Kristályok növekedése
Az ipar és a tudomány gyakran többé-kevésbé nagy egyedi kristályokra van szüksége. A Rochelle só és kvarc kristályai, amelyeknek a mechanikai hatások (pl. Nyomás) elektromos feszültségre való átalakításának figyelemre méltó tulajdonsága van, rendkívül fontosak a technológia számára (48. oldal).
Az optikai iparnak nagy kalcit, kősó, fluorit stb. Kristályokra van szüksége.
Az óraműipar számára nagyon fontosak a rubinok, zafírok és más drágakövek kristályai. Az a tény, hogy a szokványos zsebórák egyéni mozgatható részeit óránként akár 20 000 ingadozással is elkészítik. Az ilyen nagy sebesség rendkívül komoly igényeket támaszt a tengelyek és csapágyak csúcsán. A legkisebb fogás a legkevésbé, ha egy rubin vagy zafír csapágyként szolgál a 0,07-0,15 mm átmérőjű tengely csúcsához. Ezeknek az anyagoknak a mesterséges kristályai nagyon nagy erőt és nagyon súrlódást mutatnak az acélhoz képest. Figyelemre méltó, hogy a mesterséges kövek egy időben jobbak, mint a természetben.
A fémek tulajdonságainak tanulmányozásához fontos, hogy egyetlen nagy vas-, réz-, stb.
Tehát meg kell tanulnod, hogyan lehet mindezen anyagok kristályait a megfelelő méretre felépíteni. Ebből a célból számos módon lehet. Lehetőség van mind az olvadékból, mind az oldatból kristályok kinyerésére. A fő nehézség az, hogy a nagy kristály helyett speciális intézkedések nélkül a finom kristályos szilárd anyagot kapunk az olvadékból, és az oldatból finom kristályos csapadék képződik az edény alján.
Már említettük, hogy a kristályok egy oldatból növekednek, amikor túltelítettek oldott anyaggal. Különböző hőmérsékletek esetén az oldat telített mennyisége eltérő. Ezért a nagy, jól vágott kristályok növekedése az oldatból csak akkor lehetséges, ha az oldat hőmérsékletét termosztát segítségével állandó értéken tartják. Az eszköz nélkül a hőmérséklet ingadozása legalább 3-4 °; Ilyen körülmények között a kristály nem tud elég "szépen" nőni.
A termosztát nagyméretű fürdőkád, amelyet nemez, jól lezárt és vízzel eláraszt. A termosztát belsejében egy oldatot helyeznek el. A hőmérsékletet a kívánt szinten egy elektromos kemencével végezzük. Az automatikus vezérlés kikapcsolja a sütőt, ha a hőmérséklet túl magas, és újra bekapcsolja a hőmérséklet csökkenését. Állítsa be a hőmérsékletet ezekkel a készülékekkel, hogy pontosan 0,01 ° legyen.
Amint a kristály nő, az oldat hőmérséklete fokozatosan csökken. Ennek meg kell történnie annak biztosítására, hogy a megoldás mindaddig kissé túltelített maradjon, annak ellenére, hogy az anyag folyamatosan felszabadul. A kísérletek azt mutatják, hogy nagy kristályok csak nagyon lassan, az oldat lassú hűtésével, körülbelül 0,1 ° -kal egy vagy két nap alatt képesek termeszteni. A nagy kristályok növekedése sok hétig tart.
A kristályok termesztésére szolgáló módszerek kifejlesztéséhez értékes hozzájárulást hajtott végre az orosz G.V. kristályos. Wulff.
Nagyon nehéz nagy kristályokat feloldani az olvadékokból. Egyedülálló jelenség jár: bizonyos körülmények között csak egy a "falon" megjelenő embriók "túlélnek", csak egy, kevésbé szerencsés szomszédjaik rovására.
Az alacsony olvadáspontú fémek egykristályait általában a következő módszerrel állítják elő (lásd a 39. ábrát). A fémet egy "A" üvegcsővel lehúzzák. A csövet felfüggesztették egy függőleges hengeres B kemencében lévő szálakra. A csövet a csövet lassan leeresztették. A vontatott vég fokozatosan elhagyja a kemencét, és a fém megszilárdul. A kristályok közül az egyik fennmarad; Ahogy a kémcső leesik, a tengely mentén tovább növekszik. Végül minden fém megszilárdul egyetlen kristály formájában.
Ábra. 39. Egyetlen kristály előkészítése olvadékból.
De hogyan termesztik a rubin refrakter kristályait a Sztálin-díj nyertesei, corr. AV- Shubnikov és S.K. Popov. Az anyag finom porát egy lángon átáramló folyadékba öntik. A porok megolvadnak: apró cseppek esnek a tűzálló állványra. Itt kezdődik a kristályosodás, és ismét csak egy nő a sok kristályból. Tudóink megtalálják a módját, hogy a drágakő hosszú kristályrudakat szerezzenek be, amelyek szükségesek az órák és egyéb pontos mechanizmusok előállításához.
16. "Szilárd folyadék"
Ha az olvadás mindig azonos hőmérsékleten kezdődik, akkor a kristályosodás folyamata kissé szeszélyesebb. Az olvadék általában az olvadáspont alatti szuperkulcsot képes. Bizonyos esetekben ez a hipotermia olyan jelentős lehet, hogy az anyag fokozatosan megvastagszik, szilárdvá válik az érintésre, de nem kristályos testatomokat építeni a megfelelő sorrendben.
Gyakran előfordul, hogy a túlhűtés (azaz az olvadáspont alatti hőmérséklet csökkentése) csak több fokon hajtható végre. Ezután kristályosodás következik be, és a szokásos esetektől eltérően nagyon gyorsan, azonnal a teljes térfogatban fordul elő. A túlhűtött állapot néha rendkívül instabil állapot. Elég, hogy a edényt könnyedén rázzuk, vagy a poros folyadék felületét elérjük, hogy a kristályok képződése azonnal megkezdődjön.
Magvak jelenlétében a kristályosodás általában "időben" kezdődik. Az ilyen porok a vizsgált szilárd anyag porrészecskéi lehetnek, amelyek a szilárdító anyag feletti levegőben vannak jelen. Ezért egy nyitott edényben végzett kristályosítás általában túlhűtést igényel.
Néhány anyag nehéz szuperhúzó, más, ellenkezőleg, nehezen kristályosodik. Az első fémekhez tartozik, a második - olyan anyagokhoz, mint a glicerin, az üveg, a cukorkaramella. Ezeket mindig nem kristályos testek hűtésével kapják. Néha sok évnyi tárolás után észlelik kristályosodásukat. Az üveg ilyen késleltetett kristályosodását devitrifikációnak nevezzük, a karamell cukorka-kristályosításával.
Mi az üveg? Lehetséges-e, hogy feltétlenül egy tömör testet hívjunk?
Az üveg megőrzi alakját - ez egy szilárd test tulajdonsága. De a molekulák elrendezése szerint az üveg folyadék. Az üvegmolekulák elrendezésében nincs rend, még kis térfogatban is nincs rendezett rácsszerkezet. Az üveghez hasonló testeket - "szilárd folyadékokat" - amorf testeknek neveznek.
A kristályokkal ellentétben az amorf anyagok nem rendelkeznek bizonyos olvadásponttal. Az üveg nem olvad, de lágyul. Fűtött állapotban az üvegdarab először puha lesz a keményből: könnyen hajlítható vagy nyújtható; magasabb hőmérsékleten a darab saját alakja alatt megváltoztatja alakját. Ahogy felmelegszik, az üveg vastag, viszkózus tömege a hajó formájává válik, ahol fekszik. Ez a tömeg először vastag, mint méz, majd tejföl, végül majdnem olyan alacsony viszkozitású folyadék lesz, mint a víz. Minden vágyunkkal itt nem tudjuk jelezni a szilárd test átfolyásának bizonyos hőmérsékletét folyadékra. Ennek okai az üveg szerkezetének és a kristályos testek szerkezetének alapvető különbségében rejlenek.
Az üveg nem olvad, mivel a folyadéknak nem kell olvadnia. Az olvadás az átmenet a molekulák elrendezésétől szigorú rendben, rendezetlen elrendezésig. És egy szilárd üvegben egy molekula, és így véletlenszerűen vannak elrendezve. Ennélfogva az üveg hőmérsékletének növekedése csak növeli a molekulák vibrációinak tartományát, fokozatosan fokozza a mozgás szabadságát. Az üveg és hasonló anyagok nem rendelkeznek az "igazi" szilárd kristályos test alapvető tulajdonságaival, amelyekkel kapcsolatban magabiztosan mondhatjuk: "szilárd, amíg egy ilyen hőmérsékletet, de most egy szilárd testmel együtt folyadék jelenik meg, olvadásának eredményeképpen" .
17. Valóban merev testek kristályokból készülnek
Tehát a szilárd anyagok túlnyomó többsége kristályos szerkezetű. A fémek és kövek kicsi kristályokból állnak - szemcsék, amelyek leginkább mikroszkópban láthatók.
A kristályok tulajdonságai, mérete, kölcsönös elrendezése meghatározza a teljes szilárd anyag tulajdonságait. A szovjet tudósok sok munkát töltöttek e kapcsolat tisztázása és a legnagyobb siker elérése érdekében.
Próbáljuk meg az olvasó elképzeléseit arra, hogy ezek a tanulmányok nagy jelentőséggel bírnak a technikánkhoz.
A fém feldolgozása érinti a szemeket. Itt van egy darab öntött fém: a gabona véletlenszerűen elosztott, méretük elég nagy. A fém huzalból van, amelyet nyújt. Hogyan viselkednek a kristálymagok?
Tanulmányok kimutatták, hogy a szilárd test alakjának megváltoztatása drót vagy egyéb mechanikai kezelés során a kristályos szemek zúzódását okozza. Ugyanakkor a mechanikai erők hatására bizonyos sorrend jelenik meg az elrendezésben.
Mennyire lehet itt beszélni? Végül is, a szemek töredékei teljesen formátlanok.
Ez igaz, a roncs külső alakja bármi lehet, de a kristály zsetonja még mindig kristály: a rácsos ionok pontosan vannak csomagolva, mint egy jól vágott kristály. Ezért minden egyes töredékben meg lehet adni, hogy az egységcellája hogyan található. A feldolgozás előtt a sejteket szigorúan csak az egyes gabonákon belül kell megrendelni - általában nincs általános rend. A feldolgozás után a szemcsék sorakoznak úgy, hogy sejtjeik elrendezésében megjelenik egy bizonyos rendes rend, amelyet textúrának neveznek. például az összes szemcseméret átmérője megközelítőleg párhuzamos a feldolgozás irányával.
A 40b. Ábrán a textúrát egyes meghatározott síkok rendezésének példáján szemléltetjük - a sűrű töltés ionokkal, amelyeket pontok sorai jeleznek.
Ábra. 40. A textúra hiánya (balra) és jelenléte (jobbra).
A textúra jelenségét először a szovjet tudósok fedezték fel - prof. NE Uspensky és corr. AN S.T. Konobeevskii.
Különböző típusú feldolgozás (hengerlés, kovácsolás, üregelő) vezet bármilyen típusú textúra. Egyes esetekben, a szemcsék forgatjuk úgy, hogy azok egység cellák igazodik mentén átlós irányban a kezelés, más esetekben - a szélén a kocka, stb Minél tökéletesebb a gördülő vagy rajz, és tökéletesebb kristályos szerkezetű fém szemek. A jelenléte textúra nagyban befolyásolja a mechanikai tulajdonságokat a termék. A tanulmány a helyét és méretét kristály szemcsék a fém termékek rávilágítanak a természet a gépi feldolgozás fémek és adja meg, hogyan kell helyesen hajtották végre.
Mivel átrendeződése kristályszemcsék kötött és más fontos technikai folyamat - hőkezelés. Ha hő laminált vagy feszített fém, kellően magas hőmérsékleten növekedést az új kristályok kezdődik miatt régi. Temperálás után textúra fokozatosan lebomlik; új kristályok véletlenszerűen vannak elrendezve. Ahogy a hőmérséklet emelkedik (vagy egyszerűen növekvő hőkezelési idő) új szemes öregszik eltűnnek. Szemek nőhet a méret a látható szem. Izzítás drámaian megváltoztatja a tulajdonságait a fém. Metal válik képlékeny, kevésbé szilárd. Ez azért van, mert a szemek egyre nagyobbak és textúra eltűnik.
A legnehezebb és ugyanakkor, a legérdekesebb az a folyamat, edzés acél, amelynek lényege fedezte fel a „atyja orosz kohászati” Dmitry K. Chernov.
Megtudjuk a 37. o., A különböző csomagokat épült az azonos atomok. Mindegyik csomag egy „kedvenc” hőmérséklet-intervallumban, amelyben létezik stabilan. Ezek az anyagok tartoznak, és a vas. Magasabb hőmérsékleten, körülbelül 1000 ° vas atomok lapközepes rács, normál hőmérsékleten jellemezve mirigy test-rács (lásd. A fenti ábra. 29). Ha a hőmérséklet fokozatosan esik, a vas atomok átszervezésével a rács és a forma szobahőmérsékleten, normál csomagolás. Ellenkező esetben a folyamat fog bekövetkezni, ha a hőmérséklet csökken gyorsan, például, izzó öntött darab acél hideg vízben. Ebben az esetben, átrendeződése az atomok nincs ideje fordulnak elő, és azt kapjuk alacsony hőmérsékleten a szerkezet, amely általában jellemző a magas hőmérséklet.
Miért van erre szükség? És szükség van az oka, hogy a vas, amely atomok vannak csomagolva lapközepes rács, van egy sokkal jobb mechanikai tulajdonságok: edzett acél (vas egy kis szén-dioxid-szennyezést és néhány más anyagok) számos alkalommal nagyobb határozottságot és erőt, mint a nem edzett.
Szemcsés, kristályos szerkezete határozza meg a tulajdonságait nem csak a fém, de más szilárd anyagok.
Fa növekedés képződése kíséri, a növekedés, és a változás a helyét a cellulózkrisztallitok.
Properties változások határozzák meg tejipari kristály nevű anyag laktóz.
gumi erőssége függ a kristályok száma benne.
A számos példa könnyen kell szorozni, amely szinte minden gazdasági ágazatban, hiszen néhány kivételtől eltekintve, minden szilárd testek, amelyek körülvesznek bennünket, vagy egykristály vagy álló kis kristályok. A kristályos szerkezete szilárd és befolyása a szerkezet tulajdonságait tárgya sok könyvet.
Ha a „kristály”, gyakran kapcsolatban valami ritka és értékes, különleges, vált az olvasó ismerős és közeli, ha az olvasó érteni, hogy élünk, egy olyan világban, kristályok, és ha az olvasó érdeke fűződik a tanulmány a tulajdonságait, szerkezetét és eljárások kristályok előállítására - a terület hozott számos előnye, hogy hazánkban, - e kis könyv készül.
[2] A 10. ábra, és több úgynevezett központja szimmetria. egybeesik a test közepén. A központ a szimmetria jellemzi az a tény, hogy bármilyen irányba is lehet, hogy kiégett egy egyenes vonal, a lényeg mindig a sorban egyenlő távolságra a központtól, fog tartozni hasonló testrészeket.
[5] Lásd. Book prof. AI Kitaigorodskii „anyag szerkezetének”, „népszerű tudományos könyvtár.”
[6] az ultrahang leírt kiadvány „Tudományos és népszerű könyvtár”: prof. BB Kudryavtsev „hallható hangokat”.
[7] Ez a szám venni a könyv „A kristályok képződése” tag-levelező. AV-Shubnikov kinek köszönhetjük a részletes vizsgálatok a mechanizmus kristály növekedését.