Кристализация

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ . . . 3
ҚАЙТА КРИСТАЛДАУ . . . 5
МЕТАЛДАР МЕН ҚОРЫТПАЛАРДЫ КРИСТАЛДАУ . . . 8
КРИСТАЛДАРДАҒЫ АҚАУЛАР . . . 10
ҚОРЫТЫНДЫ . . . 18
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ . . . 19

КІРІСПЕ

Кристалдар адам өмірінде ертеден белгілі. Кристалдар- қатты және өте әдемі денелер, көп жақ симметриялық форма. Қазiргi уақытта кристаллография ғылым алуан түрлі кристалдарды зерттеуiмен айналысады. Ол атомды-молекулалық құрлысын, симетриясын, физикалық және химиялық қасиеттерін, кристалдардың өсу құлысын және агрегатын зертейді. Кристалография ғылымы ертеден белгілі және оның дауы минералогия ғылымы мен тығыз байланысты, заңды орнатушы (Р. Ж. Гаюи, 1784) . Ары қарай кристалдардың сыртқы симетриялық фомаларын, және ішкі құрлысындамытқан (А. В. Гадолин, 1867 г. ) (Е. С. Федоров (1890 г. ) және А. Шенфлис (1891 г. ) бір мезгілде 230 топ кеңесіке симетриялы формасын және 230 топ геометриялы заңды, кристаталдардың құрласы бөлшектерден тұрғандықтан олар бөлшектік орналасуына бағынады.

Ерте кезде кристалдарды сирек кездесетін және жұмбақ қатты заттар деп түсінген. Шынындада, табиғатта біртекті ірі кристалдар сирек кездеседі. Бірақ ұсақ кристалды затар көп кездеседі. Мысалы, тау-кен қазбаларын алсақ: гранит, әктас осының барлығы кристалды заттар. Сонымен қатар бәріміз білетіндей, тірі ағзалық бөлшектерде кристалдарн тұрады, мысалы, көздің шыныйналары.

Қазіргі уақытта кристалдар кең қолданыста ғылымда да және техникада да, өйткені ол әр түрлі қасиеттерге ие. Кристалдар жартылай өткізгіштік және аса өткізгіштік, квантты электронда қолданылады және т. б.

Қазіргі уақытта кристалдарды жасанды жолмен өсіріледі. Үй жағдайында да өсіруге болады ( тасты тұз = галит) . Кристалды өсіру қарапайым стаканда да өсіруге болады, ол үшін белгілі ерітіндіні қажет және ұқыпты болу, өсіп жатқан кристалға күтім қажет.

Кристалдар табиғатта кең таралған, сонымен қатар олардың пішімдеріде әр түрлі. Барлық кристалдар элементарлы бөлшектерден тұрады, кристалды денелер белгілі ішкі тәртіппен орналасқан. Барлық кристалдардың құрлымы ешқандай ерекшеліксіз орналасқан, барлығыда бірдей атомдардан тұрады, бралығыда кеңестіктік тор тақташаларынан тұрады.

Сонымен тұжырымдай келе, кристалдар - қатты, біртекті, анизотропиялық заттар, белгілі бір жағдайда өзіндік шарттары бар.

Химиялық технологияда кристализация процесі кең қолданылады, заттарды таза күйінде алу үшін. Кристалдарды балқытпаларды мұздату (суыты) арқалы алынады.

Қайта кристалдану әдісі

Қатты заттарды бір-бірінен ажыратып алуда және олардың құрамдарын бөгде заттардан тазарту кезінде қолданылады. Бұл әдіс арқылы заттарды тазартқанда мына төмендегідей үш мәселеге көңіл бөлінуі қажет.

а) органикалық заттың ерігіштігі температураға тікелей байланысты болуы шарт;

ә) берілген бір еріткіште тазартылуға тиісті зат бөгде заттарға қарағанда өте жақсы еруге тиіс;

б) еріткіш тазартылатын затпен реакцияға түспеуі қажет.

Қайта кристалдану әдісінің мәні мынада:

құрамында бөгде нәрселері көп, ластанған органикалық қатты заттар белгілі бір ыңғайлы еріткіште кыздырылып ерітіледі. Бұдан әрі қызған ерітінді фильтр арқылы сүзіледі, ал сүзгіден өткен ерітінді суылтылады. Сол кезде суыған ерітіндіде зат қайтадан кристалданады. Бұл түзілген таза кристалдарды екінші рет фильтрлі сүзгіден өткізсек, таза зат ала аламыз.

Бірден булану (сублимация) әдісі де органикалық заттарды тазартудың тиімді түрлерінің бірі. Сублимациялау дегеніміз қатты заттарды қоспадан қыздыру арқылы бірден буға айналдырып содан сон, ол буды суытып, қайтадан қатты зат алу. Бұлай тазартудың қолданылатын жері аз. Оған себеп, сублимацияға ұшырайтын органикалық қатты заттар санаулы ғана.

Сублимацияның екі түрі болады:

а) қарапайым сублимация

ә) вакуумде өтетін сублимация .

Қарапайым сублимацияны кәрден тостағанында жүргізуге болады. Кәрден тостағанына заттар қоспасы салынады да, оның бетіне воронка төңкеріледі. Тостағаншаны қыздырғанда сублимацияға ұшырайтын зат буға айналып воронканың ішкі бетіне келіп соқтығады және сол бетте ол бу қатты заттың кристалына айналып, воронка қабырғасына жабысады. Одан затты қырып жинап алуға болады. Кейбір заттарды вакуумде кыздырып сублимациялап алу ыңғайлы болады.

Экстракция (немесе шаймалау) . Экстракциялау дегеніміз қатты, немесе сұйық заттарды қоспалардан басқа бір еріткіштер арқылы бөліп алу. Мұның мәні мынада: суда немесе су мен қышқыл қоспасында еріп тұрған затты бұл ортаға органикалық еріткіштер кұю арқылы ерітіп, бетіне қалқытып шығарады да, судан бөліп ағызып алады. Экстракциялауды көп жағдайда бөлгіш воронкаларда жүргізеді .

Экстракциялау үшін органикалық еріткіштер: диэтил зфирі, бензол, толуол, хлороформ, дихлороэтан, төртхлорлы көміртегі, петролейн эфирі, этилацетат және т. б. жиі қолданылады.

Экстракция жүргізудің әртүрлі жолы бар. Олар мына төмендегі әдістер:

мацерация - қалыпты жағдайда немесе бөлме температурасында қатты затты бірнеше қабат аздаған мөлшерлі еріткіште ерітіп экстракциялау;

д и г е р л е у - қатты затты еріткіштің порцияларымен қыздырып экстракциялау;

перколяция - қатты заттың үстінен еріткішті үнемі ағызып өткізу арқылы экстракциялау;

перфорация - заттың ерітіндісінің ішінен еріткішті үнемі айналдыра өткізіп отыру арқылы (циркуляциялау арқылы) экстракциялау;

қ а р а м а - к а р с ы а ғ ы н д а б ө л у - затты және еріткішті бір-біріне қарама-қарсы ағызып, екі түрлі сұйықтық фазаның арасында экстракциялау.

Xр о м а т о г р а ф и я . Қазіргі уакытта органикалық заттарды бір-бірінен бөліп шығаруда, тазалау және жекелеп алуда көп қолданылып жүрген әдістердің бірі. Хроматографияның негізі - заттардың ерітінділерінің сорғыш материалдардың бойымен жылжып өтуі кезіндегі жылдамдығының әртүрлі болатындығы. Басқаша айтсақ, әрбір заттың ерітіндісі сорбенттің (сорғыштық қасиетібар заттар) бойымен өткенде әртүрлі жылдамдықпен жылжиды және сол сорбенттің бойында белгілі бір уақыт сақталып тұра алады

Заттарды хроматографиялық жолмен, тазалаудың төрт түрі бар:

а) адсорбациялық хроматография;

ә) бөліну хроматографиясы;

б) ион алмасу хроматографнясы.

в) газды хроматография

Әр түрлі әдктер арқылы тазартылып алынған органикалык заттарды әр алуан жолдармен құрғатып, одан әрі олардың тұрақты физикалық константаларын анықтайды (балқу немесе қайнау температурасы, тығыздығы, жарық сәулесін сындыру қасиеті.

Нағыз таза заттар үшін оның барлық физикалық константалары тұрақты, аз ғана интервалды өлшемдер болып келеді. Бұдан арғы жерде заттың құрамын анықтау жұмыстары жүргізіледі.

Металдар мен қорытпалардың кристалдануы.

Д. К. Чернов тұңғыш рет болаттың кристалдануын зертеуді бастады. Зерттеуінде ол бұл процесті тұздардың кристалдануы тәрізді болатынын, кристалдану орталықтарының пайда болатынын және осы орталықтардан кристалдар өсетінін атап көрсетті. Оның болаттың кристалдануы және қайта кристалдануы туралы жұмыстары бұл бағыттағы басқа зерттеулерге негіз болды. Одан әрі қарай кристалдану процессін зерттеумен Г. Тамман айналысты. Ол кристалдану орталықтарының санының сызықты тәуелділігі және салқындау дәрежесінен кристалдану жылдамдылығының тәуелділігі деген түсініктерді енгізді. Совет ғалымдары Б. О. Гаген-Торн, В. И. Данилов және т. б. еңбектерінде кристалдың пайда болуына туындылардың өзі түзілуі емес, ұсақ ерімейтін қоспалардың болуы әсер ететіндігі анықталды.

http://ok-t.ru/studopedia/baza4/502748527723.files/image008.jpg

3. 3 - сурет. Кристалдың сұлбалық көрінісі (Д. К. Чернов)

Қолайлы жағдайлар кезінде кристалдану орталықтарынан әр түрлі жылдамдықпен үш бағыт бойынша кристалдар өсуін бастайды және олардың тармақтары кездеспегенге дейін өседі. Қатаю нәтижесінде ағаш тәрізді пішінге ие болатын үлкен кристал түзіледі. Бұл кристалдар дендрит деген атауға ие болды. Дендрит ағаш пішінді көлемге ие болады (3. 3 - суретке сәйкес), ол ағаш тәрізді негізгі өзектен (а) және кесе - көлденең қырлық тармақтарға (б) ие болады. «Дендрит» деген атаудың өзі гректің «дендрон» ағаш тәрізді деген сөзінен алынған.

3. 4 - суретте Д. К. Черновтың атақты кристалы көрсетілген. Бұл кристалл мартен болатының 100 тонналық құймасының шөгу қаяуында оның қызметкерімен байқалған.

Ұзындығы 39 см болатын кристалда дұрыс орналасқан осьтер жақсы көрсетілген. Соңғы кездері салмағы 1 кг жететін кристалдарды алудың жасанды әдістері жасалған. Мысалы, егер ұзың диаметрі өте үлкен емес балқытылған жеңіл металы бар шыны құтыны, металдың балқу температурасынан бірнеше градусқа жоғары қыздырылған пештен өте баяу жылжытатын болсақ, онда бір жақты салқындату әсерінен бір үлкен және бірнеше ұсақ кристалдардың түзілуімен металдың қатаюы жүреді. Салқындату жылдамдығын сәтті таңдау арқылы ұсақ кристалдардың санын азайтуға және барлық құйма бір ғана кристалдан құралуына қол жеткізуге болады. Бір кристалдан тұратын көлемдер монокристалдар деп аталады. Монокристалдарды алу теориялық және практикалық мәнге ие. Бірнеше кристалдардан тұратын кристал денелер поликристалдар деп аталады. Кристалл денелердің ерекшелігіне олардың анизотроптылығы жатады. Ол дененің қасиеті біз анықтайтын бағыттарға тәуелді болады: бір бағыт бойынша олар - көп, басқалары бойынша аз болады. Мысалы, мырыш жоғары созымдылықпен ерекшеленбейді, бірақ белгілі бір бағытта 200 ºС температура кезінде 1700 % дейін созуға болады.

http://ok-t.ru/studopedia/baza4/502748527723.files/image010.jpg

аз мөлшердеқанығуыжәне аз . , ,

: 3. 4 - сурет. Д. К. Чернов кристалы

аз мөлшердеқанығуыжәне аз . , ,:

, . с. с. көбірекәсеретеді. саны . - .

Кристалдағы ақаулар

Нүктелік ақаулар.

Ең қарапайым нүктелік ақауларға бос орындар, негізгі заттардың түйінаралық атомдары, енгізудің басқа тектің атомдары (сур. 1) .

Сурет 1. Кристалдық тордағы нүктелік ақаулар: а) бос орын; б) түйінаралық атомдар; в) енгізудің басқа тектің атомдары

Бос орын деп кристал торының бос түйіндерін; түйінаралық атомдар деп түйіннен түйіндер арасына орнын ауыстырған атомдарды айтады.

Таңбалары әр түрлі қос бос орын Шоттки ақауы деген атқа ие болды. Көп жағдайда әр аттас зарядтардың тепе-теңдігі басқа типтерде ақаудың мәнді өлшемінің болуымен қамтамасыз етіледі. Мысалы, кристалдағы еківалентті аралас ион бірвалентті ионды қалыпты қамтамасыз етеді.

Кристалдағы нүктелік ақаулар кристалдың жылдам бөлшектерінің сәулеленуі, пластикалық деформация, суып қалуы, өсуі кезінде қалыптасады. Бос орын мен түйінаралық атомның сабақтастығы Френкель ақауы деп аталады.

Бос орындар мен түйінаралық атомдар кристалдағы атомдардың жылулық тербелісі әсерінен абсолютті нөлден жоғары әр түрлі температурада пайда болады. Әр температурада бос орындардың қалыпты концентрациясы мен түйінаралықатомдармен сәйкес келеді.

Нүктелік ақаулардағы тең емес концентрацияның қалыптасуына қоспа әсер етеді. Тіпті әлдеқайда ұқыпты дайындалған NaCl кристалы құрамында әдетте оң ионның бос орындарымен оңай байланысатын Са ионы 0, 01-ден 0, 1%-ға дейін болады.

Нүктелік ақаулармен аса қанығуға жоғары температуралық қызудан кейін бірден салқындауы, пластикалық деформация мен нейтрондармен сәулеленуі кезінде жетеді. Соңғы жағдайда түйінаралық атомдар мен бос орындар концентрациясы бірдей:атомның тор түйіндерінен шығып қалғандар түйінаралық атомдар, ал босаған түйіндер концентрация болады. Уақыт өте келе жоғары тепе-теңдіктегі концентрацияның бос орын қалдықтары кристалдың еркін бетінен, бұрыштарынан, шекараларынан және басқа ақау торларынан жойылады. Бос орындар жойылған жерлер бос орын стогы деп аталады.

Температура жоғары болса, бос орын концентрациясы көп және олар бір түйіннен екіншіге жиі ауысады. Бос орын нүктелік ақаудың ең қажетті түрі болып табылады; олар атомның орын ауыстыруымен байланысты барлық процестерді (диффузия, ұнтақтардың бірігуі және тағы басқа) тездетеді.

Нүктелік ақаулардың барлық түрлері кристалдық торды белгілі өлшемде сығады және физикалық қасиеттеріне әсер етеді. Нүктелік ақаулар техникалық таза металдарда электр кедергілерін жоғарылатады, ал механикалық қасиеттері мүлдем әсер етпейді. Тек сәулеленген металл ақауларының көп концентрациясы кезінде иілгіштігі төмендейді және басқа қасиеттері көрініп өзгереді.

Сызықтық ақаулар.

Кристалдану процесі кезінде дислокация мағыналы рөл атқарады және кристалдың физикалық қасиеттеріне мен жартылай өткізгіштіктің электрлік қасиеттеріне әжептәуір әсерін тигізеді. Дислокация тығыздығының өсуімен ток тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты азаяды. Дислокациялар металдардың қаттылығын төмендетеді және кейбір жағдайларда кристалдардағы атомдар диффузиясының жылдамдығын 106 рет көбейтеді.

Кристалдың құрылысын жетілдірмеу алғаш рет рентген сәулелерінің көмегімен болған. Егер кристалл идеалды болса, онда оның қыры белгілі заң бойынша қатаң анықталған бұрышпен монохроматты рентген сәулесін кескіндейді.

Бірақ реалды кристалда мұндай кескін бір минуттан бірнеше минут аралығында өзгеретін кейбір анықталған бұрыш интервалында жиі болады (сур. 2) . Кескінделген рентген сәулелерінің интенсивтілігі идеалды кристалл үшін есептеумен салыстырғанда көбірек жоғарыланған. Реалды кристалдың бұл ерекшелігі мозаикалығымен түсіндіріледі. Реалды кристалл 0, 5 мк кіші және бір-бірінен дезжобаланған біренше жекеленген блоктардан тұрады.

Сурет 2. Жетілдірілмеген кристалдан реентген сәулелрінің параллель емес кескіндері

Дислокацияның пайда болу шарты әр қырлы. В. И. Архаровтың ойынша, дислокация бос орын мен түйінаралық атомдардың жиналу жолымен пайда болады. Және де атомдар бір таңбалы, ал бос орындар қарама-қарсы дислокация береді.

Негізгі сызықтық дислокацияға жетілмеген-шектік және винтті дислокация жатады (сур. 3, 4) .

Сурет 3. Жетілмеген-шектік (а) және винтті (б) дислокация

Сурет 4. Fe + 3%Al балқымадағы дислокациялар:

а - түсірілген дислокация бейнесі; б -х 4 фольгада орналасқан дислокация

Қимадағы шектік дислокация торда «артық» жарты жазықтықты көрсетеді (сур. 3, а) .

Дислокация маңайында тор қатты сығылған.

Сығылу өлшемін Бюргерс векторы атқарады. Егер идеалды кристалда түйіннен түйінге өтіп, тұйық контурды айналса, содан кейін осы жолды реалды кристалда дислокайияны контур ішіне орналастырып қайталаса, ол пайда болады (сур. 5, а) . Сурет 5(б) -да көрініп тұрғандай, реалды кристалда контур тұйық емес болып қалады.

Сурет 5. Бюргерс векторының анықтамасы

Контурдың түйықталуына керек вектор Бюргерс векторы деп аталады. Шектік дислокацияда Бюргерс векторы атомаралық арақашықтыққа тең және дислокация сызығына перпендикуляр, винтті дислокация оған параллель болып келеді.

Беттік ақаулар.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.