Оптические свойства кристаллов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Современное приборостроение немыслимо без самого широкого использования природных и синтетических материалов, в частности кристаллов. Бурно расширяющиеся области использования и применения физических свойств кристаллов способствуют превращению современной физики кристаллов — кристаллофизики — в самостоятельную быстро развивающуюся научную дисциплину.

Содержание

Введение
1. Строение кристаллов
2. Механические свойства кристаллов
3. Электрические свойства кристаллов
4. Магнитные свойства кристаллов
5. Оптические свойства кристаллов
Вывод

Работа содержит 1 файл

Реферат кристаллохимия.doc

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. Т.Г.ШЕВЧЕНКА

ФАКУЛЬТЕТ ПРИРОДНИЧИХ НАУК

ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Виконав: студент ІІI курсу

Нікішин Олександр Олександрович

1. Строение кристаллов

2. Механические свойства кристаллов

3. Электрические свойства кристаллов

4. Магнитные свойства кристаллов

5. Оптические свойства кристаллов

В последние десятилетия роль физики в развитии современной техники неизмеримо возросла. Особое значение приобрела такая область этой науки, как физика твердого тела, занимающаяся исследованием материалов, которые благодаря своим уникальным свойствам — полупроводниковым, лазерным, оптическим, пьезоэлектрическим, пироэлектрическим и т. д. — широко используются в полупроводниковой технике, квантовой электронике и т. п.

Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством - какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответственными гранями всегда одинаковы. Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямыми углами. Грани кварца имеют форму неправильных шестиугольников, но углы между гранями всегда одни и те же — 120°.

Закон постоянства углов, открытый в 1669 г. датчанином Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах — кристаллографии.

Измерение углов между гранями кристаллов имеет очень большое практическое значение, так как по результатам этих измерений во многих случаях может быть достоверно определена природа минерала. Простейшим прибором для измерения углов кристаллов является прикладной гониометр. Применение прикладного гониометра возможно только для исследования крупных кристаллов, невелика и точность измерений, выполненных с его помощью. Различить, например, кристаллы кальцита и селитры, сходные по форме и имеющие углы между соответственными гранями, равные 101°55' первого и 102°41,5' у второго, с помощью прикладного гониометра очень трудно. Поэтому в лабораторных условиях измерений углов между гранями кристалла обычно выполняют с помощью более сложных и точных приборов.

Кристаллы правильной геометрической формы встречаются в природе редко. Совместное действие таких неблагоприятных факторов, как колебания температуры, тесное окружение соседними твердыми телами, не позволяют растущему кристаллу приобрести характерную для него форму. Кроме того, значительная часть кристаллов, имевших в далеком прошлом совершенную огранку, успела утратить ее под действием воды, ветра, трения о другие твердые тела. Так, многие округлые прозрачные зерна, которые можно найти в прибрежном песке, являются кристаллами кварца, лишившимися граней в результате длительного трения друг о друга.

Существует несколько способов, позволяющих узнать, является ли твердое тело кристаллом. Самый простой из них, но очень малопригодный для использования, был открыт в результате случайного наблюдения в конце XVIII в. Французский ученый Ренне Гаюи нечаянно уронил один из кристаллов своей коллекции. Рассмотрев осколки кристалла, он заметил, что многие из них представляют собой уменьшенные копии исходного образца.

Классификация кристаллов и объяснение их физических свойств оказываются возможными только на основе изучения их симметрии. Учение о симметрии является основой всей кристаллографии.

Для количественной оценки степени симметричности служат элементы симметрии — оси, плоскости и центр симметрии. Осью симметрии называют воображаемую прямую, при повороте вокруг которой на 360° кристалл (или его решетка) несколько раз совмещается сам с собой. Число этих совмещений называют порядком оси.

Плоскостью симметрии называют плоскость, рассекающую кристалл на две части, каждая из которых является зеркальным отображением одна другой.

Плоскость симметрии как бы выполняет роль двустороннего зеркала. Число плоскостей симметрии может быть различным. Например, в кубе их девять, а в снежинках любой формы — шесть.

Центром симметрии называют точку внутри кристалла, в которой пересекаются все оси симметрии.

Каждый кристалл характеризуется определенным сочетанием элементов симметрии. Ввиду того, что число элементов симметрии невелико, задача отыскания всех возможных форм кристаллов не является безнадежной. Выдающийся русский кристаллограф Евграф Степанович Федоров установил, что в природе может существовать только 230 различных кристаллических решеток, обладающих осями симметрии второго, третьего, четвертого и шестого порядка. Иначе говоря, кристаллы могут иметь форму различных призм и пирамид, в основании которых могут лежать только правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.[1]

К свойствам, зависящим от направления в кристалле, относятся такие механические свойства, как твердость, упругость, пластичность, спайность. Под механическими свойствами понимают способность тел реагировать на механические воздействия — сжатие, растяжение, сдвиг, разрушение. Все эти свойства зависят от строения кристаллов и степени их дефектности.

Под твердостью подразумевается степень сопротивления кристала внешнему воздействию. Для приближенного определения твердости пользуются целым рядом методов, основанных на царапании одного кристала другим. В 1824 г. австрийский минералог Ф. Моос (1773-1839) предложил 10 бальную[1] достаточно обоснованную шкалу относительной твердости минералов (табл. 1).

Твердость не является физической постоянной. Ее величина зависит не только от изучаемого материала, но и от условий измерения. Доказана зависимость твердости от строения кристаллов — типа структуры, коэффициента упаковки (удельного веса), заряда образующих кристалл ионов. Например, различную твердость (по шкале Мооса) двух полиморфных модификаций CaCO3 — кальцита и арагонита — 3 и 4 соответственно можно объяснить разной плотностью их структур:

• для структуры кальцита с КЧCa = 6 - р = 2,72 г/см3,

• для структуры арагонита с КЧCa = 9 - р = 2,94 г/см3.

В ряду одинаково построенных кристаллов твердость возрастаете увеличением зарядов, а, следовательно, и уменьшением размеров катионов. Присутствие же в структурах достаточно крупных анионов типа F-, ОН-, молекул H2O понижает твердость. Например, для изоструктурных минералов гематита Fe2O3 (rFe = 0,78 Å) и корунда Al2O3 (rAl = 0,57 Å) значения твердости соответственно равны 5-6 и 9, но твердость гиббсита Аl(ОН)3 в структуре которого замена трех атомов О2- на 3(ОН)- -группы сопровождается компенсационной заменой 2Fe3+ на А13+ , существенно понижена — до 3 по сравнению с 9 корунда.

Читайте также: