebo na oddelenie poškodených oblastí. Najväčší diamant kvality drahokamov, aký bol kedy nájdený, „Cullinan“ (3106 ct), bol v roku 1908 rozdelený pozdĺž štiepenia na tri veľké kusy a mnoho malých. Teraz sa takéto operácie vykonávajú predovšetkým pílením, čo umožňuje lepšie využitie tvaru kameňa, ako aj zamedzenie nežiaducich prasklín a rozštiepení.

Tvar povrchu úlomkov, na ktorý sa minerál pri náraze rozpadne, sa nazýva zlom. Môže byť lastúrovitý (podobný odtlačku lastúry), nerovný, rozštiepený, vláknitý, stupňovitý, hladký, zemitý atď. Konchoidálny lom je typický napríklad pre všetky odrody kremeňa a drahokamov imitujúcich sklo.

3. 4 Hustota

Hustota (predtým nazývaná špecifická hmotnosť) je pomer hmotnosti látky k hmotnosti rovnakého objemu vody. Preto kameň s hustotou 2,6 je toľkokrát ťažší ako rovnaký objem vody.

Hustota drahokamov sa pohybuje od 1 do 7. Kamene s hustotou pod 2 sa nám zdajú ľahké (jantár 1,1), od 2 do 4 - normálna hmotnosť (kremeň 2,65) a nad 5 - ťažké (kasiterit 7,0). Najdrahšie drahokamy, ako je diamant, rubín a zafír, majú vyššiu hustotu ako hlavné horninotvorné minerály, predovšetkým kremeň a živec. Vďaka tomu sa v tečúcich vodách ukladajú skôr ako kremenné piesky a hromadia sa v takzvaných sypaných nánosoch.

Určenie hustoty drahokamov môže zberateľovi výrazne pomôcť pri ich identifikácii.

Hustota sa určuje dvoma metódami (pozri. Príloha č.8): metóda hydrostatického váženia a metóda ponorenia do ťažkej kvapaliny. Prvý z nich, aj keď je časovo náročný, nevyžaduje veľké výdavky. Pokiaľ ide o druhú metódu, je dosť komplikovaná a niekedy drahá, ale umožňuje vám rýchlo spoľahlivo porovnať hustotu veľkých dávok neznámych kameňov.

Metóda hydrostatického váženia je založená na Archimedovom princípe; ponorením neznámeho kameňa do vody sa určí jeho objem a hustota sa potom vypočíta pomocou jednoduchého vzorca: Hustota kameňa = Hmotnosť kameňa: Objem kameňa

Hydrostatické váhy zvládne vyrobiť každý svojpomocne. Na to stačí prispôsobiť farmaceutické pákové váhy. Skúšobný predmet sa odváži najprv vo vzduchu a potom vo vode; rozdiel v získaných hodnotách zodpovedá hmotnosti vytlačenej vody a teda v číselnom vyjadrení objemu kameňa.

3. 5 Miery hmotnosti drahých kameňov

Karát je jednotka hmotnosti, ktorá sa v obchode s drahými kameňmi a šperkami používa už od staroveku. Je možné, že samotné slovo „karát“ pochádza z miestneho názvu (kuara) afrického koralového stromu, ktorého semená sa používali na váženie zlatého prachu, ale pravdepodobnejšie je, že pochádza z gréckeho názvu (keration). rohovníka, rozšíreného v Stredozemnom mori, plodu, ktorý pôvodne slúžil ako „závažie“ pri vážení drahých kameňov (hmotnosť jedného takéhoto závažia sa v priemere rovná približne karátu). V roku 1907 Medzinárodný výbor pre váhy a miery na konferencii v Paríži zaviedol metrický karát rovný 200 mg alebo 0,2 g. Predtým sa hmotnosť karátu prijatá v najväčších centrách svetového obchodu s drahými kameňmi trochu líšila. . Preto sa v literatúre nachádzajú nezrovnalosti v hmotnosti historických diamantov. Skratka pre karát je karát. Zlomky karátov sú vyjadrené ako jednoduché (napríklad 1/16 ct) alebo desatinné (s presnosťou na druhé desatinné miesto, napríklad 1,25 ct) zlomky. Pri vážení najmenších diamantov sa používa aj jednotka hmotnosti, ktorá sa nazýva „bod“ a rovná sa 0,01 karátu. Tu umiestnený obrázok ukazuje presné rozmery moderne brúsených diamantov a ich zodpovedajúce karátové hmotnosti v životnej veľkosti; ukazuje, ako súvisí priemer diamantu a jeho hmotnosť. Samozrejme, pri kameňoch, ktoré majú inú hustotu a iné tvary rezu, budú tieto pomery iné. Karát ako jednotku hmotnosti drahých kameňov si netreba zamieňať s karátom ako mierou rýdzosti (rýdzosti) zlata používaného v šperkoch. V tomto druhom prípade karát neslúži ako jednotka hmotnosti, ale ako miera kvality zlatej zliatiny. Čím vyšší je počet karátov, tým vyšší je obsah rýdzeho zlata v šperku a jeho hmotnosť môže byť ľubovoľná.

Gram je jednotka hmotnosti používaná v obchode s drahými kameňmi pre lacnejšie kamene a najmä pre nespracované suroviny vo farbe kameňa (napríklad skupina kremeňa).

Gran [z lat. granum- zrno (pšenice)] - miera hmotnosti perál. Zodpovedá 0,05 g, teda 0,25 ct. V súčasnosti je žula čoraz viac nahrádzaná karátmi. Japonská miera hmotnosti „momma“ (= 3,75 g = 18,75 ct), predtým používaná v obchode s perlami, sa v súčasnosti v európskom obchode prakticky nepoužíva.

Cena. V obchode s drahokamami sa cena zvyčajne uvádza za karát. Ak chcete vypočítať celkové náklady na kameň, musíte vynásobiť cenu a jeho hmotnosť v karátoch. Pri predaji kameňa konečnému spotrebiteľovi sa zvyčajne uvádza plná cena. Cena jedného karátu sa postupne zvyšuje so zvyšujúcou sa veľkosťou a hmotnosťou kameňov.

4. Optické vlastnosti drahých kameňov

Spomedzi fyzikálnych vlastností drahých kameňov zohrávajú dominantnú úlohu optické vlastnosti, ktoré určujú ich farbu a lesk, iskru („oheň“) a luminiscenciu, asterizmus, iridescenciu a iné svetelné efekty. Pri testovaní a identifikácii drahých kameňov sú čoraz dôležitejšie aj optické javy.

Farba je prvá vec, ktorá vás upúta pri pohľade na akýkoľvek drahokam. U väčšiny kameňov však ich farba nemôže slúžiť ako diagnostický znak, keďže mnohé z nich sú sfarbené rovnako a niektoré sa objavujú vo viacerých farebných prevedeniach.

Príčinou rôznych farieb je svetlo, teda elektromagnetické vibrácie ležiace v určitom rozsahu vlnových dĺžok. Ľudské oko vníma len vlny v takzvanom optickom rozsahu – približne od 400 do 700 nm. Táto oblasť viditeľného svetla je rozdelená na 7 hlavných častí, z ktorých každá zodpovedá určitej farbe spektra: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová, fialová. Po zmiešaní všetkých spektrálnych farieb sa získa biela farba. Ak sa však niektorý rozsah vlnových dĺžok absorbuje („absorbuje“), zo zmesi iných farieb sa objaví určitá farba, už nie biela. Kameň, ktorý prenáša všetky vlnové dĺžky optického rozsahu, sa javí ako bezfarebný; ak je naopak všetko svetlo absorbované, potom kameň získa najtmavšiu viditeľnú farbu - čiernu. Keď je svetlo čiastočne absorbované v celom viditeľnom rozsahu vlnových dĺžok, kameň sa javí ako zakalený biely alebo sivý. Ale ak sú naopak absorbované len veľmi špecifické vlnové dĺžky, potom kameň získa farbu zodpovedajúcu zmiešaniu zvyšných neabsorbovaných častí spektra bieleho svetla. Hlavnými nositeľmi farby - chromofóry, ktoré určujú farbu drahých kameňov - sú ióny ťažkých kovov: železa, kobaltu, niklu, mangánu, medi, chrómu, vanádu a titánu, schopné absorbovať určité vlnové dĺžky vo viditeľnej oblasti.

Farba zirkónu a niektorých ďalších minerálov nie je spôsobená iónmi chromoforov, ale deformáciami kryštálovej mriežky, presnejšie výskytom radiačných defektov v nej pod vplyvom rádioaktívneho žiarenia, ktoré spôsobuje selektívnu absorpciu svetla.

Absorpciu svetla a tým aj farbu kryštálu ovplyvňuje aj dĺžka dráhy, ktorú v ňom prejdú svetelné lúče. Preto je potrebné pri brúsení snažiť sa túto okolnosť využiť na maximálny úžitok pre kameň. Svetlé kamene sú leštené hrubšie a pri rezaní sa fazety aplikujú tak, aby sa predĺžila dráha lúčov cez kameň, teda aby sa zlepšila absorpcia. Príliš tmavé kamene naopak treba vyleštiť tenšie, aby sa trochu zosvetlili. Napríklad tmavočervený almandínový granát sa po vyleštení do kabošonu prevŕta zo spodnej strany, aby bol dutý.

Farba drahokamov závisí aj od osvetlenia, keďže spektrá umelého (elektrického) a denného (slnečného) svetla sú rozdielne. Sú kamene, ktorých farbu nepriaznivo ovplyvňuje umelé svetlo (zafír), a také, ktorým prospieva len večerné (umelé) svetlo, ktoré zosilňuje ich žiarivosť (rubín, smaragd). Ale zmena farby je najvýraznejšia u alexandritu: cez deň vyzerá zeleno, večer vyzerá červeno.

4. 2 Lom svetla

Viac ako raz sme videli, že palica, ktorá nie je úplne ponorená do vody pod ostrým uhlom, sa akoby „zlomila“ na vodnej hladine. Spodná časť palice, umiestnená vo vode, nadobúda iný sklon ako horná časť, umiestnená vo vzduchu. K tomu dochádza v dôsledku lomu svetla, ktorý sa objavuje vždy pri prechode svetelného lúča z jedného prostredia do druhého, teda na rozhraní dvoch látok, ak lúč smeruje šikmo k povrchu ich rozhrania.

Miera lomu svetla všetkých kryštálov drahých kameňov rovnakého minerálneho typu je konštantná (niekedy mierne kolíše, ale vo veľmi úzkom intervale). Preto sa na diagnostiku drahých kameňov používa číselné vyjadrenie tejto hodnoty – index lomu (často nazývaný jednoducho lom alebo lom svetla). Index lomu je definovaný ako pomer rýchlosti svetla vo vzduchu a v kryštáli. Faktom je, že vychýlenie svetelného lúča v kryštáli je spôsobené práve znížením rýchlosti šírenia tohto lúča v opticky hustejšom prostredí.

V diamante sa svetlo šíri 2,4-krát pomalšie ako vo vzduchu. Indexy lomu drahých kameňov sú v rozmedzí 1,2-2,6. V závislosti od farby a pôvodu drahokamu sa jeho lom môže mierne líšiť. Dvojlomné kamene majú dva alebo dokonca tri indexy lomu. V praxi sa indexy lomu merajú pomocou refraktometra. Ich hodnoty sú priamo odčítané zo stupnice prístroja. .

Bez veľkých technických ťažkostí a nákladov je možné merať lom svetla imerznou metódou – ponorením kameňa do kvapaliny so známym indexom lomu a pozorovaním rozhraní. Ako ľahké a ostré vyzerajú obrysy kameňa alebo hrany medzi fazetami, ako aj zdanlivá šírka rozhraní, dokáže pomerne presne odhadnúť index lomu drahokamu.

4.3 Rozptyl

Pri prechode kryštálom sa biele svetlo nielen lomí, ale sa aj rozkladá na spektrálne farby, keďže indexy lomu kryštalických látok závisia (a v rôznej miere) od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. A keďže jednotlivé farby spektra bieleho svetla zodpovedajú rôznym vlnovým dĺžkam, tak sa rôzne lámu, ako je znázornené na obrázku. Povedzme, že pre diamant je index lomu pre červené lúče (vlnová dĺžka 687 nm) 2,407, pre žlté (vlnová dĺžka 589 nm) - 2,417, pre zelené (vlnová dĺžka 527 nm) - 2,427 a pre fialové (vlnová dĺžka 397 nm) - 2,465 . Fenomén rozkladu bieleho svetla kryštálom na všetky farby dúhy sa nazýva disperzia.

Disperzia je zreteľne viditeľná iba v bezfarebných kameňoch. Používajú sa prírodné a syntetické kamene s vysokou disperziou (napr. fabulit, rutil, sfalerit, titanit, zirkón). V v šperkoch ako náhrady diamantov. Rozdiel v indexoch lomu pre vlnové dĺžky červenej a fialovej časti spektra sa zvyčajne berie ako číselná miera disperzie drahokamov.

4. 4 Povrchové optické efekty: svetlé postavy a farebné odtiene

Mnoho šperkových kameňov má svetlé vzory vo forme pruhov svetla orientovaných určitým spôsobom, ako aj povrchové farebné odtiene. Ani jedno, ani druhé nezávisí ani od vlastnej farby kameňa, ani od prítomnosti nečistôt, ani od jeho chemického zloženia. Dôvody ich vzhľadu spočívajú v javoch odrazu, interferencie a difrakcie svetelných vĺn.

Efekt „mačacích očí“ je vlastný kameňom, ktoré sú zhlukom paralelne zrastených vláknitých alebo ihličkovitých jedincov alebo obsahujú tenké paralelne orientované duté kanáliky. Efekt nastáva odrazom svetla na takýchto paralelných nárastoch (alebo kanáloch) a spočíva v tom, že pri otáčaní kameňa cez neho prechádza úzky svetelný prúžok, ktorý evokuje svietiacu štrbinovitú zrenicu mačky. Najväčší dojem z tohto efektu sa dosiahne, ak je kameň vyleštený do tvaru kabošonu, navyše tak, že rovná základňa kabošonu je rovnobežná s vláknitou štruktúrou kameňa. Chrysoberyl mačacie oko sa považuje za najcennejšie a nazýva sa jednoducho mačacie oko. Ale podobný efekt sa vyskytuje v mnohých šperkových kameňoch. Najznámejšie sú kremenné mačacie, sokolie a tigrie oči. Všetky ostatné odrody mačacieho oka, okrem chryzoberylu, vyžadujú presnejšiu mineralogickú definíciu („kremeň“ atď.).

Asterizmus (z lat. astrum- súhvezdie) - výskyt svetelných postáv na povrchu kameňa vo forme svetelných pruhov pretínajúcich sa v jednom bode a pripomínajúcich hviezdne lúče; počet týchto lúčov a uhol ich priesečníka sú určené symetriou kryštálov. Vo svojej podstate je podobný efektu mačacieho oka, len s tým rozdielom, že reflexné inklúzie – tenké vlákna, ihličky alebo tubuly – majú v rôznych oblastiach rôznu orientáciu. Šesťcípe hviezdy rubínových a zafírových kabošónov robia skvelý dojem. . Iné kamene majú tiež štyri a v ojedinelých prípadoch dvanásťlúčové hviezdy. Ruženín, vybrúsený do tvaru gule, má lúče prebiehajúce v kruhoch po celej ploche. Ak sa ukáže, že pravidelné usporiadanie ihlovitých inklúzií je čiastočne narušené, objavia sa nedostatočne vyvinuté hviezdy, ktoré majú vzhľad kruhových šupín s deliacimi čiarami alebo jasnými svetelnými bodmi - „svetlé uzly“. Kamene v tvare hviezdy sa nazývajú asteria. Asterizmus sa vytvára aj v syntetických šperkových kameňoch.

Adulariscence je modro-biela trblietavá žiara mesačného kameňa, vzácnej odrody adulárie (odtiaľ názov tohto efektu). Ako sa kabošon mesačného kameňa pohybuje, táto žiara alebo trblietanie kĺže po jeho povrchu. Efekt sa vysvetľuje interferenciou svetla na tenkých rovnobežných platniach ortoklasu a albitu (kryptoperthitu), z ktorých je mesačný kameň postavený.

Dobrodružstvo je pestrá farebná hra brilantných, trblietavých odleskov svetla zo šupinatých inklúzií na väčšinou nepriehľadnom pozadí (v nepriehľadných kameňoch). V avanturínovom živci, alebo slnečnom kameni patria lesklé lupienky hematitu alebo goethitu, v avanturinovom kremeni sú to lupienky sľudy s obsahom chrómu (fuchsitu) alebo hematitu, v umelom avanturinovom skle sú to medené hobliny.

Iridizácia (z lat. dúhovka- dúha) - dúhová farebná hra niektorých šperkových kameňov, ktorá je výsledkom rozkladu bielej farby, lámanej pri malých zlomoch a prasklinách v kameni, do spektrálnych farieb. V horskom krištáli je tento efekt zosilnený alebo dokonca umelo spôsobený vytváraním trhlín v kameni, pretože iridescencia zvyšuje jeho hodnotu.

5. Tekuté kryštály

5.1 Pojem „tekutý kryštál“

Čoraz častejšie sme sa začali stretávať s pojmom „tekuté kryštály“. Všetci s nimi často komunikujeme a zohrávajú dôležitú úlohu v našom živote. Pracuje na nich veľa moderných zariadení a zariadení. Patria sem hodinky, teplomery, displeje, monitory a ďalšie zariadenia. Čo sú to za látky s takým paradoxným názvom „tekuté kryštály“ a prečo je o ne taký výrazný záujem? V našej dobe sa veda stala produktívnou silou, a preto spravidla zvýšený vedecký záujem o konkrétny jav alebo predmet znamená, že tento jav alebo predmet je zaujímavý pre materiálnu výrobu. V tomto smere nie sú výnimkou ani tekuté kryštály. Záujem o ne je spôsobený predovšetkým možnosťami ich efektívneho využitia v celom rade odvetví. Zavedenie tekutých kryštálov znamená nákladovú efektívnosť, jednoduchosť a pohodlie.

5. 2. Klasifikácia tekutých kryštálov a ich fyzikálne vlastnosti

Existencia tekutých kryštálov sa vtedy zdala ako akási kuriozita a nikto si nevedel predstaviť, že takmer o sto rokov neskôr budú mať veľkú budúcnosť v technických aplikáciách. Preto po istom záujme o tekuté kryštály hneď po ich objavení sa na ne po nejakom čase prakticky zabudlo.

Protichodné vlastnosti tekutých kryštálov sa mnohým autoritám zdali veľmi pochybné, ale aj to, že vlastnosti rôznych tekutých kryštalických látok (zlúčenín, ktoré mali tekutú kryštalickú fázu) sa ukázali byť výrazne odlišné. Niektoré tekuté kryštály teda mali veľmi vysokú viskozitu, zatiaľ čo iné mali nízku viskozitu. Niektoré tekuté kryštály vykazovali prudkú zmenu farby so zmenou teploty, takže ich farba prešla všetkými tónmi dúhy, zatiaľ čo iné tekuté kryštály nevykazovali takú prudkú zmenu farby. Vzhľad vzoriek rôznych tekutých kryštálov pri pohľade pod mikroskopom sa ukázal byť úplne odlišný. V jednom prípade bolo možné v poli polarizačného mikroskopu vidieť útvary podobné vláknam, v inom boli pozorované obrazy podobné horskému reliéfu a v treťom vzor pripomínajúci odtlačky prstov.

Zásluhu na vytvorení základov modernej klasifikácie tekutých kryštálov má francúzsky vedec J. Friedel. V dvadsiatych rokoch Friedel navrhol rozdeliť všetky tekuté kryštály do troch veľkých skupín (pozri. Príloha č.9).

Friedel nazval jednu skupinu tekutých kryštálov nematických, druhú smektickú. Navrhol tiež všeobecný termín pre tekuté kryštály - „mezomorfná fáza“. Tento výraz pochádza z gréckeho slova „mezos“ (stredný) a jeho zavedením chcel Friedel zdôrazniť, že tekuté kryštály zaujímajú medzipolohu medzi skutočnými kryštálmi a kvapalinami, a to ako z hľadiska teploty, tak aj z hľadiska fyzikálnych vlastností. Nematické tekuté kryštály vo Friedelovej klasifikácii zahŕňali cholesterické tekuté kryštály už uvedené vyššie ako podtriedu.

Najviac „kryštalické“ spomedzi tekutých kryštálov sú smematické. Smatické kryštály sa vyznačujú dvojrozmerným usporiadaním. Molekuly sú umiestnené tak, že ich osi sú rovnobežné. Okrem toho „rozumejú“ príkazu „rovná sa“ a sú umiestnené v usporiadaných radoch, zabalené na smatických rovinách a v radoch na nematických rovinách. Smektické tekuté kryštály majú veľa z toho, o čom sa bude diskutovať nižšie, a niečo zvláštne je dlhodobá pamäť. Po zaznamenaní napríklad obrazu na takýto kryštál môžete potom „dielo“ dlho obdivovať. Táto vlastnosť smetických kryštálov však nie je príliš vhodná pre reprodukčné prvky zobrazovacích zariadení, televízorov a displejov. Uplatnenie však nachádzajú v priemysle, napríklad v indikátoroch tlaku.

Poradie nematických médií je nižšie ako poradie smematických médií. Molekuly sa môžu posúvať vzhľadom na dlhé osi, takže usporiadanie sa stáva „jednostranným“ a reakcia na vonkajšie vplyvy je relatívne rýchla a pamäť sa skracuje. Smektické roviny chýbajú, ale nematické sú zachované. Pojem „cholesterické tekuté kryštály“ nie je náhodný, keďže najcharakteristickejším a v praxi najpoužívanejším kryštálom tejto triedy je cholesterol. Molekuly cholesterolu a analógov sú umiestnené v nematických rovinách. Zvláštnosťou molekúl cholesterického typu je, že pri dostatočne silnej laterálnej príťažlivosti sa ich vrcholy odpudzujú. Cholesterol je dostupný a pomerne lacný materiál, pre ktorý je každý bitúnok bohatý na suroviny. Veľmi zložité štruktúry tekutých kryštálov tvoria roztoky mydla vo vode. Tu môžete získať vrstvené, diskové a dokonca aj sférické štruktúry.

V dostatočne veľkých objemoch kryštalickej kvapaliny sa vytvárajú domény, ktorých fyzikálne vlastnosti sú podobné kryštálom. Vo všeobecnosti však vykazuje vlastnosti podobné bežným kvapalinám. Doménová štruktúra tekutých kryštálov je vytvorená z rovnakých dôvodov a zákonov ako vo feroelektrikách a feromagnetikách. Situácia sa dramaticky mení vo filmoch, ktorých hrúbka je porovnateľná s polomerom interakcie medzi molekulami kvapaliny a doskami tvoriacimi vrstvu. Je to interakcia tekutého kryštálu a formujúcich prvkov, ktorá vytvára ľahko ovládateľné zariadenie, ktoré je tak aktívne integrované do modernej elektronickej technológie.

6. Aplikácie tekutých kryštálov

Ploché TFT displeje majú v porovnaní s bežnými CRT monitormi dve významné nevýhody:

(1) Ak sa na TFT displej pozriete zboku, pod určitým uhlom, môžete si jasne všimnúť výraznú stratu jasu a charakteristickú zmenu farieb displeja. Staršie ploché displeje majú vo všeobecnosti pozorovací uhol 90° alebo 45° na každej strane. Ak sa na obrazovku pozerá iba jedna osoba, nie je problém. Akonáhle sa však objaví druhý používateľ, napríklad váš kamarát, ktorému chcete niečo ukázať na obrazovke, alebo druhý hráč v počítačovej hre, nebudete musieť dlho čakať na komentáre o zlej kvalite hry. displej.

Rýchle zmeny obrazu na obrazovke, ktoré sa často vyskytujú pri prehrávaní videí alebo hraní hier, si vyžadujú úrovne výkonu, ktoré sú pre dnes používané technológie LCD príliš vysoké. Výrazná doba odozvy pixelov vedie k skresleniu a výskytu charakteristických pruhov v obraze.

Výrobcovia plochých displejov radšej nezaspávajú na vavrínoch svojho úspechu, ale pokračujú vo výskume. Nedávno boli na trh uvedené prvé modely vyrobené pomocou nových pokročilých technológií. Hlavnými technológiami sú TN+Film, IPS (alebo „Super-TFT“) a MVA, z ktorých každá je popísaná v tomto článku

Z technického hľadiska je riešenie TN+Film najjednoduchšie na implementáciu. Výrobcovia plochých displejov používajú relatívne starú technológiu TFT ( T zmätený N ematické). Na vrchnú stranu panelu je nanesená špeciálna fólia a horizontálny pozorovací uhol sa zväčší z 90° na 140°. Zlý kontrast a pomalé časy odozvy však zostávajú nezmenené. Metóda TN+Film nie je najlepším riešením, ale nepochybne je to najlacnejšia metóda, pretože produkuje najvyššiu produkčnú výťažnosť (približne rovnakú ako bežné LCD displeje).

6. 3 IPS (In-Plane Switching alebo Super-TFT) (Pozri Príloha č.12)

IPS alebo „In-Plane Switching“ pôvodne vyvinula spoločnosť Hitachi, no v súčasnosti túto technológiu využívajú aj spoločnosti ako NEC a Nokia.

Rozdiel oproti bežným LCD (TN alebo TN+Film) je v tom, že molekuly tekutých kryštálov sú zarovnané rovnobežne so substrátom.

Táto technológia umožňuje dosiahnuť vynikajúce pozorovacie uhly – až 170°, približne rovnaké ako pri CRT monitoroch. Táto technológia má však aj nevýhodu: v dôsledku paralelného zarovnania tekutých kryštálov sa elektródy nemusia zmestiť na sklenené povrchy, ako je to v prípade LCD s krútenými kryštálmi. Namiesto toho by mali byť navrhnuté ako hrebeň na spodnej sklenenej ploche. To nakoniec vedie k zníženiu kontrastu a potom je potrebné intenzívnejšie podsvietenie, aby sa jas zvýšil na požadovanú úroveň. Čas odozvy a kontrast sa v porovnaní s bežnými TFT displejmi len ťažko dajú zlepšiť.

Technológia MVA vám umožňuje dosiahnuť pozorovacie uhly až 160° – čo je celkom dobrý indikátor – ako aj vysoké hodnoty kontrastu a krátku dobu odozvy pixelov.

List M v MVA to znamená "Multi-domains" - "multi-domain". Doména je súbor molekúl. Na obr. Obrázok 3 zobrazuje niekoľko domén, ktoré sú vytvorené pomocou elektród. Fujitsu v súčasnosti vyrába displeje, v ktorých každá farebná bunka obsahuje až štyri domény.

VA je skratka pre "Vertical Alignment" - termín, ktorý je trochu nesprávny, pretože molekuly tekutých kryštálov (v statickom stave) nie sú úplne vertikálne zarovnané kvôli prítomnosti hrudovitých elektród. Keď je aplikované napätie a vzniká elektrické pole, kryštály sú zarovnané horizontálne a svetlo z podsvietenia môže prechádzať rôznymi vrstvami. Technológia MVA dosahuje rýchlejšie odozvy ako technológie IPS a TN+Film, čo je dôležité pre prehrávanie videa a hranie hier. Kontrast je zvyčajne lepší, ale môže sa mierne líšiť v závislosti od uhla pohľadu.

6. 5 Porovnanie rôznych technológií vylepšenia pozorovacích uhlov

Technológia MVA poskytuje vylepšenú dobu odozvy a dobré pozorovacie uhly

Riešenie TN + film neposkytuje výrazné zlepšenie doby odozvy pixelov. Okrem toho sú takéto systémy lacné, umožňujú dostatočnú úroveň produkcie a zväčšujú uhol pohľadu na prijateľné hodnoty. Trhový podiel takýchto displejov by sa mal časom znižovať.

IPS už získali významný podiel na trhu, pretože ich vyrába niekoľko spoločností ako Hitachi a NEC, ktoré túto technológiu podporujú. Rozhodujúcimi faktormi úspechu týchto displejov sú vysoký pozorovací uhol (až 170°) a prijateľná doba odozvy.

Z technického hľadiska technológia MVA je najlepším riešením. Pozorovacie uhly až 160° sú takmer také dobré ako u CRT monitorov. Doba odozvy približne 20 ms je vhodná aj na prehrávanie videa. Trhový podiel takýchto displejov je zatiaľ malý, aj keď postupne rastie.

7. Technológia pestovania kryštálov doma (pozri. Príloha č.14)

Kryštály sa pestovali hlavne postupným ochladzovaním nasýteného roztoku, pretože to umožňuje rast veľkých kryštálov správneho tvaru v kratšom čase.

Rámy sme vyrábali z drôtu v tvare písmen (alebo nejakých iných tvarov). Opatrne omotajte drôtené rámy vlnenými niťami. Urobili sme semienko. (na vlnenú niť sa pripevnili kryštáliky soli. Potom sa ponorili do roztoku (tak, aby sa rámiky nedotýkali dna a stien dózy, ani navzájom), kde vznik a rast kryštálov na povrchu dózy vznikali vlákna vlákna Príprava roztoku 500 ml pohár sa naplnil vodou a zohrial na mriežke na 35-40 °C. Potom sa odoberaná látka po troškách prilievala napr. rýchlosť 100 g látky na 1 liter vody). Roztok je potrebné neustále miešať sklenenou tyčinkou s gumenou špičkou. Keď sa všetka soľ rozpustí, pridajte ďalšiu, pričom neustále udržiavajte rovnakú teplotu. síran meďnatý sa prestal rozpúšťať, potom sa rozpúšťanie zastavilo.

Nasýtený horúci roztok sa rýchlo prefiltroval cez vatu do druhého podobného pohára, do ktorého sa ponoril rámik so semenom.

Pomocou tejto technológie sme vypestovali štyri kryštály: síran meďnatý, síran železitý, kamenec draselný a kuchynskú soľ. Rast sme sledovali každý deň. Po preštudovaní literatúry sme sa dozvedeli, že pestovať monokryštál je veľmi náročné. Aby ste to dosiahli, musíte prísne dodržiavať všetky podmienky technológie, počnúc špeciálnym riadom, čistotou roztoku a končiac dodržiavaním najprísnejších teplotných podmienok. Ale robili sme experimentálne práce v zime, roztok sa veľmi rýchlo ochladzoval, takže nebolo možné udržiavať konštantnú teplotu. Obsah sme tiež museli pravidelne zahrievať a do roztoku pridávať ďalšie látky. Všetky tieto odchýlky od technológie viedli k tomu, že kryštály rástli zrastené, t.j. dostali sme polykryštály s výraznými plochými okrajmi jednotlivých kryštálov.

8. Štúdium fyzikálnych vlastností pestovaného kryštálu

8. 1 Pozorovania rastu kryštálu síranu meďnatého (pozri. Príloha č.15 )

Bez zmeny polohy semena sme pravidelne merali veľkosti niektorých tvárí a všimli sme si nasledovné: tváre menia svoju veľkosť - rastú, ale ich tvar zostáva nezmenený, uhly medzi zodpovedajúcimi plochami tiež zostávajú konštantné. Ale možno je tento vzor charakteristický iba pre tento kryštál? Vypestovali sme teda dva rôzne kryštály síranu meďnatého, porovnali tvary tvárí a zmerali ich uhly. Ukázalo sa, že tento vzor platí aj pre iný kryštál. To nám dáva právo povedať, že v rôznych kryštáloch tej istej látky sa tvar plôch, ich vzájomné vzdialenosti a ich počet môže meniť, ale uhly zostávajú konštantné.

8. 2 Štúdium tepelnej vodivosti kryštálov (Pozri. Príloha č.16)

Nie všetky fyzikálne vlastnosti je možné skúmať doma. Snažili sme sa študovať najväčšie kryštály na tepelnú vodivosť, teda ako vedú teplo. Na rôzne plochy kryštálov sme naniesli kvapku parafínu a nechali stuhnúť. Potom sa týchto okrajov dotkli dobre zahriatou ihlou na pletenie a pozorovali tvar topiacej sa kvapky parafínu. V niektorých prípadoch bol tvar okrúhly a v iných predĺžený, čo znamená, že v prvom prípade sa teplo šírilo všetkými smermi rovnako a v druhom prípade sa teplo šírilo v niektorých smeroch pomalšie a v iných rýchlejšie a tvar z rozmrazenej náplasti už nebol okrúhly . Tepelná vodivosť sa líši v rôznych smeroch. Pozdĺž vrstiev je väčšia ako normálne vo vrstvách: teplo sa ľahšie prenáša v tých rovinách a smeroch, kde sú atómy hustejšie.

9. Aplikácia kryštálov vo vede a technike

Aplikácie kryštálov vo vede a technike sú také početné a rozmanité, že je ťažké ich vymenovať. Najtvrdším a najvzácnejším prírodným minerálom je diamant. Dnes je diamant predovšetkým pracovný kameň, nie dekoračný kameň. Vďaka svojej výnimočnej tvrdosti hrá diamant obrovskú úlohu v technológii. Diamantové píly sa používajú na rezanie kameňov. Diamantová píla je veľký (až 2 metre v priemere) rotujúci oceľový kotúč, na okrajoch ktorého sú vytvorené rezy alebo zárezy. Do týchto rezov sa vtiera jemný diamantový prášok zmiešaný s lepiacou látkou. Takýto disk, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou, rýchlo rozreže akýkoľvek kameň. Diamant má obrovský význam pri vŕtaní hornín a pri banských prácach. Diamantové hroty sa vkladajú do gravírovacích nástrojov, deliacich strojov, prístrojov na skúšanie tvrdosti a vrtákov do kameňa a kovu. Diamantový prášok sa používa na brúsenie a leštenie tvrdých kameňov, kalenej ocele, tvrdých a supertvrdých zliatin. Samotný diamant je možné brúsiť, leštiť a gravírovať iba diamantom. Najkritickejšie časti motorov v automobilovej a leteckej výrobe sa spracovávajú diamantovými frézami a vŕtačkami.

Rubín a zafír patria medzi najkrajšie a najdrahšie drahé kamene. Všetky tieto kamene majú iné kvality, skromnejšie, ale užitočné. Krvavo-červený rubín a modro-modrý zafír sú súrodenci, vo všeobecnosti ide o rovnaký minerál - korund, oxid hlinitý A12O3. Rozdiel vo farbe vznikol v dôsledku veľmi malých nečistôt v oxide hlinitom: bezvýznamný prídavok chrómu mení bezfarebný korund na krvavočervený rubín, oxid titaničitý na zafír. Existujú korundy iných farieb. Majú tiež veľmi skromného, neopísateľného brata: hnedý, nepriehľadný, jemný korund - šmirgeľ používaný na čistenie kovu, z ktorého sa vyrába brúsny papier. Korund so všetkými jeho odrodami je jedným z najtvrdších kameňov na Zemi, najtvrdším po diamante. Korund je možné použiť na vŕtanie, brúsenie, leštenie, ostrenie kameňa a kovu. Brúsne kotúče, brúsne kamene a brúsne prášky sa vyrábajú z korundu a šmirgľa.

Celý hodinársky priemysel beží na umelých rubínoch. V polovodičových továrňach sa najjemnejšie obvody kreslia rubínovými ihlami. V textilnom a chemickom priemysle rubínové vodiče nití ťahajú nite z umelých vlákien, nylonu a nylonu.

Nový život rubínu je laser alebo, ako sa to nazýva vo vede, optický kvantový generátor (OQG), úžasné zariadenie našich dní. V roku 1960 Bol vytvorený prvý rubínový laser. Ukázalo sa, že rubínový kryštál zosilňuje svetlo. Laser žiari jasnejšie ako tisíc sĺnk. Výkonný laserový lúč s obrovským výkonom. Ľahko prepaľuje plech, zvára kovové drôty, prepaľuje kovové rúrky a vŕta najtenšie otvory do tvrdých zliatin a diamantu. Tieto funkcie vykonáva pevný laser s použitím rubínu, granátu a neoditu. V očnej chirurgii sa najčastejšie používajú neodynové lasery a rubínové lasery. Pozemné systémy krátkeho dosahu často používajú lasery so vstrekovaním arzenidu gália.

Objavili sa aj nové laserové kryštály: fluorit, granáty, arzenid gália atď.
Zafír je priehľadný, preto sa z neho vyrábajú platničky pre optické prístroje.
Väčšina zafírových kryštálov ide do polovodičového priemyslu.

Kremeň, ametyst, jaspis, opál, chalcedón sú všetky odrody kremeňa. Malé zrnká kremeňa tvoria piesok. A najkrajšia, najúžasnejšia odroda kremeňa je horský krištáľ, teda priehľadné kremenné kryštály. Preto sa šošovky, hranoly a ďalšie časti optických prístrojov vyrábajú z priehľadného kremeňa. Elektrické vlastnosti kremeňa sú obzvlášť úžasné. Ak stlačíte alebo roztiahnete kryštál kremeňa, na jeho okrajoch sa objavia elektrické náboje. Toto je piezoelektrický efekt v kryštáloch. V súčasnosti sa ako piezoelektriká používa nielen kremeň, ale aj mnohé iné, najmä umelo syntetizované látky: modrá soľ, titaničitan bárnatý, dihydrogenfosforečnany draselné a amónne (KDP a ADP) a mnohé ďalšie.

Piezoelektrické kryštály sa široko používajú na reprodukciu, nahrávanie a prenos zvuku.

Existujú aj piezoelektrické metódy na meranie krvného tlaku v ľudských cievach a tlaku štiav v stonkách a kmeňoch rastlín. Piezoelektrické platničky merajú napríklad tlak v hlavni delostreleckej zbrane pri výstrele, tlak v momente výbuchu bomby, okamžitý tlak vo valcoch motora, keď v nich vybuchnú horúce plyny.

Edektrooptický priemysel je priemysel kryštálov, ktoré nemajú stred symetrie. Toto odvetvie je veľmi veľké a rozmanité; jeho továrne pestujú a spracúvajú stovky druhov kryštálov na použitie v optike, akustike, rádiovej elektronike a laserovej technológii.

Polykryštalický materiál Polaroid našiel svoje využitie aj v technike.

Polaroid je tenký priehľadný film úplne vyplnený drobnými priehľadnými ihličkovitými kryštálmi látky, ktorá dvojlomy a polarizuje svetlo. Všetky kryštály sú umiestnené navzájom paralelne, takže všetky rovnako polarizujú svetlo prechádzajúce cez film.

Polaroidné filmy sa používajú v polaroidových okuliaroch. Polaroidy rušia oslnenie odrazeného svetla, čím umožňujú priechod všetkému ostatnému svetlu. Sú nepostrádateľné pre polárnikov, ktorí sa musia neustále pozerať na oslnivý odraz slnečných lúčov z ľadového snehového poľa.

Polaroidové okuliare pomôžu predchádzať kolíziám s protiidúcimi autami, ku ktorým veľmi často dochádza v dôsledku toho, že svetlá protiidúceho auta oslepia vodiča a ten toto auto nevidí. Ak sú predné sklá áut a sklá predných svetiel vyrobené z polaroidu a oba polaroidy sú natočené tak, že ich optické osi sú posunuté, tak čelné sklo neprepustí svetlo svetlometov protiidúceho auta a „zhasne“ to.”

Kryštály hrali dôležitú úlohu v mnohých technických inováciách 20. storočia. Niektoré kryštály pri deformácii vytvárajú elektrický náboj. Ich prvou významnou aplikáciou bola výroba rádiofrekvenčných oscilátorov stabilizovaných kremennými kryštálmi. Prinútením kremennej platne vibrovať v elektrickom poli vysokofrekvenčného oscilačného obvodu sa tak môže stabilizovať prijímacia frekvencia.

Polovodičové súčiastky, ktoré spôsobili revolúciu v elektronike, sa vyrábajú z kryštalických látok, najmä kremíka a germánia. V tomto prípade zohrávajú dôležitú úlohu legujúce nečistoty, ktoré sa zavádzajú do kryštálovej mriežky. Polovodičové diódy sa používajú v počítačoch a komunikačných systémoch, tranzistory nahradili vákuové trubice v rádiovom inžinierstve a solárne panely umiestnené na vonkajšom povrchu kozmickej lode premieňajú slnečnú energiu na elektrickú energiu. Kryštály sa tiež používajú v niektorých maseroch na zosilnenie mikrovlnných vĺn a v laseroch na zosilnenie svetelných vĺn. Kryštály s piezoelektrickými vlastnosťami sa používajú v rádiových prijímačoch a vysielačoch, vo snímacích hlavách a v sonaroch. Niektoré kryštály modulujú svetelné lúče, zatiaľ čo iné generujú svetlo pod vplyvom aplikovaného napätia. Zoznam použití kryštálov je už pomerne dlhý a neustále sa rozrastá.

10. Závery projektovej a výskumnej práce:

1. Všetky fyzikálne vlastnosti, vďaka ktorým sú kryštály tak široko používané, závisia od ich štruktúry – ich priestorovej mriežky.

2. Drahé kamene patria do sveta minerálov, to znamená, že sú pestované prírodou v hlbinách Zeme z roztokov, tavenín alebo rekryštalizáciou. Chemické zloženie takýchto kryštálov je vyjadrené vzorcom. Postoj človeka k drahým kameňom prešiel v priebehu mnohých storočí zmenami: od zbožštenia a používania v medicíne až po demonštrovanie vlastného bohatstva alebo poskytovanie estetického potešenia z krásy a harmónie kameňa.

3. Spolu s kryštálmi v tuhom stave sú v súčasnosti široko používané tekuté kryštály a v blízkej budúcnosti budeme používať zariadenia postavené na fotonických kryštáloch.

4. Vybrali sme najvhodnejšiu metódu na pestovanie kryštálov doma a vypestovali sme kryštály síranu medi a železa, ako aj kryštály kamenca draselného. Ako kryštály rástli, robili sa pozorovania.

11. Záver

Žijúc na Zemi zloženej z kryštalických hornín, samozrejme, nemôžeme uniknúť problému kryštalinity: chodíme po kryštáloch, staviame s kryštálmi, spracovávame kryštály v továrňach, pestujeme ich v laboratóriách, široko ich využívame v technológii a vede, jeme kryštály a podstúpiť liečbu. . . Veda kryštalografie študuje rozmanitosť kryštálov. Komplexne skúma kryštalické látky, študuje ich vlastnosti a štruktúru. V dávnych dobách boli kryštály považované za vzácne. Objavenie veľkých homogénnych kryštálov v prírode je skutočne zriedkavým javom. Jemne kryštalické látky sú však celkom bežné. Napríklad takmer všetky horniny: žula, pieskovec, vápenec sú kryštalické. Keď sa výskumné metódy zlepšovali, látky, ktoré boli predtým považované za amorfné, sa ukázali ako kryštalické. Vieme, že aj niektoré časti tela sú kryštalické, napríklad rohovka oka, vitamíny, melínový obal nervov sú kryštály. Dlhá cesta hľadaní a objavov, od merania vonkajšieho tvaru kryštálov až po hĺbku ich atómovej štruktúry, ešte nebola ukončená. Teraz vedci celkom dobre študovali jeho štruktúru a učia sa ovládať vlastnosti kryštálov

Kryštály sú nádherné, dalo by sa povedať nejaký zázrak, priťahujú vás; Hovoria „muž krištáľovej duše“ o niekom, kto má čistú dušu. Krištáľ znamená žiariť svetlom, ako diamant... A ak hovoríme o kryštáloch s filozofickým postojom, tak môžeme povedať, že ide o materiál, ktorý je medzičlánkom medzi živou a neživou hmotou. Kryštály môžu vzniknúť, starnúť a zrútiť sa. Kryštál, keď rastie na semene (na embryu), dedí defekty práve tohto embrya. Ale ak hovoríme celkom vážne, teraz je snáď nemožné pomenovať jedinú disciplínu, ani jednu oblasť vedy a techniky, ktorá by sa zaobišla bez kryštálov. Lekári sa zaujímajú o prostredia, v ktorých dochádza ku kryštalizácii obličkových kameňov, a farmaceuti sa zaujímajú o tablety, ktoré sú lisovanými kryštálmi. Absorpcia a rozpúšťanie tabliet závisí od toho, ktorými okrajmi sú tieto mikrokryštály pokryté. Vitamíny, myelínový obal nervov, proteíny a vírusy sú kryštály. A naše konzultácie priniesli veľkú spokojnosť, odpovedali na otázky, ktoré vyvstali...

Kryštál má zázračné vlastnosti, plní rôzne funkcie. Tieto vlastnosti sú vlastné jeho štruktúre, ktorá má trojrozmernú mriežkovú štruktúru. Kryštalografia nie je nová veda. M.V. Lomonosov stojí pri jeho počiatkoch. Ale pestovanie umelých kryštálov je až neskoršia záležitosť. Pestovanie kryštálov bolo možné vďaka štúdiu mineralogických údajov o tvorbe kryštálov v prírodných podmienkach. Štúdiom povahy kryštálov určili zloženie, z ktorého vyrástli a podmienky ich rastu. A teraz sa tieto procesy napodobňujú, čím sa získavajú kryštály so špecifikovanými vlastnosťami. Na výrobe kryštálov sa podieľajú chemici a fyzici. Ak prvé vyvíjajú technológiu rastu, druhé určujú ich vlastnosti. Dajú sa odlíšiť umelé kryštály od prírodných? Tu je otázka. Napríklad umelý diamant je stále horší ako prírodný diamant v kvalite, vrátane lesku. Umelé diamanty síce nevyvolávajú šperkársku radosť, no na využitie v technike sa celkom hodia a v tomto zmysle sú na rovnakej úrovni s prírodnými. Drzí pestovatelia (tzv. chemici, ktorí pestujú umelé kryštály) sa opäť naučili pestovať tie najjemnejšie kryštalické ihlice s extrémne vysokou pevnosťou. To sa dosiahne manipuláciou s chémiou média, teplotou, tlakom a vystavením niektorým ďalším dodatočným podmienkam. A to už je celé umenie, kreativita, majstrovstvo - presné vedy tu nepomôžu.

Téma „Kryštály“ je relevantná a ak sa do nej ponoríte a ponoríte sa hlbšie, bude to zaujímať každého, dá odpovede na mnohé otázky, a čo je najdôležitejšie - neobmedzené používanie kryštálov. Kryštály sú vo svojej podstate tajomné a také výnimočné, že v našej práci sme povedali len malú časť toho, čo je o kryštáloch a ich využití v súčasnosti známe. Môže sa stať, že kryštalický stav hmoty je krokom, ktorý spojil anorganický svet so svetom živej hmoty. Budúcnosť najnovších technológií patrí kryštálom a kryštalickým agregátom!

Zoznam použitej literatúry.

1. Achmetov N.S. Anorganická chémia. M.: Vzdelávanie, 1985.

2. Vasiliev V.N., Bespalov V.G. Informačné technológie. Optický počítač a fotonické kryštály. http://www. ict/edu/ru/

3. Zheludov I.S. Fyzika kryštálov a symetria. M.: Nauka, 1987.

4. Zhuvikin G.A. Labyrinty fotonických kryštálov // Compu Terra (elektronická verzia časopisu) / Najnovšie číslo – 13. 8. 2001. č. 30 (407).

5. Kabardin O.F. Fyzika: Učebnica pre 10. ročník pre školy s prehĺbeným štúdiom fyziky. M.: Vzdelávanie, 2011.

6. Kornilov V.I., Solodova Yu.P. Šperkové kamene. M.: Nedra, 1983.

7. Kosobukin V.A. Fotonické kryštály // Okno do sveta (elektronická verzia časopisu). 2002.

8. Šafranovský I.I. Symetria v prírode. Leningrad: Nedra, 1985.

9. Shuman V.I. Drahé a okrasné kamene. M.: Mir, 1986.

10. Časopis „Fyzika v škole“. 2006. Číslo 2.

jedenásť . Materiály z internetu.

Čo sú kryštály

Krištáľ (z gréčtiny. krystallos- „priehľadný ľad“) bol pôvodne názov pre priehľadný kremeň (horský krištáľ), ktorý sa nachádza v Alpách. Horský krištáľ bol mylne považovaný za ľad, stvrdnutý chladom do takej miery, že sa už neroztopí. Spočiatku bola hlavná charakteristika kryštálu videná v jeho priehľadnosti a toto slovo sa používalo na všetky priehľadné prírodné pevné látky.

Neskôr začali vyrábať sklo, ktoré nebolo v lesku a priehľadnosti horšie ako prírodné látky. Predmety vyrobené z takéhoto skla sa nazývali aj „kryštál“. Aj dnes sa špeciálne priehľadné sklo nazýva krištáľ a „magická“ guľa veštcov sa nazýva krištáľová guľa.

Úžasnou vlastnosťou horského krištáľu a mnohých ďalších priehľadných minerálov sú ich hladké, ploché okraje. Koncom 17. stor. bolo poznamenané, že v ich usporiadaní existuje určitá symetria. Tiež sa zistilo, že niektoré nepriehľadné minerály majú aj prirodzený pravidelný výbrus a že tvar výbrusu je charakteristický pre konkrétny minerál. Vznikol odhad, že tvar môže súvisieť s vnútornou štruktúrou. Nakoniec sa kryštály začali nazývať všetky pevné látky, ktoré majú prirodzene plochý výbrus.

Majúc na pamäti možnosť priameho štúdia vnútornej štruktúry, mnohí zapojení do kryštalografie začali používať termín „kryštál“, ktorý sa vzťahuje na všetky pevné látky s usporiadanou vnútornou štruktúrou.

Atómy, ktoré tvoria plyny, kvapaliny a pevné látky, majú rôzny stupeň usporiadania. V plyne sú atómy a malé skupiny atómov spojené do molekúl v neustálom, náhodnom pohybe. Ak ochladzujete plyn, dosiahne sa teplota, pri ktorej sa molekuly pohybujú čo najbližšie k sebe a vzniká kvapalina. Atómy a molekuly kvapaliny sa však stále môžu navzájom posúvať. Keď sa niektoré kvapaliny, ako je voda, ochladia, dosiahne sa teplota, pri ktorej molekuly zamrznú do relatívne nehybného kryštalického stavu. Táto teplota, ktorá je rozdielna pre všetky kvapaliny, sa nazýva bod mrazu. (Voda zamŕza pri 0°C; v tomto prípade sú molekuly vody navzájom usporiadane spojené a vytvárajú pravidelný geometrický útvar.) Každá častica látky (atóm alebo molekula) v kryštalickom stave má rovnaké prostredie ako ktorákoľvek iná častica rovnakého typu v celom kryštáli. Inými slovami, je obklopený veľmi špecifickými časticami umiestnenými vo veľmi špecifických vzdialenostiach od neho. Je to toto usporiadané trojrozmerné usporiadanie, ktoré charakterizuje kryštály a odlišuje ich od iných pevných látok..

Úžasné je neďaleko

Asi najbežnejšími a zároveň úžasnými kryštálmi sú snehové vločky. Každú zimu vidíme miliardy týchto malých kryštálikov. A aké vzory sa tvoria na oknách (pokiaľ samozrejme nie sú plastové).

Snehová vločka je zložitá symetrická štruktúra pozostávajúca z ľadových kryštálov zhromaždených dohromady. Možností montáže je veľa – zatiaľ sa nám nepodarilo nájsť dve rovnaké snehové vločky. Výskum uskutočnený v Libbrechtovom laboratóriu túto skutočnosť potvrdzuje – kryštálové štruktúry možno pestovať umelo alebo pozorovať v prírode.

Kryštalografia sa v súčasnosti aktívne rozvíja v súvislosti s potrebami elektroniky a fyziky pevných látok - najmä vlastnosti polovodičov používaných v našich každodenných elektronických zariadeniach do značnej miery závisia od vlastností kryštálov, ktoré sa v nich používajú. Ďalší krok v štúdiu vlastností najznámejších prírodných kryštálov – snehových vločiek – urobil profesor fyziky Kenneth Libbrecht z Kalifornského technologického inštitútu.

V laboratóriu profesora Libbrechta sa snehové vločky pestujú umelo. "Snažím sa zistiť dynamiku tvorby kryštálov na molekulárnej úrovni," komentuje profesor. "Nie je to ľahká úloha a ľadové kryštály skrývajú veľa tajomstiev." Na štúdium charakteristík snehových vločiek začal profesor Libbrecht v roku 2001 fotografovať prirodzene vytvorené snehové vločky a vykonávať ich porovnávaciu klasifikáciu. Štruktúra a vzhľad snehových vločiek, ako sa ukázalo, závisia od toho, kde presne boli pozorované. Najkrajšie a najzložitejšie snehové vločky podľa Libbrechta padajú tam, kde je drsnejšia klíma – napríklad na Aljaške, no v New Yorku, kde je podnebie miernejšie, sú štruktúry snehových kryštálov oveľa jednoduchšie.

Obdivujme tento zázrak

Aplikácie kryštálov

Aplikácie kryštálov vo vede a technike sú také početné a rozmanité, že je ťažké ich vymenovať.

Najtvrdším a najvzácnejším prírodným minerálom je diamant. Dnes je diamant predovšetkým pracovný kameň, nie dekoračný kameň.

Vďaka svojej výnimočnej tvrdosti hrá diamant obrovskú úlohu v technológii. Diamantové píly sa používajú na rezanie kameňov. Diamantová píla je veľký (až 2 metre v priemere) rotujúci oceľový kotúč, na okrajoch ktorého sú vytvorené rezy alebo zárezy. Do týchto rezov sa vtiera jemný diamantový prášok zmiešaný s lepiacou látkou. Takýto disk, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou, rýchlo rozreže akýkoľvek kameň.

Diamant má obrovský význam pri vŕtaní hornín a pri banských prácach. Diamantové hroty sa vkladajú do gravírovacích nástrojov, deliacich strojov, prístrojov na skúšanie tvrdosti a vrtákov do kameňa a kovu.

A diamantový prášok sa používa na brúsenie a leštenie tvrdých kameňov, tvrdenej ocele, tvrdých a supertvrdých zliatin. Samotný diamant je možné brúsiť, leštiť a gravírovať iba diamantom. Najkritickejšie časti motorov v automobilovej a leteckej výrobe sa spracovávajú diamantovými frézami a vŕtačkami.

rubín

zafír

Majú tiež veľmi skromného, neopísateľného brata: hnedý, nepriehľadný, jemný korund - šmirgeľ používaný na čistenie kovu, z ktorého sa vyrába brúsny papier. Korund so všetkými jeho odrodami je jedným z najtvrdších kameňov na Zemi, najtvrdším po diamante. Korund je možné použiť na vŕtanie, brúsenie, leštenie, ostrenie kameňa a kovu. Brúsne kotúče, brúsne kamene a brúsne prášky sa vyrábajú z korundu a šmirgľa.

Zafír je priehľadný, preto sa z neho vyrábajú platničky pre optické prístroje.

Väčšina zafírových kryštálov ide do polovodičového priemyslu.

jaspis

ametyst

pazúrik

Kremeň, ametyst, jaspis, opál, chalcedón sú všetky odrody kremeňa. Malé zrnká kremeňa tvoria piesok. A najkrajšia, najúžasnejšia odroda kremeňa je horský krištáľ, t.j. priehľadné kryštály kremeňa. Preto sa šošovky, hranoly a ďalšie časti optických prístrojov vyrábajú z priehľadného kremeňa.

Elektrické vlastnosti kremeňa sú obzvlášť úžasné. Ak stlačíte alebo roztiahnete kryštál kremeňa, na jeho okrajoch sa objavia elektrické náboje. Toto je piezoelektrický efekt v kryštáloch.

V súčasnosti sa ako piezoelektriká používa nielen kremeň, ale aj mnohé iné, najmä umelo syntetizované látky: modrá soľ, titaničitan bárnatý, dihydrogenfosforečnany draselné a amónne (KDP a ADP) a mnohé ďalšie.

Piezoelektrické kryštály sa široko používajú na reprodukciu, nahrávanie a prenos zvuku.

Polykryštalický materiál Polaroid našiel svoje využitie aj v technike.

Kryštály hrali dôležitú úlohu v mnohých technických inováciách 20. storočia. Niektoré kryštály pri deformácii vytvárajú elektrický náboj.

Polovodičové súčiastky, ktoré spôsobili revolúciu v elektronike, sa vyrábajú z kryštalických látok, najmä kremíka a germánia.
Zoznam použití kryštálov je už pomerne dlhý a neustále sa rozrastá.

Kryštály a zdravie

Existuje pomerne veľa metód využitia kryštálov v terapii. Najjednoduchšie je kontaktné hojenie. Na boľavé miesto si priložíte kameň alebo nosíte šperky z neho vyrobené. Takéto šperky na liečebné účely je možné používať počas celého dňa, v závislosti od vašej choroby.

Zelené kamene

Všetky zelené kamene upokojujú a zmierňujú nespavosť.

Smaragd pomáha posilňovať zrak a dokáže liečiť kašeľ.

Jade - užitočné pri ochoreniach obličiek. Musí sa nosiť na spodnej časti chrbta po dobu jedného roka.

Malachit posilňuje imunitný systém, napomáha činnosti pankreasu, obličiek a sleziny. Predpokladá sa, že malachitový prívesok v medenom ráme lieči reumatizmus a radikulitídu. Malachit funguje veľmi dobre so striebrom.

Modré a fialové kamene

Tieto tóny zmierňujú zápal, bojujú s infekciami a sú užitočné pre tých, ktorí trávia veľa času pri počítači alebo pri pľúcnych ochoreniach. Modré kamene znižujú chuť do jedla.

Tyrkys slúži ako indikátor zdravia: ak nosíte tyrkysové šperky a vidíte, že stmavli, je to istý príznak začínajúcej choroby.

Ciele: ukázať úlohu mono- a polykryštálov v technike a vede, rozmanitosť tvarov kryštálových mriežok; zvážiť rôzne metódy pestovania monokryštálov a spôsoby zvýšenia ich pevnosti.

Počas vyučovania

1. Organizačná fáza (1 min)

2. Prezentácia nového materiálu (43 min)

Fyzika pevných látok (odbor fyziky, ktorý študuje štruktúru a vlastnosti pevných látok) je jedným zo základov modernej technologickej spoločnosti. V podstate obrovská armáda inžinierov po celom svete pracuje na vytvorení pevných materiálov so špecifikovanými vlastnosťami nevyhnutnými na použitie v širokej škále strojov, mechanizmov a zariadení v oblasti komunikácií, dopravy a výpočtovej techniky. Dnes v lekcii budeme hovoriť o kryštáloch. Naša úloha: zistiť, ako sú kryštály štruktúrované; vysvetliť z fyzikálneho hľadiska rozmanitosť ich foriem a vlastností; zvážiť metódy umelého pestovania kryštálov a spôsoby zvýšenia ich sily; Pozrite sa, ako a prečo sa kryštály používajú v každodennom živote a technológiách.

Kryštalické látky sú tie, ktorých atómy sú usporiadané pravidelne tak, že tvoria pravidelnú trojrozmernú mriežku tzv kryštalický. Kryštály množstva chemických prvkov a ich zlúčenín majú pozoruhodné mechanické, elektrické, magnetické a optické vlastnosti. ( Prezentácia „Rozmanitosť kryštálov“.)

Hlavným rozdielom medzi kryštálmi a inými pevnými látkami je, ako už bolo spomenuté, prítomnosť kryštálovej mriežky - súboru periodicky usporiadaných atómov, molekúl alebo iónov.

Študentská správa. Ruský vedec E.S. Fedorov zistili, že v prírode môže existovať iba 230 rôznych vesmírnych skupín, ktoré pokrývajú všetky možné kryštálové štruktúry. Väčšina z nich (ale nie všetky) sa nachádzajú v prírode alebo sú vytvorené umelo. Kryštály môžu mať podobu rôznych hranolov, ktorých základom môže byť pravidelný trojuholník, štvorec, rovnobežník a šesťuholník. ( Šmykľavka.)

Príklady jednoduchých kryštálových mriežok: 1 – jednoduchá kubická; 2 – plošne centrovaný kubický; 3 – na telo centrovaný kubický; 4 – šesťuholníkový

Kryštálové mriežky kovov majú často podobu tvárovo centrovanej (meď, zlato) alebo telovo centrovanej kocky (železo), ako aj šesťhranného hranolu (zinok, horčík).

Klasifikácia kryštálov a vysvetlenie ich fyzikálnych vlastností môže byť založené nielen na tvare jednotkovej bunky, ale aj na iných typoch symetrie, napríklad rotácii okolo osi. Os symetrie je priamka, pri otočení o 360° sa kryštál niekoľkokrát vyrovná. Počet týchto kombinácií je tzv poradie osi. Existujú kryštálové mriežky s osami symetrie 2., 3., 4. a 6. rádu. Je možná symetria kryštálovej mriežky vzhľadom na rovinu symetrie, ako aj kombinácia rôznych typov symetrie. ( Šmykľavka.)

Väčšina kryštalických pevných látok sú polykryštály, pretože Za normálnych podmienok je dosť ťažké pestovať monokryštály, narúšajú to všetky druhy nečistôt. Vzhľadom na rastúcu potrebu technológie kryštálov vysokej čistoty stojí veda pred otázkou vývoja účinných metód na umelé pestovanie monokryštálov rôznych chemických prvkov a ich zlúčenín.

Študentská správa. Existujú tri spôsoby tvorby kryštálov: kryštalizácia z taveniny, z roztoku a z plynnej fázy. Príkladom kryštalizácie z taveniny je tvorba ľadu z vody (veď voda je roztavený ľad), ako aj vznik vulkanických hornín. Príkladom kryštalizácie z roztoku v prírode je vyzrážanie stoviek miliónov ton soli z morskej vody. Keď sa plyn (alebo para) ochladí, elektrické príťažlivé sily nútia atómy alebo molekuly dohromady do kryštalickej pevnej látky – tvoria sa snehové vločky.

Najbežnejšie metódy umelého pestovania monokryštálov sú kryštalizácia z roztoku a z taveniny. V prvom prípade rastú kryštály z nasýteného roztoku s pomalým odparovaním rozpúšťadla alebo s pomalým poklesom teploty. Tento proces je možné demonštrovať v laboratóriu vodným roztokom kuchynskej soli. Ak sa voda nechá pomaly vyparovať, roztok sa nakoniec nasýti a ďalšie vyparovanie spôsobí vyzrážanie soli.

Ak sa tuhá látka zahreje, prejde do tekutého stavu - taveniny. Ťažkosti pri pestovaní monokryštálov z tavenín sú spojené s vysokými teplotami topenia. Napríklad, aby ste získali rubínový kryštál, musíte roztaviť prášok oxidu hlinitého, a preto ho musíte zahriať na teplotu 2030 ° C. Prášok sa sype tenkým prúdom do kyslíkovo-vodíkového plameňa, kde sa topí a po kvapkách padá na tyč zo žiaruvzdorného materiálu. Na tejto tyči postupne rastie jediný kryštál rubínu.

3. Aplikácia kryštálov

1. diamant. Približne 80 % všetkých vyťažených prírodných diamantov a všetky umelé diamanty sa používajú v priemysle. Diamantové nástroje sa používajú na opracovanie dielov z najtvrdších materiálov, na vŕtanie studní pri prieskume a ťažbe nerastných surovín a slúžia ako nosné kamene v prvotriednych chronometroch pre námorné plavidlá a iné vysoko presné prístroje. Diamantové ložiská nevykazujú žiadne opotrebovanie ani po 25 miliónoch otáčok. Vysoká tepelná vodivosť diamantu umožňuje jeho použitie ako substrátu odvádzajúceho teplo v polovodičových elektronických mikroobvodoch.

Samozrejme, diamanty sa používajú aj v šperkoch – to sú diamanty.

2. Ruby. Vysoká tvrdosť rubínov, čiže korundu, viedla k ich širokému použitiu v priemysle. 1 kg syntetického rubínu poskytuje približne 40 000 kamienkov na nosenie hodiniek. Rubínové vodiace tyče nití sa ukázali ako nenahraditeľné v továrňach na chemické vlákna. Prakticky sa neopotrebúvajú, zatiaľ čo vodítka nití z najtvrdšieho skla sa opotrebujú za pár dní, keď sa cez ne pretiahne umelé vlákno.

Nové vyhliadky na široké využitie rubínov vo vedeckom výskume a technológiách sa otvorili s vynálezom rubínového lasera, v ktorom rubínová tyčinka slúži ako silný zdroj svetla vyžarovaného vo forme tenkého lúča.

3. . Ide o nezvyčajné látky, ktoré spájajú vlastnosti kryštalickej pevnej látky a kvapaliny. Ako kvapaliny sú tekuté, ako kryštály majú anizotropiu. Štruktúra molekúl tekutých kryštálov je taká, že konce molekúl navzájom veľmi slabo interagujú, zatiaľ čo bočné povrchy zároveň veľmi silno interagujú a môžu pevne držať molekuly v jednom celku.

Tekuté kryštály: smektické (vľavo) a cholesterické (vpravo)

Cholesterické tekuté kryštály sú predmetom najväčšieho záujmu technológie. V nich je smer molekulárnych osí v každej vrstve navzájom mierne odlišný. Uhly rotácie osí závisia od teploty a farba kryštálu závisí od uhla rotácie. Táto závislosť sa využíva v medicíne: môžete priamo pozorovať rozloženie teploty po povrchu ľudského tela, čo je dôležité pre identifikáciu ložísk zápalového procesu skrytých pod kožou. Pre výskum sa vyrába tenký polymérny film s mikroskopickými dutinami vyplnenými cholesterikom. Keď sa takáto fólia nanesie na telo, získa sa farebné zobrazenie rozloženia teploty. Rovnaký princíp sa používa v teplomeroch s tekutými kryštálmi.

Tekuté kryštály sa najčastejšie používajú v alfanumerických indikátoroch elektronických hodiniek, mikrokalkulátorov atď. Požadované číslo alebo písmeno sa reprodukuje pomocou kombinácie malých buniek vyrobených vo forme pruhov. Každý článok je naplnený tekutým kryštálom a má dve elektródy, na ktoré je privedené napätie. V závislosti od napätia sa určité články „rozsvietia“. Indikátory môžu byť extrémne miniatúrne a spotrebúvajú málo energie.

Tekuté kryštály sa používajú v rôznych typoch ovládaných obrazoviek, optických žalúzií a plochých televíznych obrazoviek.

4. Polovodiče. Výnimočnú úlohu zohrali kryštály v modernej elektronike. Mnohé látky v kryštalickom stave nie sú tak dobrými vodičmi elektriny ako kovy, ale ani ich nemožno zaradiť medzi dielektriká, pretože Nie sú ani dobrými izolantmi. Takéto látky sú klasifikované ako polovodiče. Ide o väčšinu látok, ich celková hmotnosť je 4/5 hmotnosti zemskej kôry: germánium, kremík, selén atď., mnohé minerály, rôzne oxidy, sulfidy, teluridy atď.

Najcharakteristickejšou vlastnosťou polovodičov je ostrá závislosť ich elektrického odporu pod vplyvom rôznych vonkajších vplyvov: teplota, osvetlenie. Na tomto jave je založená činnosť zariadení, ako sú termistory a fotorezistory.

Kombináciou polovodičov rôznych typov vodivosti je možné prepúšťať elektrický prúd iba jedným smerom. Táto vlastnosť je široko používaná v diódach a tranzistoroch.

Výnimočne malé rozmery polovodičových súčiastok, niekedy len niekoľko milimetrov, trvanlivosť spôsobená tým, že ich vlastnosti sa v priebehu času málo menia, a možnosť ľahko meniť ich elektrickú vodivosť otvárajú široké možnosti využitia polovodičov dnes aj v budúcnosti. .

5. Polovodiče v mikroelektronike. Integrovaný obvod je súbor veľkého množstva vzájomne prepojených komponentov - tranzistorov, diód, rezistorov, kondenzátorov, spojovacích vodičov, vyrobených na jednom čipe. Pri výrobe integrovaného obvodu sa na polovodičovú dosku (zvyčajne kremíkové kryštály) postupne ukladajú vrstvy nečistôt, dielektrika a vrstvy kovu. V dôsledku toho sa na jednom čipe vytvorí niekoľko tisíc elektrických mikrozariadení. Rozmery takéhoto mikroobvodu sú zvyčajne 5–5 mm a jednotlivé mikrozariadenia sú asi 10–6 m.

V poslednej dobe sa čoraz viac začína diskutovať o možnosti vytvorenia elektronických mikroobvodov, v ktorých budú rozmery prvkov porovnateľné s rozmermi samotných molekúl. asi 10 –9 –10 –10 m. Na tento účel sa na vyčistený povrch monokryštálu niklu alebo kremíka pomocou tunelového mikroskopu nastriekajú malé množstvá atómov alebo molekúl iných látok. Povrch kryštálu sa ochladí na –269 °C, aby sa eliminovali viditeľné pohyby atómov v dôsledku tepelného pohybu. Umiestnenie jednotlivých atómov na konkrétne miesta otvára fantastické možnosti vytvárania skladov informácií na úrovni atómov. Toto je už hranica „miniaturizácie“.

6. Volfrám a molybdén. Pri súčasnej úrovni technického rozvoja sa rýchlosť ohrevu a chladenia častí prístrojov a strojov prudko zvýšila a rozsah teplôt, pri ktorých musia pracovať, sa výrazne zvýšil. Veľmi často je potrebná dlhodobá práca pri veľmi vysokých teplotách, v agresívnom prostredí. Potrebné sú aj stroje, ktoré vydržia veľké množstvo teplotných cyklov.

V takýchto ťažkých prevádzkových podmienkach sa časti a celé zostavy mnohých strojov a zariadení veľmi rýchlo opotrebujú, prasknú a zničia sa. Na prácu pri vysokých teplotách sa široko používajú žiaruvzdorné kovy, ako je molybdén a volfrám. Monokryštály volfrámu a molybdénu získané zónovým tavením sa používajú na výrobu trysiek prúdových a náporových motorov, plášťov hláv rakiet, iónových motorov, turbín, jadrových elektrární a mnohých ďalších zariadení a mechanizmov. Polykryštalický volfrám a molybdén sa používajú na výrobu anód, katód, vlákien v lampách a vysokoteplotných elektrických pecí.

7. Kremeň. Ide o oxid kremičitý, jeden z najbežnejších minerálov v zemskej kôre, v podstate piesok. Kryštály prírodného kremeňa majú veľkosť od zrniek piesku až po niekoľko desiatok centimetrov, existujú kryštály až do jedného metra a viac. Čistý kryštál kremeňa je bezfarebný. Menšie cudzie nečistoty spôsobujú rôzne farby. Priehľadné bezfarebné kryštály sú horský krištáľ, fialové sú ametyst, dymové sú rauchtopaz. Optické vlastnosti kremeňa viedli k jeho širokému použitiu pri výrobe optických prístrojov: vyrábajú sa z neho hranoly pre spektrografy a monochromátory. Kremeň, na rozdiel od skla, dobre prenáša ultrafialové žiarenie, preto sa z neho vyrábajú špeciálne šošovky používané v ultrafialovej optike.

Kremeň má aj piezoelektrické vlastnosti, t.j. schopné premeniť mechanické napätie na elektrické napätie. Vďaka tejto vlastnosti je kremeň široko používaný v rádiotechnike a elektronike - vo frekvenčných stabilizátoroch (vrátane hodiniek), všetkých druhoch filtrov, rezonátorov atď. Kryštály kremeňa sa používajú na vybudenie (a meranie) malých mechanických a akustických vplyvov.

Tégliky, nádoby a iné nádoby pre chemické laboratóriá sú vyrobené z taveného kremeňa.

4. Metódy na zvýšenie pevnosti pevných látok

Polykryštalické oceľové rámy budov a mostov, železničné koľajnice, obrábacie stroje, časti strojov a lietadiel. Hodnoty skutočnej a teoretickej pevnosti sa líšia v desiatkach až stovkách krát. Dôvod spočíva v prítomnosti vnútorných a povrchových defektov v kryštálových mriežkach.

Na získanie vysoko pevných materiálov je potrebné vypestovať monokryštály, ktoré sú pokiaľ možno bez defektov. To je veľmi náročná úloha. Väčšina moderných metód spevňovania materiálov je založená na inej metóde: v kryštáli sa vytvárajú bariéry pre pohyb defektov. Môžu to byť dislokácie (porušenie poradia usporiadania atómov v kryštálovej mriežke) a iné špeciálne vytvorené defekty.

Príklady bodových dislokácií - porušenie poradia usporiadania atómov v kryštáli

Medzi takéto metódy patrí napríklad:

– legovanie ocele: do taveniny sa pridajú malé prísady chrómu alebo volfrámu a pevnosť sa zvýši trikrát;

– vysokorýchlostná kryštalizácia: čím rýchlejšie sa teplo zo stuhnutého ingotu odvádza, tým menšie sú veľkosti kryštálov. Súčasne sa zlepšujú fyzikálne a mechanické vlastnosti. Na rýchle odstránenie tepla sa roztavený kov rozpráši na jemný prach prúdom neutrálneho plynu, ktorý sa potom stlačí pri vysokom tlaku a teplote.

Článok bol pripravený s podporou spoločnosti AVERS. Spoľahlivosť a kvalita sú mottom spoločnosti AVERS. Spoločnosť AVERS sa špecializuje na celý rad prác na zásobovaní vodou súkromných a kolektívnych zariadení, preto je potrebné každú zákazku zrealizovať v dobrej viere. Ak prejdete do sekcie: „vŕtanie hlbokých vrtov“, môžete sa dozvedieť o službách a akciách spoločnosti AVERS a tiež si objednať spätné volanie a kontaktovať špecialistu, ktorý vám môže odpovedať na vaše otázky. Spoločnosť AVERS zamestnáva len vysokokvalifikovaných odborníkov s bohatými skúsenosťami v práci s klientmi.

Zvyšovaním pevnosti kryštalických telies sa zväčšuje veľkosť rôznych jednotiek, znižuje sa ich hmotnosť, zvyšuje sa prevádzková teplota a zvyšuje sa životnosť.

5. Konsolidácia

Študenti sú požiadaní, aby vyplnili testovaciu tabuľku „Využitie kryštálov v technológii“. Na konci hodiny sa ako výsledok samostatnej práce študentov ukážu expresné noviny, ktoré nakreslili dvaja študenti počas hodiny.

Literatúra

Učebnica "Fyzika-10": Ed. A.A. Pinsky. – M: Vzdelávanie, 2001.

Fyzická encyklopédia, zväzok 3: Ed. A.M. Prokhorova. – M: Sovietska encyklopédia, 1990.

Internetové zdroje.

Irina Aleksandrovna Dorogovtseva je absolventkou Štátneho pedagogického inštitútu Komsomolsk-on-Amur (1997), učiteľka fyziky najvyššej kvalifikačnej kategórie, 8-ročná pedagogická prax. Účastník finále odbornej súťaže „Učiteľ roka 2003“. Dcéra má 4 roky. Zaujíma sa o počítačový dizajn, programovanie a sci-fi.

Čo sú kryštály

Úžasné je neďaleko

Obdivujme tento zázrak

Aplikácie kryštálov

Aplikácie kryštálov vo vede a technike sú také početné a rozmanité, že je ťažké ich vymenovať.

Najtvrdším a najvzácnejším prírodným minerálom je diamant. Dnes je diamant predovšetkým pracovný kameň, nie dekoračný kameň.

rubín

zafír

Zafír je priehľadný, preto sa z neho vyrábajú platničky pre optické prístroje.

Väčšina zafírových kryštálov ide do polovodičového priemyslu.

jaspis

ametyst

pazúrik

Polykryštalický materiál Polaroid našiel svoje využitie aj v technike.

Kryštály a zdravie

Zelené kamene

Všetky zelené kamene upokojujú a zmierňujú nespavosť.

Smaragd pomáha posilňovať zrak a dokáže liečiť kašeľ.

Jade - užitočné pri ochoreniach obličiek. Musí sa nosiť na spodnej časti chrbta po dobu jedného roka.

Modré a fialové kamene

Tieto tóny zmierňujú zápal, bojujú s infekciami a sú užitočné pre tých, ktorí trávia veľa času pri počítači alebo pri pľúcnych ochoreniach. Modré kamene znižujú chuť do jedla.

Tyrkys slúži ako indikátor zdravia: ak nosíte tyrkysové šperky a vidíte, že stmavli, je to istý príznak začínajúcej choroby.

KATEGÓRIE

POPULÁRNE ČLÁNKY

	Horoskop - Strelec Mobilný horoskop - Strelec
	Aký bude rok pre Kozorožcov?
	Rad na relikvie svätého Mikuláša: čo hovoria pútnici
	Čo to znamená ostrihať sa vo sne?
	Výklad sna o rozbití v knihách snov

2023 „kingad.ru“ - ultrazvukové vyšetrenie ľudských orgánov