Kiteet ovat kiinteitä kappaleita, joilla on säännöllinen geometrinen muoto. Rakennetta, jossa järjestetyt hiukkaset sijaitsevat, kutsutaan kidehilaksi. Hiukkasten sijaintipisteitä, joissa ne värähtelevät, kutsutaan kidehilan solmuiksi. Kaikki nämä kappaleet on jaettu yksikiteisiin ja monikiteisiin.
Mitä ovat yksittäiskiteet
Yksikiteet ovat yksittäiskiteitä, joissa kidehilassa on selkeä järjestys. Usein yksikiteellä on säännöllinen muoto, mutta tämä ominaisuus ei ole pakollinen kidetyyppiä määritettäessä. Useimmat mineraalit ovat yksittäiskiteitä.
Ulkoinen muoto riippuu aineen kasvunopeudesta. Hitaalla kasvulla ja materiaalin homogeenisuudella kiteiden leikkaus on oikea. Keskinopeudella leikkaus ei ole selvä. Monista yksittäiskiteistä koostuvat monikiteet kasvavat suurella kiteytysnopeudella.
Klassisia esimerkkejä yksittäiskiteistä ovat timantti, kvartsi,topaasi. Elektroniikassa yksikiteet, joilla on puolijohteiden ja eristeiden ominaisuuksia, ovat erityisen tärkeitä. Yksittäisten kiteiden seoksille on ominaista lisääntynyt kovuus. Ultrapuhtailla yksikiteillä on samat ominaisuudet alkuperästä riippumatta. Mineraalien kemiallinen koostumus riippuu kasvunopeudesta. Mitä hitaammin kristalli kasvaa, sitä täydellisempi sen koostumus.
Polykiteet
Yksikiteille ja monikiteille on ominaista korkea molekyylinen vuorovaikutus. Monikide koostuu useista yksittäiskiteistä ja on muodoltaan epäsäännöllinen. Niitä kutsutaan joskus kristaliteiksi. Ne näkyvät luonnollisen kasvun seurauksena tai kasvatetaan keinotekoisesti. Monikiteet voivat olla seoksia, metalleja, keramiikkaa. Tärkeimmät ominaisuudet muodostuvat yksittäiskiteiden ominaisuuksista, mutta raekoolla, niiden välisellä etäisyydellä ja raerajoilla on suuri merkitys. Rajojen läsnä ollessa monikiteiden fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat merkittävästi, lujuus heikkenee.
Polykiteitä syntyy kiteytymisen ja kiteisten jauheiden muutosten seurauksena. Nämä mineraalit ovat vähemmän stabiileja kuin yksittäiskiteet, mikä johtaa yksittäisten jyvien epätasaiseen kasvuun.
Polymorfismi
Yksikiteet ovat aineita, jotka voivat esiintyä kahdessa tilassa yhtä aikaa ja jotka eroavat fyysisiltä ominaisuuksiltaan. Tätä ominaisuutta kutsutaan polymorfismiksi.
Samaan aikaan aine yhdessä tilassa voi olla stabiilimpi kuin toisessa. Kun ympäristöolosuhteet muuttuvat, tilanne voimuuta.
Polymorfismia on seuraavia tyyppejä:
- Rekonstruktio - hajoaminen tapahtuu atomeissa ja molekyyleissä.
- Deformaatio - rakennetta muutetaan. Puristusta tai venytystä esiintyy.
- Shift - jotkin rakenteen elementit muuttavat sijaintiaan.
Kiteiden ominaisuudet voivat muuttua koostumuksen äkillisen muutoksen myötä. Klassinen esimerkki polymorfismista on hiilen modifiointi. Yhdessä tilassa se on timanttia, toisessa grafiittia, aineita, joilla on erilaiset ominaisuudet.
Jotkin hiilihydraattimuodot muuttuvat grafiitiksi kuumennettaessa. Muutoksia ominaisuuksissa voi tapahtua ilman kidehilan muodonmuutosta. Raudan tapauksessa joidenkin komponenttien korvaaminen johtaa magneettisten ominaisuuksien katoamiseen.
Kristallilujuus
Kaikella nykyaikaisessa tekniikassa käytetyllä materiaalilla on lopullinen lujuus. Nikkelin, kromin ja raudan seoksella on suurin lujuus. Metallien lujuuden lisääminen parantaa sotilas- ja siviilivarusteita. Lisääntynyt kulutuskestävyys pidentää käyttöikää. Tästä syystä tiedemiehet ovat tutkineet yksittäiskiteiden lujuutta pitkään.
Puhtaat yksittäiskiteet ovat kiteitä, joilla on ihanteellinen kidehila, ja niissä on pieni määrä vikoja. Vikojen määrän vähentyessä metallien lujuus kasvaa useita kertoja. Samalla metallin tiheys pysyy lähes samana.
Yksikiteet, joissa on ihanteellinen hila, kestävät mekaanista rasitusta sulamispisteeseen asti. Älä vaihda kanssaaika. Useimmiten sellaisilla yksittäiskiteillä on nolla dislokaatio. Mutta tämä on valinnainen ehto. Vahvuus selittyy sillä, että mikrohalkeamia muodostuu paikkoihin, joissa on eniten dislokaatioita. Ja niiden puuttuessa halkeamia ei ole missään. Tämä tarkoittaa, että yksikide kestää, kunnes sen vahvuuden kynnys ylittyy.
Keinotekoiset yksikiteet
Yksikiteiden kasvattaminen on mahdollista nykyisellä tieteen tasolla. Metallia käsitellessäsi sen koostumusta muuttamatta voit luoda yksikiteisen kiteen, jolla on korkea turvallisuusmarginaali.
Yksikiteiden valmistamiseksi tunnetaan kaksi menetelmää:
- superkorkea paine ja metallivalu;
- kryogeeninen paine.
Ensimmäinen menetelmä on suosittu kevytmetallien käsittelyssä. Metallin puhtauden ja kasvavan paineen vuoksi ilmaantuu vähitellen uusi metalli, jolla on samat ominaisuudet, mutta vahvempi. Tietyissä olosuhteissa on mahdollista saada yksikide, jolla on ihanteellinen hila. Epäpuhtauksien läsnä ollessa on mahdollista, että kidehila ei ole ihanteellinen.
Raskasmetalleissa tapahtuu paineen kasvaessa rakenteen muutosprosessi. Yksikiteinen ei ole vielä paljastunut, mutta aine on muuttanut ominaisuuksia.
Kryogeeninen valu perustuu kryogeenisten nesteiden tuotantoon. Kiteytyminen ei tapahdu magneettikentän vaikutuksesta. Puolikiteisestä muodosta tulee kide sen jälkeen, kun se on sähköisesti varautunut.
Timanttija kvartsi
Timantin ominaisuudet perustuvat siihen, että se on aine, jolla on atomikidehila. Atomien välinen sidos määrittää timantin lujuuden. Vakioolosuhteissa timantti ei muutu. Altistuessaan tyhjiöön se muuttuu vähitellen grafiitiksi.
Kiteiden koot vaihtelevat huomattavasti. Synteettisesti kasvatetuilla timanteilla on kuutiopinnat ja ne näyttävät erilaisilta kuin vastineensa. Timantin ominaisuuksia käytetään lasin leikkaamiseen.
Kvartsikiteitä löytyy kaikki alta. Mineraali on yksi yleisimmistä. Kvartsi on yleensä väritöntä. Jos kiven sisällä on paljon halkeamia, se on valkoinen. Kun muita epäpuhtauksia lisätään, se muuttaa väriä.
Kvartsikiteitä käytetään lasin valmistuksessa, ultraäänen tuottamisessa, sähkö-, radio- ja televisiolaitteissa. Joitakin lajikkeita käytetään koruissa.
Yksikiteiden rakenne
Kiinteässä olomuodossa olevilla metalleilla on kiderakenne. Yksittäisten kiteiden rakenne on loputon sarja vuorottelevia atomeja. Todellisuudessa atomien järjestys voi häiriintyä lämpövaikutuksista, mekaanisista syistä tai useista muista syistä.
Kidehilat löytyvät kolmea tyyppiä:
- volframityyppi;
- kuparityyppi;
- magnesiumtyyppi.
Hakemus
Keinotekoiset yksikiteet ovat mahdollisuus saada materiaalia, jolla on uusia ominaisuuksia. Yksittäisten kiteiden käyttöalue on erittäin suuri. Kvartsi ja sparra ovat luonnon luomia, kun taas natriumfluoridia viljeltiin keinotekoisesti.
Yksikiteet ovatoptiikassa ja elektroniikassa käytetyt materiaalit. Kvartsia ja kiilleä käytetään optiikassa, mutta ne ovat kalliita. Keinotekoisissa olosuhteissa voit kasvattaa yksittäiskiteen, joka erottuu puhtaudesta ja lujuudesta.
Timanttia käytetään paikoissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta. Mutta se syntetisoidaan onnistuneesti keinotekoisissa olosuhteissa. Kolmiulotteisia yksikiteitä kasvatetaan sulatuksista.
