Kristályok és azok alkalmazása
- bevezetés
- 1. Kristály. Tulajdonságai, szerkezete és formája
- 2. Folyadékkristályok
- 3. Az LCD alkalmazása
- 4. A kristályok alkalmazása a tudomány és a technológia területén
- 5. Gyakorlati rész
- következtetés
- Irodalom
- bevezetés
- A munka relevanciája:
- Mivel a kristályokat széles körben használják a tudomány és a technológia területén, nehéz megnevezni egy ilyen termelési ágat, ahol a kristályokat nem használják fel. Ezért a kristályok tulajdonságainak ismerete és megértése nagyon fontos minden ember számára.
- A tanulmány célja. A kristályok otthoni megoldásból történő felemelése, a kristályok tudományos és technikai gyakorlati alkalmazása.
- célkitűzések:
- 1. A kristályok elméletének tanulmányozása.
- 2. A kristálynövekedés anyagának vizsgálata normál körülmények között és laboratóriumi körülmények között.
- 3. A kristályképződés megfigyelése.
- 4. A megfigyelések leírása.
- 5. A kristályok alkalmazási területeinek tanulmányozása a modern életben.
1. Kristály. Tulajdonságai, szerkezete és formája
A "kristály" szó a görög "crustallos" -ból származik, vagyis a "jég". Szilárd testek, atomok vagy molekulák, amelyek rendezett időszakos struktúrát képeznek (kristályrács).
A kristályok háromféleképpen alakulnak ki: olvadékból, oldatból és gőzökből. Az ömledékből történő kristályosítás egy példája a jég képződése a vízből. kristály folyadéktermesztő laboratórium
A körülöttünk lévő világban gyakran lehet megfigyelni a kristályok képződését közvetlenül a gáz-halmazállapotú közegetől, a megoldásoktól és az olvadéktól. Egy csendes, fagyos éjszaka tiszta égen, a hold vagy a fényes fény fényében néha látjuk, hogy a rejtett csillogó lámpa lassan csillan. Ezek a réteges jégkristályok közvetlenül nedvesen és hűtött levegőn keletkeznek.
A szilárd anyagok szerkezete attól függ, hogy milyen körülmények között alakul át a folyadékról a szilárdra. Ha egy ilyen átmenet nagyon gyorsan bekövetkezik, például a folyadék éles hűtésével, akkor a részecskéknek nincs ideje arra, hogy a megfelelő struktúrához igazodjanak, és finom kristályos testet képezzenek. A folyadék lassú hűtésével nagy és szabályos kristályokat kapunk. Bizonyos esetekben, ahhoz, hogy az anyag kristályosodjon, azt különböző hőmérsékleten kell tartani. A külső nyomás hatással van a kristály növekedésére is. Ráadásul a kristályok jelentős része, amely a távoli múltban tökéletes vágást kapott, sikerült elveszíteni a víz, a szél, a súrlódás más szilárd anyagokkal szemben. Így sok, kerek, átlátszó szemcse található a part menti homokban, olyan kvarckristályok, amelyek az egymással szemben tartós súrlódás következtében elvesztették arcukat.
A kristályok sokfélesége nagyon nagy formájú.
A kristályok négy-több száz arcból állhatnak. De figyelemre méltó tulajdonsággal rendelkeznek - függetlenül attól, hogy mekkora méretűek, alakúak és azonosak az azonos kristályok, az egész lapos arcok bizonyos szögben keresztezik egymást. A megfelelő felületek közötti szög mindig ugyanaz. Az alakot olyan tényezők befolyásolják, mint a hőmérséklet, a nyomás, a frekvencia, a koncentráció és a megoldás iránya. Ezért ugyanannak az anyagnak a kristályai számos formát észlelhetnek.
A kősó-kristályok például egy kocka, egy parallelepiped, egy prizma vagy egy bonyolultabb alakú test lehetnek, de mindig az arcuk derékszögben metszik egymást. A kvarc arcai szabálytalan hatlapúak, de az arcok közötti szög mindig ugyanaz - 120 °.
A dán Nikolay Steno által 1669-ben felfedezett szögállandóság törvénye a kristályok - krisztallográfia legfontosabb törvénye.
A kristályok felületének szögeinek mérése igen nagy gyakorlati jelentőséggel bír, mivel ezeknek a méréseknek az eredményei sok esetben megbízhatóan meghatározzák az ásványi anyag természetét.
A kristályok szögének mérésére szolgáló legegyszerűbb eszköz egy alkalmazott goniométer.
Ezen kívül egyedi kristályok és polikristályok vannak megkülönböztetve.
Egyetlen kristály egy monolit, egyetlen töredezett kristályrács. Nagyméretű természetes monokristályok nagyon ritkák.
A monokristályok kvarc, gyémánt, rubin és sok más drágakövek.
A legtöbb kristályos test polikristályos, vagyis sok kis kristályból áll, néha csak erős nagyítás esetén.
A polikristályok mind fémek.
2. Folyadékkristályok
A folyadékkristály a folyadék és a szilárd állapot között közbenső anyag különleges állapota. Egy folyadékban a molekulák szabadon forgathatnak és mozoghatnak bármely irányban. Egy folyadékkristályban bizonyos mértékű geometriai rendezés van a molekulák elrendezésében, de szabad mozgás is megengedett.
A folyékony kristályok konzisztenciája különböző lehet - a könnyű folyadéktól a pépig. A folyadékkristályok szokatlan optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyeket a mérnöki munkákban használnak fel. A folyadékkristályok különböző geometriai formájú molekulákból állnak. mint a szín, az átlátszóság, stb. Mindezek alapján számos folyadékkristályos alkalmazás van.
3. Az LCD alkalmazása
A molekulák elrendezése folyadékkristályokban különböző tényezők hatására változik, mint például a hőmérséklet, a nyomás, az elektromos és a mágneses tér; a molekulák elrendezésében bekövetkező változások az optikai tulajdonságok, például a szín, az átlátszóság és az átvitt fény polarizációs síkjának forgatására való képességének megváltozásához vezetnek. Mindezek alapján a folyadékkristályok számos alkalmazása alapul. Például a színeknek a hőmérsékletre való függését orvosi diagnózisra használják. Bizonyos folyadékkristályos anyagoknak a páciens testére történő alkalmazásával az orvos könnyedén azonosítani tudja az érintett szöveteket a szín megváltoztatásával azokon a helyeken, ahol ezek a szövetek nagyobb mennyiségű hőt bocsátanak ki. A színhőmérséklet függősége lehetővé teszi a termékek minőségének ellenőrzését anélkül, hogy megsemmisítené őket. Ha a fémterméket felmelegítik, akkor a belső hibája megváltoztatja a hőmérséklet felosztását a felületen. Ezeket a hibákat a felszínen alkalmazott folyadékkristályos anyag színének megváltoztatásával detektáljuk.
A folyadékkristályok vékony filmjei, amelyek üvegek vagy műanyag lemezek közé vannak zárva, széles körben alkalmazzák jelzőeszközökként. A folyékony kristályokat széles körben használják a karórák és kis számológépek gyártásában. Lapos televíziók vékony folyadékkristályos képernyővel készülnek.
4. A kristályok alkalmazása a tudomány és a technológia területén
Napjainkban a kristályok széles körben alkalmazzák a tudományt, a technológiát és az orvostudományt.
Vágó kövek gyémántfűrészekkel. A gyémántfűrész egy nagy (legfeljebb 2 m átmérőjű) forgó acéllemez, amelynek élein vágások vagy hornyok vannak. Finoman finom gyémántpor, amelyet kevernek ragadós anyaggal, dörzsölnek ezekbe a résekbe. Egy ilyen nagy sebességgel forgó tárcsa gyorsan kipróbál minden kőt.
Nagyon fontos a gyémánt fúrásakor, a bányászati műveletekben. A gravírozó szerszámokban vannak elosztó gépek, keménységvizsgáló gépek, kő és fém fúrók, gyémánt pontokat. Gyémántpor porlasztással és polírozással kemény kövek, edzett acél, kemény és szuperkemény ötvözetek. Maga a gyémánt is vágható, polírozható és csak egy gyémánttal metszhet. A gépkocsi és repülőgépgyártás motorjainak legfontosabb részeit gyémántvágókkal és fúrókkal kezelik.
A korund fúrható, polírozott, polírozott, élesített kő és fém. A korundból és a smaragdból köszörűkorongokat és rudakat, csiszolóporokat és pasztákat készít. A félvezető üzemekben a legszebb sémákat rubinos tűkkel festették.
Gránátalma is használják a csiszoló iparban. A gránátok csiszolóporokat, csiszolótárcsákat, bőröket gyártanak. Néha a rubin helyett a műszergyártásban.
A fényes kvarc lencséket, prizmákat és egyéb optikai eszközöket tartalmaz. A mesterséges "hegyi nap" egy olyan berendezés, amelyet széles körben használnak az orvostudományban. Bekapcsolt állapotban ez az egység ultraibolya fényt bocsát ki, ezek a sugárzások gyógyulnak. Ebben a készülékben a lámpa kvarcüvegből készül. A kvarc lámpát nem csak az orvostudományban, hanem a szerves kémiai, ásványi anyagokban is használják, segít megkülönböztetni a hamis pecséteket, a pénztárcákat a valóságtól. A kőzetkristály hibás kristályainak tisztaságát prizmák, spetrográfok, polarizáló lemezek gyártására használják.
A fluorot teleszkópok és mikroszkópok lencséként használják, prism spektrográfok és más optikai eszközök előállítására.
5. Gyakorlati rész
A réz-szulfát ötvízes réz-szulfát, mivel a nagy kristályok színes kék üveghez hasonlítanak. A réz vitriolot a mezőgazdaságban használják a növényi kártevők és megbetegedések megelőzésére, az iparban mesterséges szálak, szerves színezékek, ásványi festékek, ártalmas vegyi anyagok előállításában.
A hazai termesztés módja:
1) Először koncentrált vitriol oldatot készítünk. Ezután enyhén felmelegítjük a keveréket, hogy elérjük a só teljes feloldódását. Ehhez tegye a poharát egy serpenyőbe meleg vízzel.
2) Az így kapott koncentrált oldatot egy edénybe vagy egy főzőpohárba öntjük; ott a kristályos "vetőmagot" - egy ugyanolyan só kis kristályát - ráillik a zsinórra, hogy a megoldásba merüljön. Ezen a "magon", és nő a jövő kristálygyűjteményének kiállítása.
3) Helyezze a tartályt az oldatba nyitott állapotban meleg helyen. Amikor a kristály elég nagy ahhoz, hogy felépüljön, eltávolítjuk az oldatból, puha ronggyal vagy papírtörlővel megszárítjuk, lefedjük a szálat, és fedjük le a kristályt színét színtelen lakkal, hogy megóvjuk a levegő "időjárásától".
A réz-szulfát kristálynövekedésének megfigyelése.
Először a réz-szulfát oldatába öntöttük a főzőpohárba, és egy stringet kötöttünk a sztringhez. És egy kristályt helyeztek az üvegbe. A következő nap nagyméretű, kb. 2 centiméter hosszúságú polikristály volt. Maga a kristály nagyon egyenetlen volt, kis oszlopokkal. A további kristályosodás nem folytatódott, nem számít, mennyi ideig vártuk.
De nem álltunk meg ott, és még két kristályt készítettünk a réz-szulfátból. Csak a hiányzó kristály oszlopából vettük a magot. Egy oldatban a hőmérséklet folyamatosan változott, a másikban az üveg változatlan maradt. Néhány nappal később két teljes réteget tartalmazó rézszulfát-kristályt kaptunk. Sima, teljesen szimmetrikusnak bizonyultak. Tehát rájöttem, hogy ahhoz, hogy sima kristályt készítsen, szükséges, hogy a vetőmag is sima és szimmetrikus legyen.
A kristályok növekedésének megfigyelése a sók oldatokban mikroszkóp alatt.
A mikroszkóp alatt lévő kristályok figyelembevétele nagyon érdekes, mivel a "fiatalabb" a kristály, annál jobb a helyes alakja. A kristályok vizsgálata mikroszkóp alatt nem sok időt és erőforrást igényel: csak néhány gramm só szükséges a megoldás elkészítéséhez, és nem sok idő vesz igénybe egy kristályt.
Néhány csepp különböző sók telített oldatát vittük fel a mikroszkóp csúszkára. Az üvegt kissé felmelegítették a lámpa lángja és mikroszkópos asztalra helyezték. A csúszka mozgatásával és a nagyítás beállításával a pozíciót úgy érte el, hogy a csepp a mikroszkóp teljes látómezőjét elfoglalta. Rövid idő után (körülbelül 1 perc) a csepp szélén, ahol gyorsabban szárad, a kristályosodás megkezdődött. A keletkező kisméretű kristályok szilárd, áttetsző kéreget képeztek a cseppek élei mentén, amely sötétben jelenik meg az átvilágított fényben. E kristályok tömegéből fokozatosan az egyes kristályok egyéni pontja kezdett behatolni a cseppek belsejébe irányított cseppekre, amelyek egyre növekvő formákká váltak. Többnyire nem, a kristályosítás új központjai a süllyedés szabad térében, mint általában, nem keletkeztek spontán módon. Egy idő után az egész látómezőt kristályokkal töltötték, és a kristályosodás majdnem teljes volt.
Így a kristályok a természet egyik legszebb és titokzatos teremtményei. A kristályok világában élünk, építünk belőle, feldolgozzuk őket, megesszük őket, kezeljük őket ... A kristálytográfia tudománya a kristályok sokféleségének tanulmányozásával foglalkozik. Ő átfogóan megvizsgálja a kristályos anyagokat, feltárja tulajdonságait és szerkezetét. Az ókorban azt hitték, hogy a kristályok ritkaságok. Sőt, a nagy homogén kristályok felfedezésében - ritkán jelenség. A finom kristályos anyagok azonban nagyon gyakoriak. Így például szinte minden kőzet: gránit, homokkő, mészkő - kristályos. Még a test egyes részei is kristályosak, például a szaruhártya, a vitaminok, az ideghéj. A hosszú keresési és felfedezési mód a kristályok külsõ formájának mélységében az atomszerkezet finomságában való mérése miatt még nem fejeződött be. De most a kutatók meglehetősen jól tanulmányozták szerkezetét, és megtanulják ellenőrizni a kristályok tulajdonságait.
Az elvégzett munka eredményeként a következő következtetéseket vonhatom le:
1. A kristály szilárd anyagállapot. Meghatározott alakja van és bizonyos számú arc.
2. A kristályok különböző színűek, de többnyire átlátszóak.
3. A kristályok egyáltalán nem ritkaságok. A kristályok mindenütt körülveszik minket. Szilárd testek, amelyekből házakat építünk, gépeket, anyagokat használunk a mindennapi életben - szinte mindegyik a kristályokkal kapcsolatos. A homok és gránit, az asztali só és a cukor, a gyémánt és a smaragd, a réz és a vas kristályos testek.
4. A kristályok közül a legértékesebbek a drágakövek.
5. Rézszulfát telített oldatából otthonosan kristályosodtam.
Így a munka elején megjelölt célok és feladatok megvalósultak. Az elvégzett munka eredményeként kísérletileg bizonyítékot találtam arra a feltevésre, amelyet a brit kristályíró Frank a kristályok fokozatos növekedésében kifejtett.
A munka nagyon érdekes és szórakoztató volt. Szeretnék még kristályokat kinyerni más anyagokból, mert sokan vannak körülöttünk ...
Hosted on Allbest.ru