Кремний қос тотығы микроқаттылығының температураға тәуелділігін зерттеу

Кіріспе.

I Қатты денелер және микроқаттылық

1.1. Кристалдық күйдің, негізгі ерекшеліктері.
1.2. Кристалдарды сұрыптау
1.3. Кристалдық торлардың физикалық қасиеттері.
1.4. Кристалдық және аморфтық денелердiң құрылысы. Анизотропия ...
1.5. Кремний. Кремнийдің отттекті қосылыстары
1.6. Микроқаттылық

II Қаттылық және оны анықтау әдістері

2.1. Қаттылықты анықтау әдістері..
2.2. Микроқаттылықты өлшеу құралы мен әдісі.
2.3. Зерттеу материалдарына сипаттама..

III Кремний қос тотығының микроқаттылықтылығын зерттеу

3.1. Кремний қос тотығының температураға байланысты микроқаттылығын анықтау..
3.2. Қоспа ендірілген кремний қос тотығының микроқаттылығының температураға байланыстылығы..
3.3. Ғылыми зерттеу элементтері бар «Микроқаттылыққа сынау» тақырыбында лабораториялық жұмыс...
Қорытынды...

Пайдаланылған әдебиеттер.

Атомдық өндірістің дамуына байланысты баса аударылып отырған назар органикалық сорбенттер ішінде силикагель ерекше орын алады.
Кәдімгі органикалық иониттермен салыстырғанда органикалық емес сорбенттердің радиацонды – химиялық және термиялық орнықтылығы жоғары, сондықтан оларды радтохимиялық өндірістерде жоғары белсенді ерітінділерді қайта өңдеу үшін қолдану өте тиімді. Органикалық емес ион алмастырғыш материалдардың қолданысы олардың минералды қышқылдарда химиялық орнықтылығы жеткіліксіздігінен шектеулі.
Қатты денелердің физикалық, химиялық қасиеттері температуралық қыздыруға, сәулелендіру дозасына және диформациялану шамасына байланысты. Олар осындай әсерлерге кездескенде микроқұрылымдық өзгерістерге ұшырайды. Көптеген Москва, Ташкент ғалымдары диффузия коэффициентінің. адсорбция, катализдік қасиеттерінің өзгерісін ол материалдардың ескіруінен немесе химиялық қасиеттерінен деп қарастырады.
Мұндай жағдайлар Алматының ядролық ғылыми зеттеу институтының «Радиациялық» лабораториясындағы зерттеу жұмыстар нәтижелерінде орын алған. Әртүрлі газдардың мысалы, сутегі, оттегі және тағы басқа газдардың силикагелдегі адсорбциясын тексергенде белгілі бір температураға, дозаға дейін адсобция артады да, одан ары кемитіндігі байқалған.
Осы материалдардағы мыстың, алтынның, темірдің диффузия коэффициенттерін анықтағанға жоғарыдағыдай өзгерістің болатындығы байқалған.
Бұл материалдың рентген құрылымдық өзгерісін зерттегенде, құрылғанда фазалық өзгерістер болатындығын анықтаған. Аморфты силикагель – 500 С асқанда поликристалға, - 8000 С – 9000 С шамасында монокристалға одан жоғары температура артқанда аморфты жүйеге өтеді. Олай болса адсорбцияның диффузиялық өзгеруі материялдың тікелей құрылымдық өзгерісіне байланысты.

1. А.И.Самохоцкий и М.Н. Кунявский. Лабораторные работы по металловедению. Изд-во «Машиностроение» , М 1971, с.56-98..
2. С.Е.Ерматов., К.Тогжигитов, «Исследование корреляции фазового
перехода, микротвердости на образцах двуоксида кремния при
реакторном облучении и термоотжиге» КазГУ, 1981
3. К.Тогжигитов.,Р.Оразбаев. «Исследование зависимости диффузии
адсорбции водорода в двуоксида кремния» 1/Известия НАН РК, 2000г
4. Макаревич А.И., Березина Г.М., Курилович Н.Ф. Влияние нейтронного облучения на механические свойства кремния. В сб. Радиационная физика неметаллических кристаллов. Минск, «Наука и техника». 1970,-71с.
5. Глазков В.М., Вигдорович В.Н. В кн. Микротвердость металлов и полупроводников. М. «Металлургия», 1969,-248с.
6. Брудный В.Н., Толебаев Б. Изменение микротвердости образцов SiС (6Н) при нейтронном облучении. Атомная энергия, т.59, 1985, с.232-233.
7. Ерматов С.Е., Тогжигитов К. Исследование корреляции фазавого перехода, микротвердости и диффузии на образцах двуокиси кремния при реакторном облучении и термоотжиге. В сб. Физика атомного ядра и космических лучей. Алма-Ата, 1980, с.109-115.
8. Вахидов Ш.А., Гасанов Э.М., Ибрагимов Ж.Д., Каланов М., Мустафакулов А.А., Хабибуллаев П.К. Рентгеноструктурное исследование кристаллов кварца, выращенных на нейтронно-облученных затравках.-Докл. АН УзССР, №4, 1984, с.27.
9. Абдукадырова И.Х., Вахидов Ш.А., Мухтарова Н.Н. Радиационна-индицированная перестройка структуры кварца. УзССР фанлар Акад. ахбороты, физ.мат. фанлари сер. Изв. УзССР, серия физ.мат. наук, №3, 1984, с.76-79.
10. Лазарев А.Н. Колебательные спектры и строение силикатов. Л., «Наука», 1968.
11. Воронков М.Г. О гетероциклических реакциях расщепления силоксанов. – В кн.: Химия и практическое применение кремнеорганических соединений. Труды конференции. Под. ред. М.Г. Воронкова, С.Н. Борисова. Вып. 6. М., Изд-во АН СССР, 1961, с. 575-591.
12. Лазарев А.Н. О гибкости сложных анионов и молекул со связями Si – O – Si и P – O – P. – В кн.: Структурные превращения в стеклах при повышенных температурах. М. – Л., «Наука», 1965, с. 233 – 258.
13. Абдулаев Ж. Физика курсы, Білім, 1994.
14. Ливенцов Н.М. Курс физики, М., Высшая школа, 1978.
15. Савельев И.В. Курс общей физики, Т.2,М.,Наука, 1988.
16. Жданов Г.С. и др. Дифракционный и резанансный структурный анализ. М., Наука, 1980.

17. Под общей редакцией академика Б.Н.Ласкорина. Сорбенты на основе силикагеля в радиохимии. М.,Атомиздат, 1977.
18. Тараз мемлекеттік педагогикалық институтының Хабаршысы., ғылыми – педагогикалық журнал. №3., Тараз 2007.
17. С.Е.Ерматов. « Радиационно- стимулированной адсорбция ». Алма-Ата,
«Наука», 1973г.
18. Т.Тусеев. Радиоционно-стимулированные процессы на поверхности
оксидов. Автореферат докторат от диссертации, Алматы, 1999.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 53 бет
Таңдаулыға:

ТАРАЗ МЕМЛЕКЕТТІК ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ИНСТИТУТЫ

БЕККУЛИЕВА МАРЖАН АТАБЕКҚЫЗЫ

Кремний қос тотығы микроқаттылығының температураға тәуелділігін зерттеу

6М011000-Физика

Физика магистрі академиялық дәрежесіне диссертация

Ғылыми жетекші:

Қ.Тоғжігітов

Тараз 2012

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

I Қатты денелер және микроқаттылық

1.1. Кристалдық күйдің, негізгі
ерекшеліктері ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1.2. Кристалдарды
сұрыптау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3. Кристалдық торлардың физикалық қасиеттері ... ... ... ... ..
1.4. Кристалдық және аморфтық денелердiң құрылысы. Анизотропия ...
1.5. Кремний. Кремнийдің отттекті қосылыстары
1.6. Микроқаттылық

II Қаттылық және оны анықтау әдістері

2.1. Қаттылықты анықтау
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2. Микроқаттылықты өлшеу құралы мен
әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
2.3. Зерттеу материалдарына
сипаттама ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

III Кремний қос тотығының микроқаттылықтылығын зерттеу

3.1. Кремний қос тотығының температураға байланысты микроқаттылығын
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.2. Қоспа ендірілген кремний қос тотығының микроқаттылығының температураға
байланыстылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ..
3.3. Ғылыми зерттеу элементтері бар Микроқаттылыққа сынау тақырыбында
лабораториялық
жұмыс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... .
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ...

Пайдаланылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ..

КІРІСПЕ

Курстық жұмыс тақырыбының жалпы сипаттамасы
Атомдық өндірістің дамуына байланысты баса аударылып отырған назар
органикалық сорбенттер ішінде силикагель ерекше орын алады.
Кәдімгі органикалық иониттермен салыстырғанда органикалық емес
сорбенттердің радиацонды – химиялық және термиялық орнықтылығы жоғары,
сондықтан оларды радтохимиялық өндірістерде жоғары белсенді ерітінділерді
қайта өңдеу үшін қолдану өте тиімді. Органикалық емес ион алмастырғыш
материалдардың қолданысы олардың минералды қышқылдарда химиялық орнықтылығы
жеткіліксіздігінен шектеулі.
Қатты денелердің физикалық, химиялық қасиеттері температуралық
қыздыруға, сәулелендіру дозасына және диформациялану шамасына байланысты.
Олар осындай әсерлерге кездескенде микроқұрылымдық өзгерістерге ұшырайды.
Көптеген Москва, Ташкент ғалымдары диффузия коэффициентінің. адсорбция,
катализдік қасиеттерінің өзгерісін ол материалдардың ескіруінен немесе
химиялық қасиеттерінен деп қарастырады.
Мұндай жағдайлар Алматының ядролық ғылыми зеттеу институтының
Радиациялық лабораториясындағы зерттеу жұмыстар нәтижелерінде орын алған.
Әртүрлі газдардың мысалы, сутегі, оттегі және тағы басқа газдардың
силикагелдегі адсорбциясын тексергенде белгілі бір температураға, дозаға
дейін адсобция артады да, одан ары кемитіндігі байқалған.
Осы материалдардағы мыстың, алтынның, темірдің диффузия коэффициенттерін
анықтағанға жоғарыдағыдай өзгерістің болатындығы байқалған.
Бұл материалдың рентген құрылымдық өзгерісін зерттегенде, құрылғанда
фазалық өзгерістер болатындығын анықтаған. Аморфты силикагель – 500 С
асқанда поликристалға, - 8000 С – 9000 С шамасында монокристалға одан
жоғары температура артқанда аморфты жүйеге өтеді. Олай болса адсорбцияның
диффузиялық өзгеруі материялдың тікелей құрылымдық өзгерісіне байланысты.
Осы жағынан келгенде кремний тотығының температураға байланысты
құрылымдық өзгерісін тексеру ғылыми, практикалық жағынан пайдалы.
Диссертациялық жұмыс тақырыбының өзектілігі: Силикагель мен кварцтың
структурасының өзгеруіне әкелетін физикалық процестерді түсіну үшін маңызды
жоғарыда айтылған мәселелер, сонымен бірге ғылым мен техниканың практикалық
сұранысынан туындайды.
Кварц қос тотығын температуралық қыздыруға байланысты зерттеу, оның
микроқаттылығын анықтау өте маңызды. Материалдардың микроқаттылығын анықтау
әдісі, негізгі рентген структуралық әдістеріне қосымша ретінде
пайдаланылады.
Заттардың структурасының сәулелендіру және температура әсерімен
өзгерісі атомдардың орын ауыстыруы мен кристал торы структурасында ақаулар
түзілуіне байланысты. Радиация кезінде кристалдың қайттан ұрылуын
кристалдың матералдарда төмен температурада әртүрлі физико – химиялық
процестер өтуіне байланысты болуы мүмкін. Сондықтан заттардың яғни кремний
және кварцтың структурасының термиялық өңдеу және сәулелендіруде өзгерісі
күрделі мәселе болып табылады.
Абсорбенттер мен катализаторларды қолданылуымен байланысты ғылым мен
техника дамуына орай олардың қасиеттеріне қатаң талап қойылады. Сондықтан
алдын – ала берілген қасиеттерімен материалдар жасау, соның ішінде
силикагельдерді жасау өзекті мәселе болып табылады.
Диссертациялық жұмыс тақырыбының мақсаты мен міндеттері: Ғылыми –
зерттеу барысында магистрант жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің
микроқаттылығын анықтау үшін мына төмендегідей мәселелерді меңгеру қажет.
а) ПМТ – 3 микроқаттылықты анықтау құралында жұмыс істей білу.
б) Жүктеменің шамасын табу әдісін игеру.
в) Материалдардан үлгілер дайындау.
г) алынған зерттеу нәтижелерін физикалық тұрғыдан талқылай білу.
Диссертациялық жұмыс тақырыбының зерттеу нысандары:Силикагельден, кварцтан
үлгілер дайындау. Оларды әртүрлі органикалық қоспалардан тазарту үшін
вакуумдық 10 Па –да өңдеу, 200-300С температураға дейін қыздыру.
Осындай жағдайда орындалған үлгілерді комнаталық температурадан 1000С
температураға дейін хром –алюминий термопаралық пеште қыздыру және
температураға байланысты микрокаттылығын анықтау.

I Қатты денелер және микроқаттылық
1.1Кристалдық күйдің, негізгі ерекшеліктері

Енді атомдық-молекулалық деңгейде заттың қатты және сұйық күйлерін
қарастырайык Табиғатта кездесетін қатты денелердің басым көпшілігінің
құрылымы кристалдық болады деуге болады (минералдар және металдар қатты
күйде кристалдар болып табылады).
Кристалдық күйді сүйық жөне газ күйінен ажырататын негізгі сипат оларда
анизотропияның болатындығы: кристалдың кейбір физикалық (механикалық,
жылулық, электрлік, оптикалық) қасиеттері бағытқа тәуелді болады.
Қасиеттері барлық бағыттарда бірдей болатын денелер изотропты деп
аталады. Газдар және сұйықтармен қатар аморфтық қатты денелер изотропты
болып табылады.
Кристаллдардың анизотроптығының себебі оларды түзетін бөлшектердің
(атомдардың немесе молекулалардың) реттілікпен орналасуында. Бөлшек-тердің
реттілікпен орналасуы кристалдардың сыртқы жақтарының дұрыс гео-метриялық
пішінде болуынан-ақ көрінеді.13
Кристалл атомдардың реттілікпен орналасуы олардың геометриялық дұрыс
пішіндегі кеңістіктік тордың түйіндерінде орналасуларының арқасында болады.
Тұтас кристаллды элементар кристаллдық ұяшық деп аталатын бір ғана
кұрылымдық элементі түрліше үш бағыттарда көп қайтара қайталау арқылы алуға
болады . Кристалл ұяшығының а,Ь және с қабырғалары кристалдың периодтары
деп аталады.
Кристалл ұяшығы дегеніміз модулдері кристалл периодтарына тең болатын а,Ь
және с үш векторларына тұрғызылған параллелипед болып табылады. Бұл
параллелипипед а,Ь және с кабырғалармен қатар қабырғалар арасындағы а,β
және γ бұрыштарымен де сипатталады а,Ь,с,а,Р, жөне ү шамалар эле-ментар
ұяшықты бір мәнділікпен сипаттайды және де оның параметрлері деп аталады.

1.1-сурет
Элементар ұяшықты түрліше тәсілдермен алуға болады. Мұны жазық құрылым
        мысалынан көруге болады. Қабырғаны ашық жөне күңгірт үш бұрыш
плиткалармен кезектестіре жауып шығу үшін екі бағытта түрліше ұяшықтарды
көптеп қайталап өтсе     жеткілікті (мысалы 1, 2 жөне 3 үяшықтарды;
сілтемелермен үяшықтардың қайталанып отыратын бағыттары    көрсетілген). 1
және 2 ұяшықтарға құрылымдық элементтердің максимал саны кіреді: бір ашық
және бір күңгірт плиткалар. Кристалдық заттың химиялық құрамын сипаттайтын
атомдардың мүмкін ең аз санынан тұратын кристалдық ұяшық (мысалы, мұз
кристалы  үшін бір оттегі атомы және екі сутегі атомы), примитивтік
    (қарапайым) ұяшық деп аталады. Бірақ көбіне симметриясы бүтін
кристалдың симметриясындай болатын көптеген атомдардан түзілетін элементар
ұяшықты таңдайды. Мәселен, 1.1-суреттегі жазық құрылғы  плитка-ның төбесі
арқылы өтетін өзіне перпендикуляр кез-келген өстен 120°-қа бұрғанда өзімен-
өзі бірдей түседі, 3 ұяшықтың да симметриясы дәл осындай. 1 және 2
ұяшықтардың симметрия дәрежесі бұдан төмен: олар өзді-өзімен тек 360°-қа
бұрғанда ғана бірдей түседі.13

Ең аз санынан тұратын кристаллдық ұяшық (мысалы,мұз кристаллы үшін бір
оттегі атом және екі сутегі атомы),примитивтік(қарапайым) ұяшық деп
аталады. Бірақ көбіне         симметриясы бүтін кристалдың симметриясындай
болатын көптеген атомдардан түзілетін элементар ұяшықты таңдайды. Мәселен,
5.2-сурет  екі жазық құрылы    м, плитканың төбесі арқылы өтетін өзіне
перпендикуляр кез-келген осьтен 120°-қа бұрғанда өзімен-өзі бірдей түседі,
3 ұяшықтың да симметриясы дәл осындай. 1 және 2 ұяшықтардың симметрия
дәрежесі бұдан төмен олар өзді-өзімен тек 360°-қа бұрғанда ғана бірдей
түседі.
1.2 Кристалдарды   сұрыптау

Кристалдық тордың симметриясы түрліше болады. Кристалдык, тордың
симметриясы деп тордың кейбір кеңістіктік орын ауыстырулар кезінде і өзі
-өзімен бірдей түсу қасиеті аталады.
Кез-келген тордың ең әуелі трансляциялық симметриясы болады, яғни оны
период шамасына орын ауыстыртқан кезде өзімен-өзі бірдей түседі. Симметри-
яның басқа турлерінен ерекше айта кететініміз кейбір осьтерден бұрылуға сим-
метрия және белгілі жазықтыктарға қатысты айналық шағылу симметриясы.
Егер тор кайсы бір оське қатысты 2л п бұрышқа бұрған кезде өзімен өзі
бірдей түсетін болса ( демек, тор осьті толық бір рет айналып шыққанда, ол
өзімен өзі п рет бірдей түседі), онда мүндай ось п~ реттік симметрия осьі
деп аталады. Ең қарапайым 1-реттік осьпен қатар, 2-,3-,4-жөне 6-реттік
осьтер болады. Осындай симметрия осьтері бар құрылымдардың сұлбасы 5.3-
суретте көрсетілген ( ақ, қара шеңбершелер және айқыштармен атомдардың
түрліше түрлері белгіленген).
Айналық шағылу кезінде тордың өзімен-өзі бірдей түсетін жазықтығы сим-
метрия жазықтығы деп аталады. Симметрия жазықтығының мысалы 5.3-суретте
көрсетілген. Кристалдық тордың бір мезгілде бірнеше симметриялары болады.
Барлық кристалдар элементар ұяшықтың пішініне қарай жеті кристаллографиялық
жүйелерге бөлінеді, олардың әрбіреулеріне бірнеше симметрия түрлері кіреді.

Олар:
І.Триклиндік жүйе. Ол үшін а=Ь=с,β=α=γ.
Элементар ұяшық көлбеу параллелипед түрінде болады.
2. Моноклиндік жүйе. Екі бұрышы тік, ал үшінші бұрышы тік емес
(ол үшін р бұрышын алу келісілген): а а=Ь=с,, а = β = 90°; β= 90°.
Элементар ұяшық тік призма түрінде болады, оның табанында параллелограмм
(яғни тік параллелепипед) түрінде болады.
З.Ромбикалық жүйе. Барлық бұрыштары тік,барлық қабырғалары түрліше:
а^ЬФс, а~ (3 = у = 9Ъ° ■ Элементар ұяшық тік бұрышты параллелипипед
түрінде.
4.Тетрогоналдық жүйе.Барлық бұрыштары тік,екі кабырғасы бірдей:
афЪ^с, а- р = ү = 90°.Элементар ұяшық табаны квадрат тік призма.
5.Ромбоэдр немесе тригоналдық жүйе.Барлық қабырғалары бірдей, барлық
бұрыштары да бірдей, бірақ тік бұрыш емес: а = Ъ = с; а - В = ^ 90°.
Элементар ұяшық диагональ бойымен сығылған немесе

созылған куб түрінде болады.
6. Гексагоналдық жүйе. Қабырғалары мен олардың арасындағы бұрыштары
мына шартты канағат-
тандырады: а = Ь*с; а = ? = 90°, у = 120°. Егер үш
элементар ұяшықтарды бірге 5.4-суретте көрсетілгендей қосса, онда дұрыс
алты жақтық призма шығады.
7.          К у б т ы қ (текшелік) жүйе. Барлық қабырғалары-
бірдей,     барлық     бұрыштары тік: а = Ъ = с;

а = Р = ү - 90°,. Элементар ұяшық куб (текше) түрінде. 14

1.3 Кристалдық торлардың физикалық қасиеттері

Кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан бөлшектердің табиғатына және
бөлшектердің арасындағы өзара әрекеттесу күштерінің сипатына байланысты
кристалдық торларды төрт түрге бөледі және осыған сәйкес кристалдардың төрт
түрі болады: иондык, атомдық, металдық және молекулалық.
І.Иондық кристалдар. Кристалдық тордың түйіндерінде түрліше таңбалы
иондар орналасқан. Олардың арасындағы өзара өрекеттесу күштері негізінен
электрлік (кулондык) болып табылады. Түрліше зарядталған ион-дардың
арасындағы электростатикалық тартылыстан туатын байланыс г е -терополярлық
(немесе иондық)деп аталады.Иондық тордың мысалына ас түзынын (МзС)
өрнектелген торын келтіруге болады. Бұл тор кубтық жүйеге жатады. Ак,
шеңбершектер оң зарядталған натрий иондары да, ал қара шеңбершектер мен
хлордын теріс иондары белгіленген. Иондық кристал моле-кулалардан емес,
иондардан түрады. Тұтас кристалды аса зор бір молекула деп қарастыруға
болады.
2.Атомдық кристалдар.Кристалдық тордың түйіндерінде бейтарап атомдар
орналасқан. Кристалдағы бейтарап (сонымен бірге молекуладағы да) атомдарды
байланыстыратын байланыс гомеополярлық (немесе коваленттік) деп аталады.
Гомеополярлық байланыс күштері де электрлік сипатта болады (бірақ кулондык
емес). Ол күштерді тек кванттық механика негізінде ғана түсіндіруге болады.
3. Металдық кристалдар. Кристалдық тордың барлық түйіндерінде металдың оң
иондары орналасқан. Олардың арасында газ молекулаларына ұқсас, иондар
түзілген кезде атомдардан үзіліп қалған электрондар бей-
берекет қозғалып жүреді. Бүл электрондар оң иондарды шашыратпай ұстап
тұратын ""цемент" ролін аткарады; басқаша болса, оң иондар арасындағы
тебілу күштерінін әсерінен тор быт-шыт болған болар еді. Сонымен қатар
иондар да электрондарды сыртқа шығармай тор ішінде ұстап тұрады.
Металдардың ікөпшілігінің
торлары негізінен үш түрге
жатады: көлемдік центрленген куб
(5.6,а-сурет), жағы центрленген
куб (5.6,6-сурет) және тағы
тығыз гексагоналдық деп аталатын
(5.6,в~сурет) торлар.

4.Молекулалық кристалдар.
Кристалдықтордыңтүйндерінде белгілі түрде бағдарланған молекулалар
орналасады. Кристалдағы молекулалардың арасындағы байланыс күштерінің тегі
де газдарды идеалдықтықтан ауытқытатын молекулалар арасындағы тартылыс
күштерімен бірдей. Сол себептен оларды В а н-дер-в а л ь с т ы қ күштер деп
атайды. Мысалы, мына
заттардың молекулалық торлары болады: Н2,М2,О2,СО2,Н2О. Сөйтіп,байырғы мұз
да, құрғақ мұз да (қатты көмір қышқыл) молекулалық кристалдар болып
табылады екен.

1.4.Кристаллдық және аморфтық денелер

    Физикалық қасиеттеріне және молекулалық құрылысына сәйкес барлық қатты
денелер екі класқа – аморфтық және кристаллдық денелер болып бөлінеді.
Аморфтық денелерге тән ерекшелік – бұл олардың изотроптығы, яғни барлық
физикалық қасиеттерінің (механикалық. оптикалық) бағытынан тәуелсіздігі.
Изотропты қатты денелердің молекулалары мен атомдары хаостық түрде, бірнеше
бөлшектерді құрайтын шағын топтар құрайды. Структурасы бойынша аморфтық
денелер сұйықтыққа ұқсас болып келеді. Аморфтық денелердің мысалы болып
шыны, қатып қалған смола (янтарь), пластиктер табылады. Егер аморфтық
денені қыздырса, ол біртіндеп жұмсарады, және сұйық түрге өтуі үлкен
температураны қажет етеді.
Кристалл денелерде бөлшектер қатаң ретте, дененің бүкіл көлемінде
қайталанып отыратын кеңістіктік структураларды құрайды. Осындай
структуралардың көрнекі түсінігін алу үшін, кеңістіктер кристаллдық торлар
қолданылады. Мұндай торлардың түйіндерінде атомдардың немесе молекулалардың
центрлері орналасады. Көп жағдайда кристаллдық тор атом иондарынан тұрады.
Мысалы аз тұзының торы NaCl молекулаларына қос-қостан бірікпеген Na+ және
Cl– иондарынан тұрады (1.5-сурет). Мұндай кристалдарды иондық деп атайды.
15

1.5-сурет. Ас тұзының кристалдық торы.

Әрбір тордан элементарлы ұяшық деп аталатын ең аз өлшемді структуралық
элементті бөліп алуға болады. Бүкіл кристалдық тор элементарлық ұяшықты
қандай да бір бағыт бойынша параллельдік көшіру (трансляция) арқылы
тұрғызылады. Барлығы 230 әр түрлі кеңістіктік кристалдық структура болуы
мүмкіндігі теория жүзінде дәлелденген. Олардың көпшілігі табиғатта
анықталды немесе қолдан жасалынды. Металдардың кристалдық торы 6 қырлы
призма тәріздес (цинк, магний), қыры центрленген куб тәріздес (мыс, алтын)
немесе көлімдік центрленген куб тәріздес (темір) болады. Кристалдық денелер
монокристалды немесе поликристалды болуы мүмкін. Поликристалдық денелер
кристаллит деп аталатын хаосты біріккен көптеген кішкентай кристалдардан
құралған. Үлкен монокристалдар табиғатта және техникада сирек кездеседі.
Жиі кездесетін кристалдық денелерге поликристалдар жатады. Монокристалдарға
қарағанда, поликристалдық денелер изотроты, яғни олардың қасиеттері барлық
бағытта бірдей болады. Қатты дененің поликристалдық құрылысын микроскоптың
көмегімен, ал кейде ол көзбен де (шойын) көрінеді. Көптеген заттар
физикалық қасиеттерімен өзгешеленетін бірнеше кристалдық модификацияларда
(фазаларда) болуы мүмкін. Бұл құбылыс полиморфизм деп аталады. Бір
модификациядан екінші модификацияға өту полиморфты өту деп аталады.
Полиморфты өтудің қызықты әрі маңызды мысалы – графиттің алмазға өтуі.
Өндірісте жасанды алмаздардың мұндай өтуі 60-100 мың атмосферада және 1500-
2000 К температурада жасалады. Кристалдық торлардың структуралары
тәжірибелік жолмен монокристалдық және поликристалдық үлгілерде рентгендік
сәуле шығарудың дифракциясы көмегімен зерттеледі. 2-суретте қарапайым
кристалдық торлардың мысалдары келтірілген. Кристалдағы бөлшектер қатты
жиналған, сондықтан олардың центрлерінің арасындағы ара қашықтық
бөлшектердің өлшемдеріне тең болады.

1.6-сурет. Қарапайым кристалдық торлар:
1 – қарапайым кубтық тор, 2 – қыры центрленген кубтық тор,
3 – көлемі центрленген кубтық тор, 4 – гексагондық тор.

Қарапайым кубтық торда бөлшектер кубтың төбелерінде орналасады. Қыры
центрленген торда бөлшектер кубтың төбелерінде ғана емес, оның әрқайсы
қырында орналасады.
1.5-суретінде ас тұзының торы бір-біріне салынған Na+ и Cl– тұратын қыры
центрленген торлардан құралған. Көлемі центрленген кубтық торда қосымша
бөлшек әрбір элементар кубтық ұяшықтың центрінде орналасады. Металдардың
кристалдық структураларының маңызды ерекшелігі бар. Кристалдық тор
құрайтын металдың оң зарядталған иондары еркін электрондық газымен
әрекеттесу күштерімен тепе-теңдік жағдайында орнайды

1.7-сурет. Металдық кристалдың структурасы

Электрондық газ әрбір атом берген бір немесе бірнеше электрондардың
есебінен құралады. Еркін электрондар бүкіл кристалл бойымен қозғалуы
мүмкін.
Қатты денелер деп өзiнiң көлемi мен формасын сақтайтын денелердi айтады.
Бөлшектердiң өзара тартылу күшi өте үлкен, оның әсерiнен молекулалар өзiне
көршi орналасқан молекулалардан едәуiр ұзап кете алмайды. Олар кеңiстiкте
тығыз, периодты турде қайталанатын ретпен орналасқан. Қатты денелердiң
құрылымының негiзi, төбелерiнде бөлшектер – атомдар, молекулалар немесе
иондар - орналасқан, дұрыс геометриялық формадағы элементар ұяшықтан
тұрады. Бұл ұяшық, оның қабырғасына еселiк ұзындықтағы арақашықтықта
қайталанатын, кристалдық торды құрайды. Қатты денелер бөлшектердiң алыс
қатар (ретпен) орналасуымен сипатталады, яғни дененiң бүкiл көлемi бойында
элементар ұяшық геометриясы бiрнеше (көп) рет қайталанады. Қатты
денелердегi бөлшектердiң жылулық қозғалысы – олардың тепе-теңдiк жағдайына
қатысты бейберекет тербелiсiн бередi. Кристаллды тордың байланыстары
болады.

1.5 Кристалдық және аморфтық денелердiң құрылысы. Анизотропия

1.8 -сурет

Атомдары немесе молекулалары реттелiп орналасқан және периодты түрде
қайталанып тұратын iшкi структурасын түзетiн қатты денелер кристаллдар деп
аталады. Кристалдардың қырлары әрқашан жазық және дұрыс геометриялық
пiшiндi болып келедi (1.8, 1.9 - суреттер). Бөлшектердiң орналасуының
салыстырмалы түрде орныққан скелетi кристалдық торлар деп аталады, ал сол
торлардың орналасқан орындары түйiндер деп аталады (1.10 - сурет).

1.9-сурет

Кристалдардың сыртқы пiшiнiнiң дұрыстығы - олардың реттелген құрылысының
бiр ғана салдары емес. Олардың ең басты ерекшелiгi кристалдың физикалық
қасиеттерiнiң ондағы таңдалған бағытына байланыстылығында. Кристалдардың
бұл қасиетi анизотропия деп аталады. Барлық кристалды денелер анизотропты
болып келедi. Анизотропияның бiр себебi - кристалдық тор түйiндерiнiң
тығыздығы әр түрлi бағытта әр түрлi болған жағдайдағы, бөлшектердiң дұрыс
ретпен орналасуы. Осы бағыттардағы бөлшектердiң өзара әсерi де бiрдей
болмайды. Бұдан, әр түрлi бағыттардағы кисталдардың механикалық берiктiгi
әр түрлi екендiгi шығады. Көптеген кристалдар жылу мен электр тогын әр
бағытта әр-түрлi өткiзедi. Кристаллдың оптикалық қасиеттерi де оның
бағытына байланысты болуы мүмкiн.

1.10-сурет

Белгiлi бiр температураға дейiн қыздырғанда (әр заттың өз температурасы бар
) зат қатты кристалдық күйден сұйық күйге өтедi. Осы процесс балқу деп
аталады, ал балқуға ұшырататын температура балқу температурасы деп аталады.

Монокристалдар мен поликристалдар. Қатты денелердiң негiзгi түрiне металдар
жатады. Олардың да кристалдық структурасы бар. Бiрақ , бiр қарағанда,
олардың кристалдық құрылымы не сырт пiшiнiнен, не физикалық қасиеттерiнен
байқалмайды. Металдар кәдiмгi күйде анизотропияны анықтай алмайды. Себебi
металл көптеген өзара бiтiсiп кеткен кiшкентай кристаликтерден тұрады.
Олардың әр қайсысының қасиеттерi бағытына байланысты, бiрақ олар бiр-бiрiне
қарағанда ретсiз бағытталған. Сондықтан, көлемi жекелеген кристаликтердiң
көлемiнен анағұрлым үлкен металл iшiндегi барлық бағыттар тең және оның
қасиеттерi барлық бағытта бiрдей болады.
Көптеген кiшкентай кристаликтерден тұратын қатты дене поликристалдық дене
деп аталады, ал монокристалдар деп аталады. Аморфтық денелер. Кристалдық
структурасы бар денелермен қатар табиғатта аморфтық денелер деп аталатын
көптеген әртүрлi денелер бар. Олар қатты денелер қатарына жатады, бiрақ
оларда кристалдарға тән, стуктураның сол фрагментiндегi барлық бағыттар
бойынша қайталанушылық жоқ. Тек көршi атомдар ғана белгiлi бiр тәртiппен
орналасқан. Сұйықтар секiлдi, аморфтық денелер үшiн бөлшектердiң жақынырақ
орналасу тәртiбi тән, бiрақ олардың қимылдары (қозғалуы) өте жәй. Аморфтық
денелерге шыны, пластмасса, шайыр, смола және т.б. жатады. Барлық аморфты
денелер изотропты болып келедi, яғни олардың физикалық қасиеттерi барлық
бағытта бiрдей деген сөз. Сыртқы әсерлердiң нәтижесiнде, аморфтық денелер
бiр мезгiлде, қатты денелер секiлдi, серпiмдiлiк қасиетiн және, сұйықтар
тәрiздi, аққыштық қасиетiн анықтайды. Бұның мысалы ретiнде әр түрлi
смолалардың қасиеттерiн қарастыруға болады. Төменгi температураларда
аморфтық денелер өз қасиеттерi жағынан қатты денелердi еске түсiредi.
Олардың аққыштық қасиеттерi жоқ дерлiк. Бiрақ , температураның ұлғаю
шамасына қарай аморфтық денелер де жұмсарады және олардың қасиеттерi
барынша сұйықтың қасиеттерiне жақындай түседi. Бұл мынаған байланысты.
Аморфтық денелердiң атомдары немесе молекулалары, сұйық молекулалары
секiлдi,өзiнiң тепе-теңдiк күйiнiң маңында тербелiс уақытына ие. Бiрақ ,
бұл уақыт, сұйықтарға қарағанда, өте көп. Тек температураның өсуiмен ғана,
бiр тепе-теңдiк күйден келесi күйге атомдардың секiрiсi бiртiндеп жиiлейдi
де, дене аға бастайды. Аморфтық денелердiң кристалдық денелерге қарағандағы
бiр ерекшелiгi сонда, олардың белгiлi бiр балқу температурасы болмайды.
15

1.5.Кремний. Кремнийдің отттекті қосылыстары

Төртінші негізгі топтың көміртектен соңғы келесі элементі кремний. Кремний,
жаратылыста таралуы жағынан салмақ проценті бойынша оттектен кейін екінші
орын алады. Көміртек органикалық заттардың құрамындағы негізгі элемент
болатын болса, кремний жер қыртысын түзетін минералдық заттардың
құрамындағы негізгі элемент. Крений жаратылыста қосылыстар түрінде ғана
болады; ол қосылыстары: кремний диоксиді SiO (кварц, құм), жер
қыртысының негізгі массасы силикатты жыныстар)далалық шпат, слбда, каолин
т. б.). Кремнийдің тұрақты үш изотопы бар: 28Si (92.72%), 29 Si (4.68%), 30
Si (3.05%).
Кремнийді алу үшін, ақ қиыршық ұсақ құмды магниймен араластырып
қыздырады:
SiO2 + 2Mg=2MgO+Si ΔH0= - 372 кДжмоль
Кремнийді MgO және реакцияласпай қалған SiO2-ден тазарту үшін,
реакциядан шыққан массаны тұз қышқылымен және фторсутек қышқылымен
әрекеттейді. Магнийдің орнына тотықсыздандырғыш ретінде алюминий, көміртек
(техникада) алуға болады.
Мұнда шығатын аморфты кремний, сұр түсті ұнтақ зат, тығыздығы 2,35
гсм-ке жуық. Кремнийді балқыған металда ерітіп қайта кристалдауға
болады. Онда кристалдық кремний түзіледі: бұл болат сияқты сұр, металдық
жылтыры бар, қатты кристалдық зат, тығыздығы 2,4гсм3.
Кремнийдің сыртқы электрондық құрылысы 3s2 2p3, оның атомында sp3 -
гибридизация болады. Ол оған үш өлшемді, алмаз тәрізді тұрақты құрылымы
тән.
Кремнийдің көп кездесетін, әрі өте тұрақты қосылысы оның диоксиді
SiO2, оның элементтерден түзілуі оңай, әрі көп жылу бөліп шығаратын
реакциялар қатарына жатады:
Si+O= SiO ΔH=-
848.5 кДжмоль
Кремний диоксиді – түссіз қатты зат, =1713С.
Кремнийдің диоксиді – кремний ангидриді және кремнезем деп те
аталады; бұл жаратылыста көп кездесетін зат, дербес күйінің өзі жер қыртысы
массасының жартысынан артығы кремний диоксиді үлесіне келеді. Кремнезем
кристалдық және аморфты күйде болады.
Кристалдық кремнеземнің маңыздысы кварц мдеген минерал, ол түссіз,
мөлдір алты қырлы призма, ұшы алты қырлы пирамида болып бітетін кристалдар,
оны тау хрусталі деп атайды. Тау хрусталі түрлі тұздар араласуынан түсі
өзгереді, оның жасылдауын-аметист, күңгірттеуін түтінді (дымчатый) топаз
дейді. Кварцтың өте ұсақ кристалды түрін агат, яшма деп атайды.
Кәдімгі құм да кварц. Ақ қиыршық құм таза кварц, бірақ тұрлі
қоспалардың (көбінесе темір тұздарының) араласқанынан түсі өзгеріп сары
құм, қызыл құм, қара құм деп аталады.
Аморфты кремнезем жаратылыста азырақ. Кейбір қарапайым су
өсімдіктерінің панцырі (тас қабығы) негізінде аморфты кремнеземнен
құрылған. Сондай панцырьлардың көп жиылып қалған жерінде терепель, инфузор
топырағы деп аталатын тау жынысының бір түрі пайда болады. Кремний қышқылын
қыздырса, суы ұшып, қалған кремний диоксиді ақ түсті, аморфты, сусылдақ
ұнтаққа айналады.
Силикагель байланысының құрылысы: Si – О байланысының dπ - Рπ -
өзара әсерлесуі себебінен қосымша қатаюы эксперименттік мәліиеттермен және
термиялық есептеулермен дәлелденген. (P - d)π өзара әсерлесу әсіресе Si
– О байланысы еселігін артыруға әкелуі қажет. Рентген – және
электронографиялық зерттеулер Si – О атом аралық арақашықтық көптеген
жағдайларда 1,63 – 1,65 - нан аспайтындығын көрсетеді. Бұл кремний
мен оттегінің коваленттік радиустары қосындысынан да әжептеуір аз. ИК –
спектроскопия мәліметтері бойынша мысалға гексаметилдисилоксанда байланыс
реті 1,25 құрайды. Силоксандық байланыстың дипольдық моменті мәнінің
төмендігі де, Si – О байланысының полярлығын кемітетін, қосымша (P d)π
байланысы екендігінен оңай түсіндіруге болады. Бұл мына схемада айқын
көрінеді

-б +б -б

О – Si + О – Si О –
Si (1.1)

δ + (P + d)π
(1.1) схема, термохимиялық есептеулер, рентгенографиялық мәліметтер
және позитрондардың аннигиляциясын өлшеу нәтижелерінен алынған, кремді
оттегілік тетраэдрлердегі кремнийдің (2) және оттегінің (1-)
эффекттивтік зарядтары мәндерімен дәлелденеді. Полярлығы төмендеу С-О
байланысы энергиямен салыстырғанда Si-О байланыс энергиясы әжептәуір үлкен
(101-118ккалмоль). Бұл қосымша dπ - Рπ - байланысы себепті Si-О
байланысының күшюінен болуы ықтимал. Бұл жерде, 3d – орбитаның диффузиылық
сипатына қарамастан, (Pd)-байланысы түзілуде бірін-бірі жабу
интегралы кремний атомында эффективті өң заряд артуымен өседі. Сол себепті
кремнийдегі электр терісті орын ауыстырғыштар Si-О байланысында dπ - Рπ
-өзара әсерлесуінің күшеюіне әкеледі. [15] жұмыс авторы дисилоксандық
көпірлерде (Pd)-өзара әсерлесудің сандық
О
критериі авторы болып Si Si бұрышы болып табылады деп
ұғынған.
Дисилоксандық топтардағы оттегінің валенттік бұрыштарының өзгерісі
ткралы жан-жақты айтуға болады. Судағы

О
және эфирдегі Sp-гибридтелуден өзгеше, Si Si көпірлік
байланыстар оттегі атомының Sp, Sp және Sp – гибридтелген
күйлерінде пайда болуы мүмкін, яғни валенттік бұрыштар жуықтап 110, 120
және 180 тең болады.
Бұндай көзқараст алғаш [16] жұмыс авторлары айтқан, кейін [17,15]
жұмыстарда дамытылды, осы жағдайлардың әрқайсысында орбиталар орналасуы
сипаты (1,1 а-суретте) схемасы көрнекі келтірілген [15].
Осы схемадан, оттегінің Sp-гибридизациялынған күйінде, бөлінбеген қос
электрондармен толықтырылған, бірдей екі эквивалентті 2p-орбиталар түзілуі
салдарынан (Pd)-әсерлесуі пайда болуы мүмкін. Бұл орбиталардың
бағыты 3d орбиталармен көрші Si атомының жеткілікті күшті жабылуына жақсы
жағдай
О
туғызады. Басқаша айтқанда, Si Si көпірін түзулейтін
электртерісті немесе көлемдік орын ауыстырғыштар енгізілгенде, екі 2p3d-
орбиталар гибридті жүйесінде оттегінің 2p-электрондарының дисокализациясы
пайда болады, яғни кумулирленген байланыс жүйесі түзіледі. 3d-орбитаның
жоғарфда көрсетілген қасиеті Si-О байланысының жоғары икемділігін
түсіндіруге мүмкіндік береді. Кремнеземдерге тән кристалдық
модификациясының үлкен саны соның салдары болып табылады. Шындығында Si-О
байланысының жоғары икемділігі бір-біріне өзара өту энергиясы аз
SiОтетарэдрлердің түрінің өте көп саны болуына мүмкіндік жасайды.
Қорыта айтқанда кремнеземнің вакантты 3d-орбитасы мен оттегінің
ажырамаған қос 2p-электрондары Si-О байланысының өзіндік қасиеттерін
анықтайды, және осы байланыстарды әртүрлі электрондық әсерлерге күшті
түскен байланыстар ретінде сипаттауға мүмкіндік береді.
Кремнеземнің кәдімгі және коллоидтық түрлері торларының молекулалық
құрылымын үш өлшемді полимер түрінде кескіндеуге болады. Осындай
гетеротізбекті полимердің Si – O байланысы элементар тармағы болып
табылатындықтан кремнеземнің тек көлемдік қасиеттері ғана емес кремнезем
абсорбенттерінің бетінің химиясыда беттік қабаттағы Si – O байланысы
құрылысы мен реакциялық қабілеттілігімен анықталады.
Бұл байланыстардың құрылысы мен қасиеттерінің ерекшеліктерін
талқылауда кремний мен көміртегінің химиясы жалпы айырмашылығын ескеру
қажет. Сондықтан силоксандық байланыстарды қарастырғанда кремний химиясы
негізгі мәселелеріне қысқаша тоқталған жөн.
Өндірілетін кремний қасиеттерінің көптеген ғылыми мақалалар, шолулар
мен монографияларда қарастырылған сәйкес көміртегі қосындыларынан
айырмашылығы бір жағынан Si атомының электрлік терістігі аздығымен, екінші
жағынан оның валенттік қабатында вакантты 3d – орбиталар болуымен
анықталады. Кремнийдің электр терістігі (1,8) көміртегімен салыстырғанда
(2,5) аздығы Si – F, Si – Cl, Si – N, Si – O және т.б. байланыстардың
полярлығы үлкендігін түсіндіруге мүмкіндік береді, сондықтан да оларды
гетеролиттік (иондық) реакцияларда реакциялық қабілеттігі жоғары болады.
Кремнийдің айқын ерекшелігі онда бес 3d – орбита болуында. Оларды
қолданылуының осы элемент химиясы үшін фундаментальді мәні бар. Кремний
түзілуде химиялық байланыстарға 3d – орбиталы қатысуы қосылыстың
төмендегідей қасиеттерін түсіндіреді.
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.