آي آي سيومكي،
، المؤسسة التعليمية البلدية المدرسة الثانوية رقم 11، منطقة ييسك، ييسك، منطقة كراسنودار.

التماثل الكريستالي

أهداف الدرس: التعليمية- التعرف على تماثل البلورات. توحيد المعرفة والمهارات حول موضوع "خصائص البلورات" التعليمية- تعليم مفاهيم النظرة العالمية (علاقات السبب والنتيجة في العالم المحيط، ومعرفة العالم المحيط والإنسانية)؛ التربية الأخلاقية (تنمية حب الطبيعة، والشعور بالمساعدة الرفاقية المتبادلة، وأخلاقيات العمل الجماعي) التنموية– تنمية التفكير المستقل والكلام الشفهي المختص والمهارات في البحث والتجريب والبحث والعمل العملي.

التماثل... هي الفكرة من خلال
الذي حاول الإنسان منذ قرون
لفهم النظام والجمال والكمال.
هيرمان ويل

القاموس المادي

• كريستال - من اليونانية. κρύστανος - حرفيا الجليد والكريستال الصخري.
• تماثل البلورات هو انتظام التركيب الذري والشكل الخارجي والخصائص الفيزيائية للبلورات، والذي يتكون من حقيقة أنه يمكن دمج البلورة مع نفسها من خلال الدوران والانعكاسات والتحويلات المتوازية (الترجمات) وتحولات التماثل الأخرى، وكذلك مزيج من هذه التحولات.

المرحلة التمهيدية

التماثل البلوري هو النمط الأكثر عمومية المرتبط ببنية وخصائص المادة البلورية. وهو أحد المفاهيم الأساسية المعممة للفيزياء والعلوم الطبيعية بشكل عام. وفقًا لتعريف التناظر الذي قدمه إ.س. فيدوروف، "التناظر هو خاصية الأشكال الهندسية لتكرار أجزائها، أو لنكون أكثر دقة، خاصيتها في مواضع مختلفة لتتماشى مع الموضع الأصلي." وبالتالي، فإن الجسم الذي يمكن دمجه مع نفسه عن طريق تحويلات معينة يكون متماثلًا: الدوران حول محاور التماثل أو الانعكاسات في مستويات التماثل. عادة ما تسمى هذه التحولات عمليات متماثلة. بعد تحويل التماثل، فإن أجزاء الكائن التي كانت في مكان واحد هي نفس الأجزاء الموجودة في موقع آخر، مما يعني أن الكائن المتماثل له أجزاء متساوية (متوافقة ومعكوسة). التركيب الذري الداخلي للبلورات هو دوري ثلاثي الأبعاد، أي أنه يوصف بالشبكة البلورية. يتم تحديد تماثل الشكل الخارجي (القطع) للبلورة من خلال تماثل تركيبها الذري الداخلي، والذي يحدد أيضًا تماثل الخصائص الفيزيائية للبلورة.

العمل البحثي 1. وصف البلورات

يمكن أن تحتوي الشبكة البلورية على أنواع مختلفة من التماثل. يشير تماثل الشبكة البلورية إلى خصائص الشبكة لتتزامن مع نفسها في ظل إزاحات مكانية معينة. إذا تزامنت الشبكة مع نفسها عند تدوير بعض المحاور بزاوية مقدارها 2π/ نفيسمى هذا المحور بمحور التماثل ن- الترتيب.

وبصرف النظر عن محاور الترتيب الأول التافهة، فإن محاور الترتيب الثاني والثالث والرابع والسادس ممكنة فقط.

لوصف البلورات، يتم استخدام مجموعات التماثل المختلفة، والتي هي الأكثر أهمية مجموعات التماثل المكاني,وصف بنية البلورات على المستوى الذري، و مجموعات التماثل النقطية,وصف شكلها الخارجي. ويطلق على هذا الأخير أيضا الطبقات البلورية. تتضمن تسميات المجموعات النقطية رموز عناصر التماثل الرئيسية المتأصلة فيها. يتم دمج هذه المجموعات وفقًا لتماثل شكل وحدة الخلية البلورية في سبعة أنظمة بلورية - ثلاثية الميل، أحادية الميل، المعينية، رباعية الزوايا، مثلثية، سداسية ومكعبية. يتم تحديد انتماء البلورة إلى مجموعة أو أخرى من التماثل والنظام عن طريق قياس الزوايا أو باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية.

من أجل زيادة التماثل، يتم ترتيب الأنظمة البلورية على النحو التالي (تسميات المحاور والزوايا واضحة من الشكل):

نظام التريكلينك.خاصية مميزة: أ ≠ ب ≠ ج ؛α ≠ β ≠ γ. خلية الوحدة لها شكل متوازي السطوح المائل.

نظام أحادي الميل.خاصية مميزة: زاويتان قائمتان، والثالثة مختلفة عن القائمة. لذلك، أ ≠ ب ≠ ج; β = γ = 90°، α ≠ 90°. خلية الوحدة لها شكل متوازي مع مستطيل في القاعدة.

النظام المعيني.جميع الزوايا زوايا قائمة، وجميع الحواف مختلفة: أ ≠ ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجة. خلية الوحدة لها شكل متوازي مستطيل.

نظام رباعي.جميع الزوايا زوايا قائمة، وحافتان متساويتان: أ = ب ≠ ج; α = β = γ = 90 درجة. خلية الوحدة لها شكل منشور مستقيم ذو قاعدة مربعة.

نظام معيني السطوح (ثلاثي).جميع الحواف متشابهة، وجميع الزوايا متشابهة ومختلفة عن الزوايا القائمة: أ = ب = ج; α = β = γ ≠ 90°. تحتوي خلية الوحدة على شكل مكعب، مشوه بسبب الضغط أو التوتر على طول القطر.

نظام سداسي.تستوفي الحواف والزوايا بينها الشروط التالية: أ = ب ≠ ج; α = β = 90 درجة؛ γ = 120 درجة. إذا قمت بتجميع ثلاث خلايا وحدة معًا، فستحصل على منشور سداسي منتظم. يحتوي أكثر من 30 عنصرًا على تعبئة سداسية (C في التعديل المتآصل للجرافيت، Be، Cd، Ti، وما إلى ذلك).

نظام مكعب.جميع الحواف متشابهة، وجميع الزوايا قائمة: أ = ب = ج; α = β = γ = 90 درجة. خلية الوحدة لها شكل مكعب. يوجد في النظام المكعب ثلاثة أنواع مما يسمى شبكات برافيه: بدائي ( أ)، متمحور حول الجسم ( ب) وتتمحور حول الوجه ( الخامس).

مثال على النظام المكعب هو بلورات ملح الطعام (NaCl، ز). تشكل أيونات الكلور الأكبر حجمًا (الكرات الخفيفة) حشوة مكعبة كثيفة، توجد في العقد الحرة منها (عند رؤوس المجسم الثماني العادي) أيونات الصوديوم (الكرات السوداء).

مثال آخر على النظام المكعب هو الشبكة الماسية ( د). وهو يتألف من شبكتين مكعبتين متمركزتين على الوجه، ومزاحتين بمقدار ربع طول القطر المكاني للمكعب. تمتلك هذه الشبكة، على سبيل المثال، العناصر الكيميائية السيليكون والجرمانيوم، وكذلك التعديل المتآصل للقصدير - القصدير الرمادي.

العمل التجريبي "مراقبة الأجسام البلورية"

معدات:عدسة مكبرة أو عدسة قصيرة التركيز في إطار، مجموعة من الأجسام البلورية.

أمر التنفيذ

1. استخدم عدسة مكبرة لفحص بلورات ملح الطعام. يرجى ملاحظة أن جميعها على شكل مكعبات. تسمى بلورة واحدة بلورة واحدة(يحتوي على شبكة بلورية مرتبة مجهريا). الخاصية الرئيسية للأجسام البلورية هي اعتماد الخواص الفيزيائية للبلورة على الاتجاه - تباين الخواص.
2. فحص بلورات كبريتات النحاس، مع الانتباه إلى وجود حواف مسطحة على البلورات الفردية؛ والزوايا بين الحواف لا تساوي 90 درجة.
3. النظر في بلورات الميكا في شكل لوحات رقيقة. يتم تقسيم نهاية إحدى لوحات الميكا إلى العديد من الأوراق الرفيعة. من الصعب تمزيق لوحة الميكا، ولكن من السهل تقسيمها إلى صفائح أرق على طول المستويات ( تباين القوة).
4. فكر في المواد الصلبة متعددة البلورات (كسر قطعة من الحديد أو الحديد الزهر أو الزنك). يرجى ملاحظة: عند الكسر يمكنك تمييز البلورات الصغيرة التي تشكل القطعة المعدنية. معظم المواد الصلبة الموجودة في الطبيعة والتي تنتجها التكنولوجيا هي عبارة عن مجموعة من البلورات الصغيرة المندمجة معًا بطرق موجهة بشكل عشوائي. على عكس البلورات المفردة، فإن البلورات المتعددة متناحية الخواص، أي أن خصائصها هي نفسها في جميع الاتجاهات.

العمل البحثي 2. تماثل البلورات (الشبكات البلورية)

يمكن أن تتخذ البلورات شكل منشورات مختلفة، قاعدتها عبارة عن مثلث منتظم ومربع ومتوازي أضلاع ومسدس. يمكن أن يعتمد تصنيف البلورات وتفسير خواصها الفيزيائية ليس فقط على شكل خلية الوحدة، ولكن أيضًا على أنواع أخرى من التماثل، على سبيل المثال، الدوران حول محور. محور التماثل هو خط مستقيم، عندما يدور 360 درجة حوله تصطف البلورة (شبكتها) مع نفسها عدة مرات. يتم استدعاء عدد هذه المجموعات ترتيب محور التماثل. توجد شبكات بلورية ذات محاور تناظر من الدرجة الثانية والثالثة والرابعة والسادسة. من الممكن تماثل الشبكة البلورية بالنسبة لمستوى التماثل، بالإضافة إلى مجموعات من أنواع التماثل المختلفة.

العالم الروسي إ.س. أثبت فيدوروف أن 230 مجموعة فضائية مختلفة تغطي جميع الهياكل البلورية المحتملة الموجودة في الطبيعة. إيفغراف ستيبانوفيتش فيدوروف (22 ديسمبر 1853 - 21 مايو 1919) - عالم بلورات روسي وعالم معادن وعالم رياضيات. أعظم إنجازات إ.س. فيدوروف - اشتقاق صارم لجميع المجموعات الفضائية الممكنة في عام 1890. وهكذا، وصف فيدوروف تماثلات مجموعة كاملة من الهياكل البلورية. وفي الوقت نفسه، قام بالفعل بحل مشكلة الأشكال المتناظرة المحتملة، المعروفة منذ العصور القديمة. بالإضافة إلى ذلك، أنشأ Evgraf Stepanovich جهازا عالميا للقياسات البلورية - طاولة فيدوروف.

العمل التجريبي "عرض المشابك البلورية"

معدات:نماذج من الشبكات البلورية لكلوريد الصوديوم، الجرافيت، الماس.

أمر التنفيذ

1. قم بتجميع نموذج لبلورة كلوريد الصوديوم ( يتم توفير الرسم). يرجى ملاحظة أن الكرات ذات اللون الواحد تحاكي أيونات الصوديوم والأخرى أيونات الكلور. يخضع كل أيون في البلورة لحركة اهتزازية حرارية بالقرب من عقدة الشبكة البلورية. إذا قمت بتوصيل هذه العقد بخطوط مستقيمة، يتم تشكيل شبكة بلورية. كل أيون صوديوم محاط بستة أيونات كلور، والعكس صحيح، كل أيون كلور محاط بستة أيونات صوديوم.
2. حدد اتجاهًا على طول أحد حواف الشبكة. يرجى ملاحظة: الكرات البيضاء والسوداء - أيونات الصوديوم والكلور - بديلة.
3. اختر الاتجاه على طول الحافة الثانية: الكرات البيضاء والسوداء - أيونات الصوديوم والكلور - بالتناوب.
4. اختر الاتجاه على طول الحافة الثالثة: الكرات البيضاء والسوداء - أيونات الصوديوم والكلور - بالتناوب.
5. ارسم خطًا مستقيمًا عقليًا على طول قطري المكعب - لن يكون هناك سوى كرات بيضاء أو سوداء فقط، أي أيونات عنصر واحد. يمكن أن تكون هذه الملاحظة بمثابة أساس لشرح ظاهرة التباين المميزة للأجسام البلورية.
6. أحجام الأيونات في الشبكة ليست هي نفسها: نصف قطر أيون الصوديوم أكبر بحوالي مرتين من نصف قطر أيون الكلور. ونتيجة لذلك، يتم ترتيب الأيونات الموجودة في بلورة ملح الطعام بطريقة تجعل موضع الشبكة مستقرًا، أي أن هناك حدًا أدنى من الطاقة الكامنة.
7. قم بتجميع نموذج للشبكة البلورية المكونة من الماس والجرافيت. يحدد الاختلاف في تعبئة ذرات الكربون في شبكات الجرافيت والماس اختلافات كبيرة في خواصها الفيزيائية. تسمى هذه المواد تآصل.
8. استنتج استنتاجًا بناءً على نتائج الملاحظة وحدد أنواع البلورات.

1. الماندين. 2. أيسلندا الصاري. 3. الأباتيت. 4. الجليد. 5. ملح الطعام. 6. ستواروليت (مزدوج). 7. الكالسيت (مزدوج). 8. الذهب.

العمل البحثي 3. الحصول على البلورات

تتمتع بلورات عدد من العناصر والعديد من المواد الكيميائية بخصائص ميكانيكية وكهربائية ومغناطيسية وبصرية رائعة. أدى تطور العلوم والتكنولوجيا إلى حقيقة أن العديد من البلورات التي نادرًا ما توجد في الطبيعة أصبحت ضرورية جدًا لتصنيع أجزاء الأجهزة والآلات والبحث العلمي. نشأت مهمة تطوير تقنية لإنتاج بلورات مفردة للعديد من العناصر والمركبات الكيميائية. كما تعلمون، الماس عبارة عن بلورة كربونية، والياقوت والياقوت عبارة عن بلورات من أكسيد الألومنيوم مع شوائب مختلفة.

الطرق الأكثر شيوعًا لتنمية البلورات المفردة هي البلورة الذائبة وبلورة المحلول. يتم نمو البلورات من المحلول عن طريق تبخير المذيب ببطء من محلول مشبع أو عن طريق خفض درجة حرارة المحلول ببطء.

العمل التجريبي "بلورات متزايدة"

معدات:محاليل مشبعة من ملح الطعام، كلوريد الأمونيوم، الهيدروكينون، كلوريد الأمونيوم، شريحة زجاجية، قضيب زجاجي، عدسة مكبرة أو عدسة مؤطرة.

أمر التنفيذ

1. خذ قطرة صغيرة من محلول مشبع من ملح الطعام بقضيب زجاجي وانقلها إلى شريحة زجاجية مسخنة مسبقًا ( يتم تحضير المحاليل مسبقًا وتخزينها في قوارير صغيرة أو أنابيب اختبار مغلقة بسدادات).
2. يتبخر الماء من الزجاج الدافئ بسرعة نسبيا، وتبدأ البلورات في التساقط من المحلول. خذ عدسة مكبرة ولاحظ عملية التبلور.
3. التجربة الأكثر فعالية هي مع ثنائي كرومات الأمونيوم. عند الحواف ثم على كامل سطح القطرة، تظهر فروع ذهبية برتقالية ذات إبر رفيعة، وتشكل نمطًا غريبًا.
4. يمكن للمرء أن يرى بوضوح المعدلات غير المتكافئة للنمو البلوري في اتجاهات مختلفة - تباين النمو - في الهيدروكينون.
5. استخلص استنتاجًا بناءً على نتائج الملاحظة وحدد أنواع البلورات التي تم الحصول عليها.

العمل البحثي 4. تطبيقات البلورات

تتمتع البلورات بخاصية تباين الخواص الرائعة (الميكانيكية والكهربائية والضوئية وما إلى ذلك). لا يمكن تصور الإنتاج الحديث دون استخدام البلورات.

كريستال		مثال تطبيقى
	التنقيب والتعدين	ادوات حفر
	صناعة المجوهرات	الأوسمة
	الأجهزة	الكرونومترات البحرية – دقيقة للغاية الأجهزة
	الصناعة التحويلية	محامل الماس
	الأجهزة	مشاهدة الحجارة الداعمة
	الصناعة الكيميائية	يموت رسم الألياف
	بحث علمي	ليزر روبي
	صناعة المجوهرات	الأوسمة
الجرمانيوم والسيليكون	صناعة الإلكترونيات	دوائر وأجهزة أشباه الموصلات
الفلوريت، التورمالين، سبار أيسلندا	صناعة الإلكترونيات الضوئية	الأجهزة البصرية
الكوارتز، الميكا	صناعة الإلكترونيات	الأجهزة الإلكترونية (المكثفات، الخ)
الياقوت والجمشت	صناعة المجوهرات	الأوسمة
	الصناعة التحويلية	الشحوم الجرافيت
	مهندس ميكانيكى	الشحوم الجرافيت

معلومات مثيرة للاهتمام

من اكتشف البلورات السائلة ومتى؟ أين يتم استخدام شاشات الكريستال السائل؟

في نهاية القرن التاسع عشر. لفت الفيزيائي الألماني O. Lehmann وعالم النبات النمساوي F. Reinitzer الانتباه إلى حقيقة أن بعض المواد غير المتبلورة والسائلة تتميز بترتيب متوازي منظم للغاية للجزيئات الممدودة. في وقت لاحق، على أساس درجة النظام الهيكلي، تم استدعاؤهم بلورات سائلة(شاشات الكريستال السائل). هناك بلورات لزجة (مع ترتيب الجزيئات طبقة تلو الأخرى)، وبلورات خيطية (مع جزيئات ممدودة نازحة بشكل عشوائي بالتوازي) وكولستيرية (قريبة في البنية من تلك الخيطية، ولكنها تتميز بقدر أكبر من حركة الجزيئات). وقد لوحظ أنه تحت تأثير خارجي، على سبيل المثال، جهد كهربائي صغير، مع تغير في درجة الحرارة أو قوة المجال المغناطيسي، تتغير الشفافية البصرية لجزيء LC. اتضح أن هذا يحدث بسبب إعادة توجيه محاور الجزيئات في الاتجاه العمودي على الحالة الأولية.

البلورات السائلة: أ) سميك؛ ب) نيماتيك؛ الخامس) الكولسترولية.
عنوان URL: http://www.superscreen.ru

مبدأ تشغيل مؤشر LCD:
على اليسار – يتم إيقاف المجال الكهربائي، ويمر الضوء عبر الزجاج؛ على اليمين - الحقل قيد التشغيل، ولا يمر الضوء من خلاله، وتظهر الرموز السوداء (عنوان URL هو نفسه)

نشأت موجة أخرى من الاهتمام العلمي بالبلورات السائلة في سنوات ما بعد الحرب. من بين الباحثين البلوريين، قال مواطننا I. G. كلمة ثقيلة. تشيستياكوف. في نهاية الستينيات. شركة أمريكية في القرن الماضي RCAبدأت في إجراء أول بحث جدي حول استخدام شاشات الكريستال السائل الخيطية للعرض المرئي للمعلومات. ومع ذلك، كانت الشركة اليابانية متقدمة على الجميع حاد، والتي اقترحت في عام 1973 لوحة فسيفساء أبجدية رقمية من الكريستال السائل - شاشة LCD ( شاشات الكريستال السائل - شاشة الكريستال السائل). كانت هذه مؤشرات أحادية اللون متواضعة الحجم، حيث تم استخدام الأقطاب الكهربائية متعددة الأجزاء بشكل أساسي للترقيم. أدت بداية "ثورة المؤشر" إلى الاستبدال شبه الكامل لآليات المؤشر (في أدوات القياس الكهربائية، وساعات المعصم والساعات الثابتة، وأجهزة الراديو المنزلية والصناعية) بوسائل عرض المعلومات بشكل مرئي في شكل رقمي - أكثر دقة، مع وجود خطأ - القراءة الحرة .

شاشات الكريستال السائل بمختلف أنواعها. عنوان URL: http://www.permvelikaya.ru؛ http://www.gio.gov.tw; http://www.radiokot.ru

بفضل النجاحات التي حققتها الإلكترونيات الدقيقة، حلت الآلات الحاسبة الجيبية والمكتبية محل الآلات الإضافية والمعداد وقواعد الشرائح. بل إن الانخفاض الشبيه بالانهيار الجليدي في تكاليف الدوائر المتكاملة أدى إلى ظواهر تتناقض بوضوح مع الاتجاهات التقنية. على سبيل المثال، ساعات اليد الرقمية الحديثة أرخص بشكل ملحوظ من ساعات الربيع، والتي، بسبب الجمود في التفكير، تظل شائعة، وتنتقل إلى فئة "الهيبة".

ما هي المعلمات التي تحدد شكل رقاقات الثلج؟ ما العلم ولأي غرض يدرس الثلج والجليد ورقائق الثلج؟

ظهر الألبوم الأول الذي يحتوي على رسومات تخطيطية لرقاقات الثلج المختلفة باستخدام المجهر في بداية القرن التاسع عشر. في اليابان . تم إنشاؤه من قبل العالم دوي تشيشيتسورا. وبعد ما يقرب من مائة عام، قام عالم ياباني آخر، أوكيشيرو ناكايا، بإنشاء تصنيف لرقاقات الثلج. أثبت بحثه أن رقاقات الثلج المتفرعة ذات السداسية التي اعتدنا عليها تظهر فقط عند درجة حرارة معينة: 14-17 درجة مئوية. في هذه الحالة يجب أن تكون رطوبة الهواء مرتفعة جدًا. وفي حالات أخرى، يمكن أن تتخذ رقاقات الثلج مجموعة متنوعة من الأشكال.

الشكل الأكثر شيوعًا لرقائق الثلج هو التشعبات (من اليونانية δέντρο - شجرة). وأشعة هذه البلورات تشبه أغصان الأشجار.

يتعامل العلم مع عالم الثلج والجليد علم الجليد. نشأت في القرن السابع عشر. بعد أن نشر عالم الطبيعة السويسري O. Saussure كتابًا عن الأنهار الجليدية في جبال الألب. يوجد علم الجليد عند تقاطع العديد من العلوم الأخرى، وفي المقام الأول الفيزياء والجيولوجيا والهيدرولوجيا. أنت بحاجة إلى دراسة الجليد والثلج لمعرفة كيفية منع الانهيارات الجليدية والجليد. ففي نهاية المطاف، يتم إنفاق ملايين الدولارات سنويا على مكافحة عواقبها في جميع أنحاء العالم. ولكن إذا كنت تعرف طبيعة الثلج والجليد، فيمكنك توفير الكثير من المال وإنقاذ العديد من الأرواح. يمكن أن يخبرنا الجليد أيضًا عن تاريخ الأرض. على سبيل المثال، في السبعينيات. درس علماء الجليد الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية، وحفروا الآبار ودرسوا خصائص الجليد في طبقات مختلفة. وبفضل هذا، كان من الممكن التعرف على العديد من التغيرات المناخية التي حدثت على كوكبنا على مدى 400000 سنة.

مهام مسلية وغير عادية(مجموعة عمل)

على ضفاف القناة الشمالية، في الشمال الشرقي من جزيرة أيرلندا، ترتفع جبال أنتريم المنخفضة. وهي مكونة من البازلت الأسود، وهي آثار لنشاط البراكين القديمة التي ارتفعت على طول الصدع العملاق الذي فصل أيرلندا عن بريطانيا العظمى قبل 60 مليون سنة. شكلت تيارات الحمم البركانية السوداء المتدفقة من هذه الحفر الجبال الساحلية على الساحل الأيرلندي وعلى جزر هبريدس عبر القناة الشمالية. هذا البازلت صخرة مذهلة! سائل يتدفق بسهولة في شكل منصهر (تتدفق تدفقات البازلت أحيانًا على طول سفوح البراكين بسرعة تصل إلى 50 كم / ساعة)، وعندما يبرد ويتصلب، فإنه يتشقق مكونًا موشورات سداسية منتظمة. ومن بعيد تبدو المنحدرات البازلتية وكأنها أعضاء ضخمة بها مئات الأنابيب السوداء. وعندما يتدفق تيار من الحمم البركانية إلى الماء، تظهر أحيانًا مثل هذه التكوينات الغريبة بحيث يصعب عدم تصديق أصلها السحري. هذه هي بالضبط الظاهرة الطبيعية التي يمكن ملاحظتها عند سفح أنتريم. هناك نوع من "الطريق إلى اللامكان" ينفصل عن الكتلة البركانية هنا. يرتفع السد عن سطح البحر 6 أمتار ويتكون من حوالي 40 ألف عمود من البازلت. يبدو وكأنه جسر غير مكتمل عبر المضيق، صممه أحد عمالقة القصص الخيالية، ويسمى "جسر العمالقة".

مهمة.ما هي خصائص المواد الصلبة والسوائل البلورية التي نتحدث عنها؟ ما هي الاختلافات التي تعرفها بين المواد الصلبة البلورية والسوائل؟ ( إجابة.يعد الشكل الهندسي الصحيح سمة خارجية أساسية لأي بلورة في الظروف الطبيعية.)

تم العثور على الماسة الأولى في جنوب أفريقيا في عام 1869 من قبل صبي الراعي. وبعد مرور عام، تأسست مدينة كيمبرلي هنا، وبعد ذلك أصبحت الصخرة الحاملة للماس تعرف باسم الكمبرلايت. محتوى الماس في الكمبرلايت منخفض جدًا - لا يزيد عن 0.000007 3%، أي ما يعادل 0.2 جرام (1 قيراط) لكل 3 أطنان من الكمبرلايت. في الوقت الحاضر، إحدى مناطق الجذب في كيمبرلي هي حفرة ضخمة بعمق 400 متر، حفرها عمال مناجم الماس.

مهمة.أين يتم استخدام الخصائص القيمة للماس؟

"مثل هذه ندفة الثلج (نحن نتحدث عن ندفة الثلج. -" مثل.(نجمة عادية سداسية الشكل، سقطت على كم معطف نيرجين القديم الصدئ من خط المواجهة).

منظمة العفو الدولية. سولجينتسين.في الدائرة الأولى.

? لماذا يكون لرقاقات الثلج الشكل الصحيح؟ ( إجابة.الخاصية الرئيسية للبلورات هي التماثل.)

"اهتزت النافذة بالضوضاء. تطايرت النوافذ، وحدثت خشخشة، وبرز وجه خنزير رهيب، وهو يحرك عينيه، وكأنه يسأل: "ماذا تفعلون هنا، أيها الناس الطيبون؟"

ن.ف. غوغول.

? لماذا ينكسر الزجاج حتى تحت الحمل الخفيف؟ ( إجابة.يُصنف الزجاج على أنه جسم هش لا يحتوي فعليًا على أي تشوه لدن، لذا فإن التشوه المرن ينتهي فورًا بالكسر.)

كان الجو متجمدًا أكثر مما كان عليه في الصباح؛ ولكن كان الجو هادئًا للغاية لدرجة أنه كان من الممكن سماع صرير الصقيع تحت الأحذية على بعد نصف ميل.»

ن.ف. غوغول.أمسيات في مزرعة بالقرب من ديكانكا.

? لماذا يصرخ الثلج تحت الأقدام في الطقس البارد؟ ( إجابة.رقاقات الثلج عبارة عن بلورات، يتم تدميرها بالأقدام، ونتيجة لذلك، يظهر الصوت.)

يتم قطع الماس بواسطة الماس.

? يتكون الماس والجرافيت من ذرات الكربون المتطابقة. لماذا تختلف خصائص الماس والجرافيت؟ ( إجابة.وتختلف هذه المواد في التركيب البلوري. يمتلك الماس روابط تساهمية قوية، بينما يمتلك الجرافيت بنية متعددة الطبقات.)

? ما هي المواد التي تعرفها والتي ليست أقل قوة من الماس؟ ( إجابة.إحدى هذه المواد هي نيتريد البورون. تربط رابطة تساهمية قوية جدًا ذرات البورون والنيتروجين في الشبكة البلورية لنتريد البورون. نيتريد البورون ليس أقل شأنا من الماس في الصلابة، ويفوقه في القوة والمقاومة للحرارة.)

النهاية حادة، القاطعة حادة: تقطع الأوراق، وتتطاير القطع. ما هذا؟ ( إجابة.الماس.)

? ما الخاصية التي تميز الماس عن المواد الأخرى؟ ( إجابة.صلابة.)

تم اكتشاف أكبر البلورات في كهف نايكي بولاية تشيهواهوا المكسيكية. يصل طول بعضها إلى 13 مترًا وعرضها 1 مترًا.

أ. فيرمان في بداية القرن العشرين. وصف مقلعًا في جبال الأورال الجنوبية، مدمجًا في بلورة فلسبار عملاقة.

خاتمة

في ختام الدرس، أود أن أقدم مثالا فريدا لاستخدام التماثل. يجب أن يكون نحل العسل قادرًا على العد والحفظ. لإفراز 60 جرامًا فقط من الشمع بغدد خاصة، يحتاجون إلى تناول 1 كجم من العسل من الرحيق وحبوب اللقاح، ويلزم حوالي 7 كجم من الطعام الحلو لبناء عش متوسط ​​الحجم. يمكن أن تكون خلايا قرص العسل مربعة من حيث المبدأ، لكن النحل يختار شكلًا سداسيًا: فهو يوفر التعبئة الأكثر كثافة لليرقات، بحيث يتم إنفاق الحد الأدنى من الشمع الثمين على بناء الجدران. أقراص العسل عمودية، والخلايا الموجودة عليها موجودة على كلا الجانبين، أي أن لديهم قاع مشترك - توفير آخر. يتم توجيهها للأعلى بزاوية 13 درجة لمنع تسرب العسل. يمكن لأقراص العسل هذه أن تحتوي على عدة كيلوغرامات من العسل. هذه هي عجائب الطبيعة الحقيقية.

الأدب

1. أرنولد ف. الطرق الرياضية للميكانيكا الكلاسيكية. م: افتتاحية URSS، 2003.
2. ويل جي. التناظر: مترجم من الإنجليزية. م، 1968.
3. القاموس الجليدي / إد. V.M. كوتلياكوف. ل.: جيدروميتويزدات، 1984.
4. كومبانيتس أ.س. التماثل في العالم الصغير والكبير. م: ناوكا، 1978.
5. ميركولوف د. سحر البلورات السائلة // العلم والحياة. 2004. رقم 12.
6. فيدوروف إي إس. التماثل وهيكل البلورات. م، 1949.
7. الفيزياء: م. للأطفال. م: أفانتا+، 2000.
8. شوبنيكوف أ.ف.، كوبتسيك ف.أ. التماثل في العلم والفن. دار النشر 2.م، 1972.

والدليل على القانون هو استحالة وجود نظام متوازي الأضلاع يتكون من خلايا أولية ذات محاور تناظر من الرتبة الخامسة وأعلى من الرتبة السادسة، لأنه من المستحيل ملء المساحة بأكملها بدون باقي بالأرقام المنتظمة 5 و 7 و 8 ، 9 ... ن - المربعات جوهر القانون الرئيسي لتماثل البلورات - محاور الترتيب الخامس والأعلى من السادس مستحيلة في البلورات.

تسمى محاور الترتيب الأول والثاني بمحاور الترتيب الأدنى، وتسمى محاور الترتيب الثالث والرابع والسادس بمحاور الترتيب الأعلى.

يمكن أن تمر محاور التماثل عبر مراكز الوجوه، ومن خلال نقاط منتصف الحواف، ومن خلال القمم. يوضح الشكل محاور التماثل للمكعب. (الملحق 4)

ثلاثة محاور من الدرجة الرابعة تمر عبر مراكز الوجوه؛ أربعة محاور من الدرجة الثالثة هي أقطار مكانية للمكعب: ستة محاور من الدرجة الثانية تربط نقاط المنتصف للحواف في أزواج. يوجد إجمالي 13 محور تماثل في المكعب.

تشمل عناصر التناظر من النوع الثاني: مركز التماثل (مركز الانعكاس)، ومستوى التماثل (مستوى المرآة)، بالإضافة إلى عناصر التماثل المعقدة - محاور دوران المرآة والانعكاس والانعكاس. (الملحق 5).

مركز التماثل (C) هو نقطة داخل البلورة، على جانبيها تلتقي النقاط المتطابقة من البلورة على مسافات متساوية. التحويل المتماثل الموافق لمركز التماثل هو انعكاس عند نقطة ما (المرآة ليست مستوية، بل نقطة). مع هذا الانعكاس، لا تدور الصورة من اليمين إلى اليسار فحسب، بل أيضًا من الوجه إلى الخلف (الشكل). تم تصوير الجانبين "الأمامي" و"الخلفي" للشخصية باللونين الأبيض والأزرق على التوالي.

في كثير من الأحيان يتزامن مركز التماثل مع مركز ثقل البلورة.

في متعدد السطوح البلوري، يمكنك العثور على مجموعات مختلفة من عناصر التناظر - بعضها يحتوي على عدد قليل والبعض الآخر يحتوي على الكثير. وفقا للتناظر، في المقام الأول على طول محاور التناظر، يتم تقسيم البلورات إلى ثلاث فئات.

إلى الأسفل - الجبس والميكا وكبريتات النحاس وملح روشيل وما إلى ذلك (الملحق 8)

يحتوي كل متعدد السطوح البلوري على مجموعة معينة من عناصر التماثل. تسمى المجموعة الكاملة لجميع عناصر التماثل المتأصلة في بلورة معينة بطبقة التماثل. كم عدد هذه المجموعات في المجموع؟ عددهم محدود. لقد ثبت رياضياً أن هناك 32 نوعاً من التماثل في البلورات.

تعود المجموعة الكاملة للبلورات إلى الأنظمة أو الأنظمة البلورية السبعة الرئيسية التالية.

سينغونيا- التشابه (تشابه الزوايا).

النظام الأول :- مكعب

تقوم عقد الشبكة البلورية بإنشاء مكعب تكون معلمات شبكته هي نفسها أ=ب=جوالزوايا أ=ب=ج=90⁰

الشكل 14. خلية مكعبة.

تتبلور جميع بلورات الموصلات n (Si، Ge، GaAs، Cu)، وبلورات الهاليدات القلوية (LiF، NaCl، KCl) في هذه الشبكة.

تنتمي البلورات ذات الشبكة المكعبة إلى أعلى فئة من التماثل. في هذه البلورات، يتم التعبير عن تباين الخصائص في اتجاهات مختلفة بشكل ضعيف. العديد من الخصائص الفيزيائية في هذه البلورات متناحية الخواص: التوصيل الحراري، التوصيل الكهربائي،

معامل الانكسار هو نفسه في جميع الاتجاهات.

الشكل الخارجي لهذه البلورات عادة ما يكون متساوي القياس، أي. تطورت بالتساوي تقريبا في جميع الاتجاهات. البلورات لها شكل مكعب (6 وجوه)، مجسم ثماني (8 وجوه). في هذه البلورات، يكون تباين الخصائص مثل المرونة والتأثير الكهروضوئي أقل تطورًا بكثير من بلورات الفئات الأخرى.

الفئات البلورية والأنظمة وأنظمة الإحداثيات.

تتشكل مستويات التماثل ومحاور التماثل ومراكز التماثل في بلورات في مجموعات مختلفة. على سبيل المثال: تحتوي البلورات ذات الشبكة المكعبة (أشباه الموصلات وبلورات الهاليد القلوية) على نفس مجموعة عناصر التماثل: مستويات التماثل m (P) - 9، 3 محاور من الدرجة الرابعة 4(L 4)، 4 محاور من الدرجة الثالثة 3( L 3)، 6 محاور من الدرجة الثانية 2 (L 2) ومركز تماثل واحد (C)، لا توجد اتجاهات واحدة.

فئات التماثل: وهي ثلاثة: الأعلى والأوسط والأدنى. يحدث هذا التقسيم إلى فئات وفقًا لتماثل وعدد اتجاهات الوحدة في البلورة. إن تماثل المكعب أو المجسم الثماني هو سمة من سمات البلورات من أعلى فئة. (انظر شعرية مكعبة)

رباعي الزوايا – محور التماثل الرئيسي 4 أو ; أ=ب≠ج، أ=ب=ز=90°

شكل خلية الوحدة هو منشور ذو قاعدة مربعة.

الشكل 15. خلية رباعية الزوايا.

يتضمن النظام الرباعي بلورات KDP و ADP (الاصطناعية)

(فوسفات هيدروجين البوتاسيوم وفوسفات هيدروجين الأمونيوم)، السيليت MgF 2.

مثلثي –محور التماثل الرئيسي 3 أو ; أ=ب≠ج، أ=ب=90°، ز=120°

الشكل 16. الخلية الثلاثية.

شكل خلية الوحدة هو منشور ذو قاعدة معينية بزاوية 120 درجة

يشتمل النظام الثلاثي على بلورات الكالسيت CaCO 3 (الطبيعية والصناعية)، والكوارتز (a-SiO 2)، والنيوبات وتنتالات الليثيوم (LiNbO 3 وLiTaO 3).

سداسي - محور التماثل الرئيسي 6 أو

أ=ب≠ج، أ=ب=90°، ز=120°

الشكل 17. خلية سداسية.

شكل خلية الوحدة هو منشور ذو قاعدة معينية بزوايا 120 درجة. تشكل ثلاثة منشورات من هذا القبيل منشورًا سداسيًا، ولم يعد خلية سداسية بدائية. يتضمن النظام السداسي بلورات الكوارتز (ب-الكوارتز).

المعينية– ثلاثة محاور 2 وثلاث مستويات م من التماثل أ≠ب≠ج، أ=ب=ز=90°

الشكل 18. الخلية المعينية.

ينتمي الكبريت البلوري إلى نظام تقويم العظام.

أحادي الميل- المحور 2 أو المستوى م من التماثل، أ≠ب≠ج، أ=ب=ز=90°

يمكن أن يختلف مظهر البلورات التي تم الحصول عليها بطرق مختلفة، على سبيل المثال، المزروعة من ذوبان أو محلول، بشكل ملحوظ عن بعضها البعض. في الوقت نفسه، كان أحد الاكتشافات الأولى في علم البلورات هو إثبات حقيقة أن الزوايا بين وجوه بلورة من نفس المادة لم تتغير. إن ثبات الزوايا هذا، كما هو معروف الآن، يرجع إلى الترتيب المنتظم للذرات أو مجموعات الذرات داخل البلورة، أي وجود تماثل معين في ترتيب الذرات في المادة الصلبة البلورية.

التماثل الانتقالي. إن مفهوم التناظر الانتقالي للبلورة يعني أنه في البلورة يمكن للمرء اختيار جزء أصغر، يسمى خلية الوحدة، التي يكون التكرار المكاني لها هو إذاعة -في ثلاثة اتجاهات (على طول حواف الخلية) تتشكل البلورة بأكملها. كان مفهوما التناظر الانتقالي والخلية الأولية للبلورة بمثابة تعميم علمي لحقيقة تجريبية مفادها أنه في بلورات المادة نفسها يمكن للمرء أن يعزل عقليًا عنصرًا هندسيًا أساسيًا يمكن من خلاله بناء البلورة بأكملها. تم الكشف عن المعنى العلمي العميق لهذه المفاهيم لاحقًا، مع تطور طرق التحليل الهيكلي للمواد الصلبة بالأشعة السينية.

قد تحتوي خلية الوحدة على واحد أو أكثر من الجزيئات أو الذرات أو الأيونات، ويكون ترتيبها المكاني في الخلية ثابتًا. خلية الوحدة محايدة كهربائيا. إذا تم تمثيل خلية الوحدة المتكررة في البلورة بنقطة، فنتيجة للتكرار الانتقالي لهذه النقطة في ثلاثة اتجاهات (ليس بالضرورة متعامدة)، سيتم الحصول على مجموعة ثلاثية الأبعاد من النقاط تسمى الشبكة البلورية لـ المادة. في هذه الحالة، تسمى النقاط نفسها عقد الشبكة البلورية. يمكن وصف الشبكة البلورية بنواقل الترجمات الأساسية أ (و 2,كما هو موضح في الحالة ثنائية الأبعاد في الشكل. 1.14.

كما يمكن أن يرى في التين. 1.14، اختيار ناقلات الترجمات الرئيسية ليس لا لبس فيه. الشيء الرئيسي هو أنه يمكن وصف موضع جميع النقاط المكافئة للشبكة البلورية من خلال مجموعة خطية من ناقلات الترجمات الأساسية. في هذه الحالة، تتشكل مجموعة جميع ناقلات الشبكة شعرية برافيهكريستال. تحدد نهايات ناقلات الشبكة موضع نقاط العقدة في الشبكة.

أرز. 1.14. خيارات للاختيار المحتمل لمتجهات الترجمة 1 و 2 والشبكة البدائية (الخيارات 1,2,3,4)

يُطلق على المتوازي المبني على ناقلات الترجمات الأساسية خلية بلورية بدائية ، ويكون اختيارها في البلورة غامضًا أيضًا. وحدة الخلية 4 في التين. 1.14، الذي تم إنشاؤه من خلال نقاط المنتصف لمتجهات الترجمة، يسمى خلية وينر - سيتز.

المؤشرات البلورية. إذا كان في خلية الوحدة J من الشبكة البلورية ثنائية الأبعاد الموضحة في الشكل. 1.14، ارسم قطعًا مستقيمة موازية للمتجه 2والمرور عبر العقدتين a و|3، ثم يقومون بتقسيم المتجه i إلى ثلاثة أجزاء متساوية. عند بث خلية 3 على طول ناقلات الترجمة أ (و 2سيتم ملء الشبكة البلورية بخطوط مستقيمة، وستكون جميع عقد الشبكة البلورية على هذه الخطوط. ويمكن إجراء عملية مماثلة في شبكة بلورية ثلاثية الأبعاد عن طريق تمرير نظام من المستويات من خلالها، وفي هذه الحالة ستظهر جميع عقد الشبكة البلورية ثلاثية الأبعاد على هذه المستويات. تسمى هذه المستويات بمستويات الشبكة البلورية. ومن الواضح أنه يمكن رسم العديد من عائلات المستويات البلورية المختلفة من خلال شبكة بلورية. ومن الواضح أيضًا أنه كلما كانت المسافة بين المستويات في عائلة ما أصغر، انخفضت كثافة العقد البلورية التي تقع على كل مستوى (لعائلة معينة من المستويات).

تتميز الطائرات البلورية مؤشرات ميلر،يُشار إليه بثلاثة أرقام محاطة بين قوسين ( hkl). هذه الأرقام تساوي عدد الأجزاء التي تنقسم إليها عائلة المستويات البلورية بواسطة ناقلات الترجمات الرئيسية. إذا كانت المستويات موازية لأي متجه ترجمة، فإن قيمة مؤشر ميلر المقابل تساوي الصفر. إذا تقاطعت المستويات مع الاتجاه السلبي لأي متجه ترجمة، فسيتم تعيين قيمة سلبية للمؤشر المقابل عن طريق وضع شرطة فوق هذا الفهرس. ما قيل عن الشبكة البلورية ثنائية الأبعاد، مع عائلات المستويات المعطاة (10), (01) و (12), وكذلك طائرة من العائلة (12), موضح بشكل جيد في الشكل 1.15.

أرز. 1.15. المستويات البلورية }