Využitie kryštálov vo vede a technike je také početné a rôznorodé, že je ťažké ich vymenovať. Preto sa obmedzíme na niekoľko príkladov.

Najtvrdším a najvzácnejším prírodným minerálom je diamant. Dnes je diamant predovšetkým pracovný kameň, nie dekoračný kameň.

Vďaka svojej výnimočnej tvrdosti hrá diamant obrovskú úlohu v technológii. Diamantové píly sa používajú na rezanie kameňov. Diamantová píla je veľký (až 2 metre v priemere) rotujúci oceľový kotúč, na okrajoch ktorého sú vytvorené rezy alebo zárezy. Do týchto rezov sa vtiera jemný diamantový prášok zmiešaný s lepiacou látkou. Takýto disk, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou, rýchlo rozreže akýkoľvek kameň.

Diamant má obrovský význam pri vŕtaní hornín a pri banských prácach.

Diamantové hroty sa vkladajú do gravírovacích nástrojov, deliacich strojov, prístrojov na skúšanie tvrdosti a vrtákov do kameňa a kovu.

Diamantový prášok sa používa na brúsenie a leštenie tvrdých kameňov, kalenej ocele, tvrdých a supertvrdých zliatin. Samotný diamant je možné brúsiť, leštiť a gravírovať iba diamantom. Najkritickejšie časti motorov v automobilovej a leteckej výrobe sa spracovávajú diamantovými frézami a vŕtačkami.

Rubín a zafír patria medzi najkrajšie a najdrahšie drahé kamene. Všetky tieto kamene majú iné kvality, skromnejšie, ale užitočné. Krvavočervený rubín a modrý zafír sú súrodenci, vo všeobecnosti ide o rovnaký minerál - korund, oxid hlinitý. Korund so všetkými jeho odrodami je jedným z najtvrdších kameňov na Zemi, najtvrdším po diamante. Korund je možné použiť na vŕtanie, brúsenie, leštenie, ostrenie kameňa a kovu. Brúsne kotúče, brúsne kamene a brúsne prášky sa vyrábajú z korundu a šmirgľa.

Celý hodinársky priemysel beží na umelých rubínoch. V polovodičových továrňach sa najjemnejšie obvody kreslia rubínovými ihlami.

V textilnom a chemický priemysel Rubínové vodidlá nite ťahajú nite z umelých vlákien, nylonu a nylonu.

Nový život rubín je laser alebo, ako sa to vo vede nazýva, optický kvantový generátor (OQG), úžasné zariadenie našich dní. V roku 1960 bol vytvorený prvý rubínový laser. Ukázalo sa, že rubínový kryštál zosilňuje svetlo. Laser žiari jasnejšie ako tisíc sĺnk.

Výkonný laserový lúč má obrovskú silu. Ľahko prepáli plech, zvarí kovové drôty, prepáli oceľové rúry a vyvŕta najtenšie otvory do tvrdých zliatin a diamantu. Lasery sa využívajú aj v očnej chirurgii. Objavili sa aj nové laserové kryštály: fluorit, granáty, arzenid gália atď.

Zafír je priehľadný, preto sa z neho vyrábajú platničky pre optické prístroje.

Väčšina zafírových kryštálov ide do polovodičového priemyslu.

Kremeň, ametyst, jaspis, opál, chalcedón sú všetky odrody kremeňa. Malé zrnká kremeňa tvoria piesok. A najkrajšia, najúžasnejšia odroda kremeňa je horský krištáľ, t.j. priehľadné kryštály kremeňa. Preto sa šošovky, hranoly a ďalšie časti optických prístrojov vyrábajú z priehľadného kremeňa.

Elektrické vlastnosti kremeňa sú obzvlášť úžasné. Ak stlačíte alebo roztiahnete kryštál kremeňa, na jeho okrajoch sa objavia elektrické náboje. Toto je piezoelektrický efekt v kryštáloch.

V dnešnej dobe sa ako piezoelektrika používa nielen kremeň, ale aj mnohé iné, väčšinou umelo syntetizované látky.

Piezoelektrické kryštály sa široko používajú na reprodukciu, nahrávanie a prenos zvuku.

Existujú aj piezoelektrické metódy na meranie krvného tlaku v ľudských cievach a tlaku štiav v stonkách a kmeňoch rastlín.

Polykryštalický materiál, Polaroid, našiel svoje uplatnenie aj v technológii.

Polaroid je tenký priehľadný film úplne vyplnený drobnými priehľadnými ihličkovitými kryštálmi látky. Polaroidné filmy sa používajú v polaroidových okuliaroch. Polaroidy rušia oslnenie odrazeného svetla, čím umožňujú priechod všetkému ostatnému svetlu. Sú nepostrádateľné pre polárnikov, ktorí sa musia neustále pozerať na oslnivý odraz slnečných lúčov z ľadového snehového poľa.

Polaroidové okuliare pomôžu predchádzať kolíziám s protiidúcimi autami, ku ktorým veľmi často dochádza v dôsledku toho, že svetlá protiidúceho auta oslepia vodiča a ten toto auto nevidí.

Kryštály hrali dôležitú úlohu v mnohých technologických inováciách 20. storočia.

Polovodičové súčiastky, ktoré spôsobili revolúciu v elektronike, sa vyrábajú z kryštalických látok, najmä kremíka a germánia. Polovodičové diódy sa používajú v počítačoch a komunikačných systémoch, tranzistory nahradili vákuové trubice v rádiovom inžinierstve a solárne panely umiestnené na vonkajšom povrchu kozmickej lode transformujú solárna energia na elektrický.

Počas vyučovania

1. Organizačná fáza (1 min)

2. Prezentácia nového materiálu (43 min)

Fyzika pevných látok (odbor fyziky, ktorý študuje štruktúru a vlastnosti pevných látok) je jedným zo základov modernej technologickej spoločnosti. V podstate obrovská armáda inžinierov po celom svete pracuje na vytvorení pevných materiálov so špecifikovanými vlastnosťami nevyhnutnými na použitie v širokej škále strojov, mechanizmov a zariadení v oblasti komunikácií, dopravy a výpočtovej techniky. Dnes v lekcii budeme hovoriť o kryštáloch. Naša úloha: zistiť, ako sú kryštály štruktúrované; vysvetliť z fyzikálneho hľadiska rozmanitosť ich foriem a vlastností; zvážiť metódy umelého pestovania kryštálov a spôsoby zvýšenia ich sily; Pozrite sa, ako a prečo sa kryštály používajú v každodennom živote a technológiách.

Kryštalické látky sú tie, ktorých atómy sú usporiadané pravidelne tak, že tvoria pravidelnú trojrozmernú mriežku tzv kryštalický. Radové kryštály chemické prvky a ich zlúčeniny majú pozoruhodné mechanické, elektrické, magnetické a optické vlastnosti. ( Prezentácia „Rozmanitosť kryštálov“.)

Hlavným rozdielom medzi kryštálmi a inými pevnými látkami je, ako už bolo spomenuté, prítomnosť kryštálovej mriežky - súboru periodicky usporiadaných atómov, molekúl alebo iónov.

Študentská správa. Ruský vedec E.S. Fedorov zistili, že v prírode môže existovať iba 230 rôznych vesmírnych skupín, ktoré pokrývajú všetky možné kryštálové štruktúry. Väčšina z nich (ale nie všetky) sa nachádzajú v prírode alebo sú vytvorené umelo. Kryštály môžu mať podobu rôznych hranolov, ktorých základom môže byť pravidelný trojuholník, štvorec, rovnobežník a šesťuholník. ( Šmykľavka.)

Príklady jednoduchých kryštálových mriežok: 1 – jednoduchá kubická; 2 – plošne centrovaný kubický; 3 – na telo centrovaný kubický; 4 – šesťuholníkový

Kryštálové mriežky kovov majú často podobu tvárovo centrovanej (meď, zlato) alebo telovo centrovanej kocky (železo), ako aj šesťhranného hranolu (zinok, horčík).

Klasifikácia kryštálov a vysvetlenie ich fyzikálnych vlastností môže byť založené nielen na tvare jednotkovej bunky, ale aj na iných typoch symetrie, napríklad rotácii okolo osi. Os symetrie je priamka, pri otočení o 360° sa kryštál niekoľkokrát vyrovná. Počet týchto kombinácií je tzv poradie osi. Existujú kryštálové mriežky s osami symetrie 2., 3., 4. a 6. rádu. Možná symetria kryštálovej mriežky vzhľadom na rovinu symetrie, ako aj kombinácia odlišné typy symetria. ( Šmykľavka.)

Väčšina kryštalických pevných látok sú polykryštály, pretože Za normálnych podmienok je dosť ťažké pestovať monokryštály, narúšajú to všetky druhy nečistôt. Vzhľadom na rastúcu potrebu technológie kryštálov vysokej čistoty stojí veda pred otázkou vývoja účinných metód na umelé pestovanie monokryštálov rôznych chemických prvkov a ich zlúčenín.

Študentská správa. Existujú tri spôsoby tvorby kryštálov: kryštalizácia z taveniny, z roztoku a z plynnej fázy. Príkladom kryštalizácie z taveniny je tvorba ľadu z vody (veď voda je roztavený ľad), ako aj vznik vulkanických hornín. Príkladom kryštalizácie z roztoku v prírode je vyzrážanie stoviek miliónov ton soli z morskej vody. Keď sa plyn (alebo para) ochladí, elektrické príťažlivé sily nútia atómy alebo molekuly dohromady do kryštalickej pevnej látky – tvoria sa snehové vločky.

Najbežnejšie metódy umelého pestovania monokryštálov sú kryštalizácia z roztoku a z taveniny. V prvom prípade rastú kryštály z nasýteného roztoku s pomalým odparovaním rozpúšťadla alebo s pomalým poklesom teploty. Tento proces je možné demonštrovať v laboratóriu vodným roztokom kuchynskej soli. Ak sa voda nechá pomaly vyparovať, roztok sa nakoniec nasýti a ďalšie vyparovanie spôsobí vyzrážanie soli.

Ak sa tuhá látka zahreje, premení sa na tekutom stave– roztopiť sa. Ťažkosti pri pestovaní monokryštálov z tavenín sú spojené s vysokými teplotami topenia. Napríklad, aby ste získali rubínový kryštál, musíte roztaviť prášok oxidu hlinitého, a preto ho musíte zahriať na teplotu 2030 ° C. Prášok sa sype tenkým prúdom do kyslíkovo-vodíkového plameňa, kde sa topí a po kvapkách padá na tyč zo žiaruvzdorného materiálu. Na tejto tyči postupne rastie jediný kryštál rubínu.

3. Aplikácia kryštálov

1. diamant. Približne 80 % všetkých vyťažených prírodných diamantov a všetky umelé diamanty sa používajú v priemysle. Diamantové nástroje sa používajú na opracovanie dielov z najtvrdších materiálov, na vŕtanie studní pri prieskume a ťažbe nerastných surovín a slúžia ako nosné kamene v prvotriednych chronometroch pre námorné plavidlá a iné vysoko presné prístroje. Diamantové ložiská nevykazujú žiadne opotrebovanie ani po 25 miliónoch otáčok. Vysoká tepelná vodivosť diamantu umožňuje jeho použitie ako substrátu odvádzajúceho teplo v polovodičových elektronických mikroobvodoch.

Samozrejme, diamanty sa používajú aj v šperkoch – to sú diamanty.

2. Ruby. Vysoká tvrdosť rubínov, čiže korundu, viedla k ich širokému použitiu v priemysle. 1 kg syntetického rubínu poskytuje približne 40 000 kamienkov na nosenie hodiniek. Rubínové vodiace tyče nití sa ukázali ako nenahraditeľné v továrňach na chemické vlákna. Prakticky sa neopotrebúvajú, zatiaľ čo vodítka nití z najtvrdšieho skla sa opotrebujú za pár dní, keď sa cez ne pretiahne umelé vlákno.

Nové vyhliadky na široké využitie rubínov vo vedeckom výskume a technológiách sa otvorili s vynálezom rubínového lasera, v ktorom rubínová tyčinka slúži ako silný zdroj svetla vyžarovaného vo forme tenkého lúča.

3. . Ide o nezvyčajné látky, ktoré spájajú vlastnosti kryštalickej pevnej látky a kvapaliny. Ako kvapaliny sú tekuté, ako kryštály majú anizotropiu. Štruktúra molekúl tekutých kryštálov je taká, že konce molekúl navzájom veľmi slabo interagujú, zatiaľ čo bočné povrchy zároveň veľmi silno interagujú a môžu pevne držať molekuly v jednom celku.

Tekuté kryštály: smektické (vľavo) a cholesterické (vpravo)

Cholesterické tekuté kryštály sú predmetom najväčšieho záujmu technológie. V nich je smer molekulárnych osí v každej vrstve navzájom mierne odlišný. Uhly rotácie osí závisia od teploty a farba kryštálu závisí od uhla rotácie. Táto závislosť sa využíva v medicíne: môžete priamo pozorovať rozloženie teploty po povrchu ľudského tela, čo je dôležité pre identifikáciu ložísk zápalového procesu skrytých pod kožou. Pre výskum sa vyrába tenký polymérny film s mikroskopickými dutinami vyplnenými cholesterikom. Keď sa takáto fólia nanesie na telo, získa sa farebné zobrazenie rozloženia teploty. Rovnaký princíp sa používa v teplomeroch s tekutými kryštálmi.

Tekuté kryštály sa najčastejšie používajú v alfanumerických indikátoroch elektronických hodiniek, mikrokalkulátorov atď. Požadované číslo alebo písmeno sa reprodukuje pomocou kombinácie malých buniek vyrobených vo forme pruhov. Každý článok je naplnený tekutým kryštálom a má dve elektródy, na ktoré je privedené napätie. V závislosti od napätia sa určité články „rozsvietia“. Indikátory môžu byť extrémne miniatúrne a spotrebúvajú málo energie.

Tekuté kryštály sa používajú v rôzne druhy ovládané obrazovky, optické žalúzie, ploché televízne obrazovky.

4. Polovodiče. Výnimočnú úlohu zohrali kryštály v modernej elektronike. Mnohé látky v kryštalickom stave nie sú tak dobrými vodičmi elektriny ako kovy, ale ani ich nemožno zaradiť medzi dielektriká, pretože Nie sú ani dobrými izolantmi. Takéto látky sú klasifikované ako polovodiče. Ide o väčšinu látok, ich celková hmotnosť je 4/5 hmotnosti zemskej kôry: germánium, kremík, selén atď., mnohé minerály, rôzne oxidy, sulfidy, teluridy atď.

Najcharakteristickejšou vlastnosťou polovodičov je ostrá závislosť ich elektrického odporu pod vplyvom rôznych vonkajších vplyvov: teplota, osvetlenie. Na tomto jave je založená činnosť zariadení, ako sú termistory a fotorezistory.

Kombináciou polovodičov rôznych typov vodivosti je možné prepúšťať elektrický prúd iba jedným smerom. Táto vlastnosť je široko používaná v diódach a tranzistoroch.

Výnimočne malé rozmery polovodičových súčiastok, niekedy len niekoľko milimetrov, trvanlivosť spôsobená tým, že ich vlastnosti sa v priebehu času málo menia, a možnosť ľahko meniť ich elektrickú vodivosť otvárajú široké možnosti využitia polovodičov dnes aj v budúcnosti. .

5. Polovodiče v mikroelektronike. Integrovaný obvod je súbor veľkého množstva vzájomne prepojených komponentov - tranzistorov, diód, rezistorov, kondenzátorov, spojovacích vodičov, vyrobených na jednom čipe. Pri výrobe integrovaného obvodu sa na polovodičovú dosku (zvyčajne kremíkové kryštály) postupne ukladajú vrstvy nečistôt, dielektrika a vrstvy kovu. V dôsledku toho sa na jednom čipe vytvorí niekoľko tisíc elektrických mikrozariadení. Rozmery takéhoto mikroobvodu sú zvyčajne 5–5 mm a jednotlivé mikrozariadenia sú asi 10–6 m.

IN V poslednej dobeČoraz častejšie sa začalo diskutovať o možnosti vytvorenia elektronických mikroobvodov, v ktorých budú veľkosti prvkov porovnateľné s veľkosťami samotných molekúl, t.j. asi 10 –9 –10 –10 m. Na tento účel sa na vyčistený povrch monokryštálu niklu alebo kremíka pomocou tunelového mikroskopu nastriekajú malé množstvá atómov alebo molekúl iných látok. Povrch kryštálu sa ochladí na –269 °C, aby sa eliminovali viditeľné pohyby atómov v dôsledku tepelného pohybu. Umiestnenie jednotlivých atómov na konkrétne miesta otvára fantastické možnosti vytvárania skladov informácií na úrovni atómov. Toto je už hranica „miniaturizácie“.

6. Volfrám a molybdén. Na modernej úrovni technický rozvoj Rýchlosť ohrevu a chladenia častí prístrojov a strojov sa prudko zvýšila a rozsah teplôt, pri ktorých musia pracovať, sa výrazne zvýšil. Veľmi často je potrebná dlhodobá práca pri veľmi vysokých teplotách, v agresívnom prostredí. Potrebné sú aj stroje, ktoré vydržia veľké množstvo teplotných cyklov.

V takýchto ťažkých prevádzkových podmienkach sa časti a celé zostavy mnohých strojov a zariadení veľmi rýchlo opotrebujú, prasknú a zničia sa. Žiaruvzdorné kovy, ako je molybdén a volfrám, sa široko používajú na prácu pri vysokých teplotách. Monokryštály volfrámu a molybdénu získané zónovým tavením sa používajú na výrobu trysiek prúdových a náporových motorov, plášťov hláv rakiet, iónových motorov, turbín, jadrových elektrární a mnohých ďalších zariadení a mechanizmov. Polykryštalický volfrám a molybdén sa používajú na výrobu anód, katód, vlákien v lampách a vysokoteplotných elektrických pecí.

7. Kremeň. Ide o oxid kremičitý, jeden z najbežnejších minerálov v zemskej kôre, v podstate piesok. Kryštály prírodného kremeňa majú veľkosť od zrniek piesku až po niekoľko desiatok centimetrov, existujú kryštály až do jedného metra a viac. Čistý kryštál kremeňa je bezfarebný. Menšie cudzie nečistoty spôsobujú rôzne farby. Priehľadné bezfarebné kryštály sú horský krištáľ, fialové sú ametyst a dymové sú rauchtopaz. Optické vlastnosti kremeňa viedli k jeho širokému použitiu pri výrobe optických prístrojov: vyrábajú sa z neho hranoly pre spektrografy a monochromátory. Kremeň, na rozdiel od skla, dobre prenáša ultrafialové žiarenie, preto sa z neho vyrábajú špeciálne šošovky používané v ultrafialovej optike.

Kremeň má aj piezoelektrické vlastnosti, t.j. schopné transformácie mechanický náraz do elektrického napätia. Vďaka tejto vlastnosti je kremeň široko používaný v rádiotechnike a elektronike - vo frekvenčných stabilizátoroch (vrátane hodiniek), všetkých druhoch filtrov, rezonátorov atď. Kryštály kremeňa sa používajú na vybudenie (a meranie) malých mechanických a akustických vplyvov.

Tégliky, nádoby a iné nádoby pre chemické laboratóriá sú vyrobené z taveného kremeňa.

4. Metódy na zvýšenie pevnosti pevných látok

Oceľové rámy budov a mostov, koľajnice sú polykryštalické železnice, obrábacie stroje, časti strojov a lietadiel. Hodnoty skutočnej a teoretickej pevnosti sa líšia v desiatkach až stovkách krát. Dôvod spočíva v prítomnosti vnútorných a povrchových defektov v kryštálových mriežkach.

Na získanie vysoko pevných materiálov je potrebné vypestovať monokryštály, ktoré sú pokiaľ možno bez defektov. To je veľmi náročná úloha. Väčšina moderných metód spevňovania materiálov je založená na inej metóde: v kryštáli sa vytvárajú bariéry pre pohyb defektov. Môžu to byť dislokácie (porušenie poradia usporiadania atómov v kryštálovej mriežke) a iné špeciálne vytvorené defekty.

Príklady bodových dislokácií - porušenie poradia usporiadania atómov v kryštáli

Medzi takéto metódy patrí napríklad:

– legovanie ocele: do taveniny sa pridajú malé prísady chrómu alebo volfrámu a pevnosť sa zvýši trikrát;

– vysokorýchlostná kryštalizácia: čím rýchlejšie sa teplo zo stuhnutého ingotu odvádza, tým menšie sú veľkosti kryštálov. Súčasne sa zlepšujú fyzikálne a mechanické vlastnosti. Na rýchle odstránenie tepla sa roztavený kov rozpráši na jemný prach prúdom neutrálneho plynu, ktorý sa potom stlačí pri vysokom tlaku a teplote.

Článok bol pripravený s podporou spoločnosti AVERS. Spoľahlivosť a kvalita sú mottom spoločnosti AVERS. Spoločnosť AVERS sa špecializuje na celý rad prác na zásobovaní vodou súkromných a kolektívnych zariadení, preto je potrebné každú zákazku zrealizovať v dobrej viere. Ak prejdete do sekcie: „vŕtanie hlbokých vrtov“, môžete sa dozvedieť o službách a akciách spoločnosti AVERS a tiež si objednať spätné volanie a kontaktovať špecialistu, ktorý vám môže odpovedať na vaše otázky. Spoločnosť AVERS zamestnáva len vysokokvalifikovaných odborníkov s bohatými skúsenosťami v práci s klientmi.

Zvýšenie pevnosti kryštalických telies dáva nárast veľkosti rôznych agregátov, umožňuje znížiť ich hmotnosť a zvyšuje Prevádzková teplota a zvyšuje životnosť.

5. Konsolidácia

Študenti sú požiadaní, aby vyplnili testovaciu tabuľku „Využitie kryštálov v technológii“. Na konci hodiny sa ako výsledok samostatnej práce študentov ukážu expresné noviny, ktoré nakreslili dvaja študenti počas hodiny.

Literatúra

Učebnica "Fyzika-10": Ed. A.A. Pinsky. – M: Vzdelávanie, 2001.

Fyzická encyklopédia, zväzok 3: Ed. A.M. Prokhorova. – M: Sovietska encyklopédia, 1990.

Internetové zdroje.

Irina Aleksandrovna Dorogovtseva je absolventkou Štátneho pedagogického inštitútu Komsomolsk-on-Amur (1997), učiteľka fyziky najvyššej kvalifikačnej kategórie, 8-ročná pedagogická prax. Účastník finále odbornej súťaže „Učiteľ roka 2003“. Dcéra má 4 roky. Zaujíma sa o počítačový dizajn, programovanie a sci-fi.

Aplikácie kryštálov vo vede a technike sú také početné a rozmanité, že je ťažké ich vymenovať. Preto sa obmedzíme na niekoľko príkladov.

Najtvrdším a najvzácnejším prírodným minerálom je diamant.

Vďaka svojej výnimočnej tvrdosti hrá diamant obrovskú úlohu v technológii. Diamantové píly sa používajú na rezanie kameňov. Diamant má obrovský význam pri vŕtaní hornín a pri banských prácach.

Diamantové hroty sa vkladajú do gravírovacích nástrojov, deliacich strojov, prístrojov na skúšanie tvrdosti a vrtákov do kameňa a kovu.

Diamantový prášok sa používa na brúsenie a leštenie tvrdých kameňov, kalenej ocele, tvrdých a supertvrdých zliatin. Samotný diamant je možné brúsiť, leštiť a gravírovať iba diamantom. Najkritickejšie časti motorov v automobilovej a leteckej výrobe sa spracovávajú diamantovými frézami a vŕtačkami.

Rubín a zafír patria medzi najkrajšie a najdrahšie drahé kamene. Všetky tieto kamene majú iné kvality, skromnejšie, ale užitočné.

Celý hodinársky priemysel beží na umelých rubínoch. V polovodičových továrňach sa najjemnejšie obvody kreslia rubínovými ihlami. V textilnom a chemickom priemysle rubínové vodiče nití ťahajú nite z umelých vlákien, nylonu a nylonu.

Nový život rubínu je laser alebo, ako sa to nazýva vo vede, optický kvantový generátor (OQG). V roku 1960 Bol vytvorený prvý rubínový laser. Ukázalo sa, že rubínový kryštál zosilňuje svetlo. Pre rubínový laser je najmenší priemer svetelného bodu približne 0,7 mikrónu. Týmto spôsobom možno vytvoriť extrémne vysoké hustoty žiarenia. To znamená, že čo najviac koncentrujte energiu. Výkonný laserový lúč s obrovským výkonom. Ľahko prepaľuje plech, zvára kovové drôty, prepaľuje kovové rúrky a vŕta najtenšie otvory do tvrdých zliatin a diamantu. Tieto funkcie vykonáva pevný laser s použitím rubínu, granátu a neoditu. V očnej chirurgii sa najčastejšie používajú neodynové lasery a rubínové lasery. Pozemné systémy krátkeho dosahu často používajú lasery so vstrekovaním arzenidu gália. Objavili sa aj nové laserové kryštály: fluorit, granáty, arzenid gália atď.

Zafír je priehľadný, preto sa z neho vyrábajú platničky pre optické prístroje.

Väčšina zafírových kryštálov ide do polovodičového priemyslu.

Kremeň, ametyst, jaspis, opál, chalcedón sú všetky odrody kremeňa. Preto sa šošovky, hranoly a ďalšie časti optických prístrojov vyrábajú z priehľadného kremeňa. Kremenné sklo má nasledujúce vlastnosti:

Vysoká rovnomernosť a dobrá priepustnosť v ultrafialovom, viditeľnom a blízkom infračervenom rozsahu;

Žiadna fluorescencia;

Nízky koeficient tepelnej rozťažnosti;

Vysoká odolnosť proti mechanickému poškodeniu a tepelným šokom;

Nízka bublina.

Elektrické vlastnosti kremeňa sú obzvlášť úžasné. Ak stlačíte alebo roztiahnete kryštál kremeňa, na jeho okrajoch sa objavia elektrické náboje. Toto je piezoelektrický efekt v kryštáloch.

V súčasnosti sa ako piezoelektriká používa nielen kremeň, ale aj mnohé iné, najmä umelo syntetizované látky: modrá soľ, titaničitan bárnatý, dihydrogenfosforečnany draselné a amónne (KDP a ADP) a mnohé ďalšie.

Piezoelektrické kryštály sa široko používajú na reprodukciu, nahrávanie a prenos zvuku.

Existujú aj piezoelektrické metódy na meranie krvného tlaku v cievach človeka a tlaku štiav v stonkách a kmeňoch rastlín.Piezoelektrické platne merajú napríklad tlak v hlavni delostreleckého dela pri výstrele, tlak v momente výbuchu bomby, okamžitý tlak vo valcoch motora, keď v nich vybuchnú horúce plyny .

Polykryštalický materiál Polaroid našiel svoje využitie aj v technike.

Polaroid je tenký priehľadný film úplne vyplnený drobnými priehľadnými ihličkovitými kryštálmi látky, ktorá dvojlomy a polarizuje svetlo. Všetky kryštály sú umiestnené navzájom paralelne, takže všetky rovnako polarizujú svetlo prechádzajúce cez film.

Polaroidné filmy sa používajú v polaroidových okuliaroch. Polaroidy rušia oslnenie odrazeného svetla, čím umožňujú priechod všetkému ostatnému svetlu. Sú nepostrádateľné pre polárnikov, ktorí sa musia neustále pozerať na oslnivý odraz slnečných lúčov z ľadového snehového poľa.

Tekuté kryštály

Kvapalné kryštály sú látky, ktoré majú súčasne vlastnosti kvapalín (tekutosť) aj kryštálov (anizotropia). Z hľadiska štruktúry sú tekuté kryštály rôsolovité kvapaliny pozostávajúce z predĺžených molekúl, usporiadaných určitým spôsobom v celom objeme tejto kvapaliny. Najcharakteristickejšou vlastnosťou LC je ich schopnosť meniť orientáciu molekúl vplyvom elektrických polí, čo otvára široké možnosti ich využitia v priemysle. Na základe ich typu sa tekuté kryštály zvyčajne delia do dvoch veľkých skupín: nematické a smektické. Nematiky sa zase delia na nematické a cholesterické tekuté kryštály.

Jednou z dôležitých oblastí použitia tekutých kryštálov je termografia. Výberom zloženia kvapalnej kryštalickej látky sa vytvárajú indikátory pre rôzne teplotné rozsahy a pre rôzne prevedenia. Napríklad tekuté kryštály vo forme filmu sa aplikujú na tranzistory, integrované obvody a dosky plošných spojov elektronických obvodov. Chybné prvky - veľmi horúce alebo studené, nefungujúce - sú okamžite viditeľné jasnými farebnými škvrnami. Lekári dostali nové príležitosti: indikátor tekutých kryštálov na koži pacienta rýchlo diagnostikuje skrytý zápal a dokonca aj nádor.

Tekuté kryštály sa používajú na detekciu výparov škodlivých chemických zlúčenín a gama a ultrafialového žiarenia nebezpečného pre ľudské zdravie. Tlakomery a ultrazvukové detektory boli vytvorené na báze tekutých kryštálov. Najsľubnejšou oblasťou použitia tekutých kryštalických látok sú však informačné technológie. Od prvých ukazovateľov, ktoré každý pozná z digitálnych hodiniek, až po farebné televízory s LCD obrazovkami vo veľkosti pohľadnice, ubehlo len pár rokov. Takéto televízory poskytujú veľmi kvalitný obraz a zároveň spotrebujú menej energie.

Fungovanie akéhokoľvek LCD panela je založené na princípe zmeny priehľadnosti (presnejšie zmeny polarizácie prechádzajúceho svetla) tekutých kryštálov vplyvom elektrického prúdu. V matici TFT je vrstva tekutých kryštálov riadená maticou mikroskopických tranzistorových analógových spínačov, jeden spínač pre každý pixel obrazu, čo umožňuje dosiahnuť vysokú rýchlosť zapínania a vypínania bodov a zvyšovať kontrast obrazu. Keďže samotné tekuté kryštály nemajú farbu, farebný panel obsahuje tri vrstvy tekutých kryštálov (alebo špeciálnu jednovrstvovú mozaikovú štruktúru) so zodpovedajúcimi svetelnými filtrami pre každú farebnú zložku (červená, zelená, modrá). Tekuté kryštály nedokážu samy žiariť, takže aby obrazovka získala obvyklý žiarivý vzhľad, je za LCD panelom nainštalovaná špeciálna plochá lampa, ktorá osvetľuje obrazovku zo zadnej strany. V dôsledku toho sa používateľovi zdá, že matrica „svieti“ ako bežná obrazovka CRT.

Typy leptania: suché (plazma) a tekuté (v tekutých leptadlách, kyselina HF). Výhody suché leptanie: schopnosť kontrolovať anizotropiu, schopnosť kontrolovať selektivitu, slabá závislosť leptania od priľnavosti ochrannej masky k podkladu, nevyžaduje následné umývanie a sušenie, ekonomickejšie ako leptanie v tekutých činidlách. Nedostatky: poškodenie povrchu materiálov v dôsledku bombardovania iónmi, elektrónmi a fotónmi. Suché leptanie sa delí na:

Hlavné vlastnosti suchého leptania: anizotropia– pomer rýchlosti leptania pracovného materiálu kolmo k povrchu dosky k rýchlosti jej bočného leptania; selektívnosť– pomer rýchlostí leptania rôznych materiálov (napríklad robotník a maska) za rovnakých podmienok.

Iónové leptanie– proces, pri ktorom sa povrchové vrstvy materiálov odstraňujú iba fyzickým nástrekom. Naprašovanie sa uskutočňuje energetickými iónmi plynov, ktoré nevstupujú do chemické reakcie so spracovávaným materiálom (zvyčajne ióny inertných plynov). Ak je spracovávaný materiál umiestnený na elektródach alebo držiakoch v kontakte s výbojovou plazmou, potom sa leptanie za takýchto podmienok nazýva tzv. iónovo-plazma. Ak je materiál umiestnený vo vákuovej zóne spracovania, oddelenej od plazmovej oblasti, potom sa leptanie nazýva leptanie iónovým lúčom.

IN plazmochemické Pri leptaní sa povrchové vrstvy materiálov odstraňujú až v dôsledku chemických reakcií medzi chemicky aktívnymi časticami a atómami leptanej látky. Ak je spracovávaný materiál v oblasti výbojovej plazmy, potom sa nazýva leptanie plazma. V tomto prípade sa chemické leptacie reakcie na povrchu materiálu aktivujú bombardovaním nízkoenergetickými elektrónmi a iónmi a tiež fotónovým bombardovaním. Ak sa materiál nachádza vo vákuovej spracovateľskej zóne, ktorá sa zvyčajne nazýva reakčná zóna a je oddelená od oblasti plazmy, potom sa leptanie vykonáva chemicky aktívnymi časticami bez aktivácie bombardovaním elektrónmi a iónmi a v niektorých prípadoch bez expozície. na fotóny. Tento lept sa nazýva radikálny.

Plazma sa používa v troch hlavných procesoch: na leptanie materiálov, na naprašovanie tenkých vrstiev (iných materiálov) na povrch materiálov a na dopovanie (implantovanie) iných častíc do materiálu.

Moderná aplikácia plazmových technológií. Hlavný proces v technológii fotolitografie (leptanie kovov, plazmové spopolnenie, plazmové odstraňovanie spodiny (odstraňovanie odporu))! Používa sa aj v technológiách tvorby: NEMS, MEMS, mikroelektronika, nanoelektronika, gyroskopy, akcelerometre, polymérové ​​leptanie, polymérne mikroštruktúry, keramické mikroštruktúry, technológie hlbokého leptania (s vysokým pomerom strán: pomer medzi veľkosťou charakteristického prvku a hĺbkou leptania) .

Fetisov Nikolay

Svet okolo nás sa skladá z kryštálov, dá sa povedať, že žijeme vo svete kryštálov. Obytné budovy a priemyselné stavby, lietadlá a rakety, motorové lode a dieselové lokomotívy, horniny a minerály sú zložené z kryštálov. Jeme kryštály, liečime sa nimi a čiastočne sme z kryštálov.

Čo sú teda kryštály? Aké vlastnosti majú? Ako rastú kryštály? Ako a kde sa v súčasnosti využívajú a aké sú vyhliadky na ich využitie v budúcnosti? Tieto otázky ma zaujali a snažil som sa na ne nájsť odpovede.

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

11. VEDECKÁ A PRAKTICKÁ KONFERENCIA OKRESU KUZNETSK „OTVORENÝ SVET“

SEKCIA FYZIKA

Hlavné aplikácie umelé kryštály

Absolvoval žiak 8. ročníka

Fetisov Nikolay

vedúci Sizochenko A.I.,

Učiteľ fyziky

Mestské stredné školstvo

Založenie

„Základné všeobecné vzdelanie

Škola č. 24"

Novokuzneck, 2014

Úvod ………………………………………………………… 2

1. Hlavná časť

1.1. Pojem kryštálu………………………………………………..4

1.2. Monokryštály a polykryštály........................4

1.3. Metódy pestovania kryštálov………….…5

1.4. Aplikácia kryštálov ……………………………………… 7

2. Praktická časť

2.1. Pestovanie kryštálov doma

Podmienky …………………………………………...9

3. Záver……………………………………………….…11

Bibliografia ………………………………………………………………………... 13

Prihlášky………………………………………………………………..14-15

Úvod

Ako magický sochár

Svetlé okraje kryštálov

Vytvára bezfarebný roztok.

N.A.Morozov

Svet okolo nás sa skladá z kryštálov, dá sa povedať, že žijeme vo svete kryštálov. Obytné budovy a priemyselné stavby, lietadlá a rakety, motorové lode a dieselové lokomotívy, horniny a minerály sú zložené z kryštálov. Jeme kryštály, liečime sa nimi a čiastočne sme z kryštálov.

Kryštály sú látky, v ktorých sú najmenšie častice „zabalené“ v určitom poradí. Výsledkom je, že pri raste kryštálov sa na ich povrchu spontánne objavujú ploché okraje a samotné kryštály nadobúdajú rôzne geometrické tvary.

Vyjadrenie akademika A.E. Fersman „Takmer celý svet je kryštalický. Svetu vládne kryštál a jeho pevné, lineárne zákony“ je v súlade s vedeckým záujmom vedcov z celého sveta o tento predmet výskumu.

Moderný priemysel sa nezaobíde bez širokej škály kryštálov. Používajú sa v hodinkách, tranzistorových rádiách, počítačoch, laseroch a mnoho ďalších. Veľké laboratórium – príroda – už nedokáže uspokojiť dopyt po vývoji technológií, a tak sa umelé kryštály pestujú v špeciálnych továrňach: malých, takmer nepostrehnuteľných, aj veľkých s hmotnosťou niekoľko kilogramov.

Ľudia sa naučili získavať mnohé drahé kamene umelo. Napríklad ložiská pre hodinky a iné presné prístroje sa už dlho vyrábajú z umelých rubínov. Umelo sa získavajú aj krásne kryštály, ktoré sa v prírode vôbec nevyskytujú – kubický zirkón. Je ťažké rozlíšiť kubické zirkóny od diamantov okom - tak krásne hrajú na svetle.

Čo sú teda kryštály? Aké vlastnosti majú? Ako rastú kryštály? Ako a kde sa v súčasnosti využívajú a aké sú vyhliadky na ich využitie v budúcnosti? Tieto otázky ma zaujali a snažil som sa na ne nájsť odpovede.

Moja práca je výskumná, keďže pri jej realizácii sa využívajú poznatky z viacerých akademických predmetov: fyzika, chémia, biológia, informatika. Výsledkom aktivity bolo vytvorenie prezentácie „Kryštály a ich aplikácie“, ktoré sa dajú použiť na hodinách fyziky a chémie ako názorná pomôcka a kryštály pestované zo síranu meďnatého a kuchynskej soli.

Cieľ:

Určite hlavné oblasti použitia umelých kryštálov a experimentálne otestujte možnosť pestovania kryštálov kuchynskej soli a síranu meďnatého bez použitia špeciálneho zariadenia.

Na dosiahnutie tohto cieľa som čelil nasledovnému

úlohy:

• Zbierajte materiál o kryštáloch a ich vlastnostiach z literárnych a internetových zdrojov.
• Vykonajte experimenty s pestovaním kryštálov síranu meďnatého a stolovej soli.
• Systematizovať materiál o kryštáloch: použitie umelých kryštálov a spôsoby ich pestovania.
• Vytvorte prezentáciu „Kryštály a ich aplikácie“ na vzdelávacie účely.

1. Hlavná časť

1. Krištáľový koncept

Crystal (z gréckeho krystallos - „priehľadný ľad“) sa pôvodne nazýval priehľadný kremeň (horský krištáľ), ktorý sa nachádza v Alpách. Horský krištáľ bol mylne považovaný za ľad, stvrdnutý chladom do takej miery, že sa už neroztopí. Na začiatku Hlavná prednosť Kryštál bolo vidieť v jeho priehľadnosti a toto slovo sa používalo na označenie všetkých priehľadných prírodných pevných látok. Neskôr začali vyrábať sklo, ktoré nebolo v lesku a priehľadnosti horšie ako prírodné látky. Predmety vyrobené z takéhoto skla sa nazývali aj „kryštál“. Aj dnes sa špeciálne priehľadné sklo nazýva krištáľ a „magická“ guľa veštcov sa nazýva krištáľová guľa.

Úžasnou vlastnosťou horského krištáľu a mnohých ďalších priehľadných minerálov sú ich hladké, ploché okraje. Koncom 17. stor. zistilo sa, že v ich usporiadaní je určitá symetria a zistilo sa, že niektoré nepriehľadné minerály majú prirodzený pravidelný rez. Vznikol odhad, s ktorým môže byť formulár spojený vnútorná štruktúra. Nakoniec sa všetko začalo nazývať kryštály. pevné látky, s prirodzeným plochým strihom.

V zbrojnici sú šaty a koruny ruských cárov, úplne obsypané kryštálmi – drahokamami – ametystmi. V kostoloch boli ikony a oltáre zdobené ametystmi.

Najznámejšie kryštály sú diamanty, ktoré sa po vybrúsení menia na diamanty. Ľudia sa už mnoho storočí pokúšali odhaliť záhadu týchto kameňov, a keď zistili, že diamant je druh uhlíka, nikto tomu neveril.

Rozhodujúci experiment uskutočnil v roku 1772 francúzsky chemik Lavoisier. V prírode sa diamanty tvoria v hlbinách zeme pri veľmi vysokých teplotách a tlakoch. Vedci dokázali v laboratóriu vytvoriť podmienky, za ktorých možno diamanty získať z grafitu až o 200 rokov neskôr. V súčasnosti sa vyrábajú desiatky ton umelých diamantov. Medzi nimi sú diamanty na šperkárske účely, ale väčšina z nich sa používa na výrobu rôznych nástrojov.

1. Monokryštály a polykryštály

Kryštalické telá môžu byť monokryštály alebo polykryštály. Jediný kryštál sa nazýva monokryštál, ktorý má makroskopickú usporiadanú kryštálovú mriežku. Majú geometricky pravidelný vonkajší tvar, ale táto vlastnosť nie je povinná.

Polykryštály sú chaoticky orientované drobné kryštály zlúčené dohromady – kryštality.

1. Metódy pestovania kryštálov

V laboratóriu sa kryštály pestujú za starostlivo kontrolovaných podmienok, aby sa zabezpečili požadované vlastnosti, ale v princípe laboratórne kryštály vznikajú rovnako ako v prírode – z roztoku, taveniny alebo pary. Piezoelektrické kryštály Rochellovej soli sa teda pestujú z vodného roztoku pri atmosferický tlak. Veľké kryštály optického kremeňa sa tiež pestujú z roztoku, ale pri teplotách 350–450 °C O C a tlaku 140 MPa. Rubíny sa syntetizujú pri atmosférickom tlaku z prášku oxidu hlinitého roztaveného pri teplote 2050 O C. Kryštály karbidu kremíka používané ako brusivo sa získavajú z výparov v elektrickej peci.

Prvý monokryštál získaný v laboratóriu bol rubín. Na získanie rubínu sa zahrievala zmes bezvodého oxidu hlinitého obsahujúca väčšiu alebo menšiu prímes žieravého draslíka s fluoridom bárnatým a dichromodraselnou soľou. Ten sa pridáva na zafarbenie rubínu a odoberie sa malé množstvo oxidu hlinitého. Zmes sa umiestni do hlineného téglika a zahrieva (od 100 hodín do 8 dní) v dozvukových peciach pri teplotách do 1500 O C. Na konci experimentu sa v tégliku objaví kryštalická hmota a steny sú pokryté rubínovými kryštálmi krásnej ružovej farby.

Druhou bežnou metódou pestovania kryštálov syntetických drahokamov je Czochralského metóda. Je to takto: tavenina látky, z ktorej majú kamene kryštalizovať, sa vloží do žiaruvzdorného téglika zo žiaruvzdorného kovu (platina, ródium, irídium, molybdén alebo volfrám) a zahrieva sa vo vysokofrekvenčnom induktore. . Zrnko z materiálu budúceho kryštálu sa spúšťa do taveniny na výfukovom hriadeli a na ňom sa pestuje syntetický materiál do požadovanej hrúbky. Hriadeľ so semenom sa postupne ťahá smerom nahor rýchlosťou 1-50 mm/h za súčasného rastu pri rýchlosti otáčania 30-150 ot./min. Otáčaním hriadeľa vyrovnáte teplotu taveniny a zabezpečíte rovnomerné rozloženie nečistôt. Priemer kryštálov je do 50 mm, dĺžka do 1 m. Syntetický korund, spinel, granáty a iné umelé kamene sú pestované Czochralského metódou.

Kryštály môžu rásť aj pri kondenzácii pary – takto sa získavajú vzory snehových vločiek na studenom skle. Pri vytláčaní kovov z roztokov solí pomocou aktívnejších kovov vznikajú aj kryštály. Napríklad ponorte železný klinec do roztoku síranu meďnatého; pokryje sa červenou vrstvou medi. Ale výsledné medené kryštály sú také malé, že ich možno vidieť iba pod mikroskopom. Meď sa na povrchu nechtu uvoľňuje veľmi rýchlo, preto sú jej kryštály príliš malé. Ale ak sa proces spomalí, kryštály sa ukážu ako veľké. Za týmto účelom zakryte síran meďnatý silnou vrstvou stolovej soli, položte naň kruh filtračného papiera a na vrch - železnú dosku s o niečo menším priemerom. Zostáva len naliať do nádoby nasýtený roztok kuchynskej soli. Síran meďnatý sa začne pomaly rozpúšťať v soľanke. Ióny medi (vo forme zelených komplexných aniónov) budú difundovať nahor veľmi pomaly počas mnohých dní; proces možno pozorovať pohybom farebného okraja. Po dosiahnutí železnej platne sa ióny medi redukujú na neutrálne atómy. Ale keďže tento proces prebieha veľmi pomaly, atómy medi sa zoradia do krásnych lesklých kryštálov. Niekedy tieto kryštály tvoria vetvy - dendrity.

1. Aplikácia kryštálov.

Prírodné kryštály vždy vzbudzovali v ľuďoch zvedavosť. Ich farba, lesk a tvar sa dotýkali ľudského zmyslu pre krásu a ľudia si nimi zdobili seba i svoje príbytky. Odpradávna sa s kryštálmi spájali povery; ako amulety mali svojich majiteľov nielen chrániť pred zlými duchmi, ale ich aj posilňovať nadprirodzené sily. Neskôr, keď sa tie isté minerály začali brúsiť a leštiť ako drahé kamene, mnohé povery sa zachovali v „šťastných“ talizmanoch a „vlastných kameňoch“ zodpovedajúcich mesiacu narodenia. Všetky prírodné drahokamy okrem opálu sú kryštalické a mnohé z nich, ako diamant, rubín, zafír a smaragd, sa nachádzajú ako krásne brúsené kryštály.Krištáľové šperkysú dnes rovnako populárne ako počas neolitu.

Na základe zákonov optiky vedci hľadali priehľadný, bezfarebný a bezchybný minerál, z ktorého by sa dali vyrobiť šošovky brúsením a leštením. Nefarbené kryštály kremeňa majú potrebné optické a mechanické vlastnosti aprvé šošovky vrátane okuliarov, boli vyrobené z nich. Ani po nástupe umelého optického skla potreba kryštálov úplne nezmizla; Kryštály kremeňa, kalcitu a iných priehľadných látok, ktoré prepúšťajú ultrafialové a infračervené žiarenie, sa dodnes používajú na výrobu hranolov a šošoviek pre optické zariadenia.

Kryštály hrali dôležitú úlohu v mnohých technických inováciách 20. storočia. Niektoré kryštály pri deformácii vytvárajú elektrický náboj. Ich prvé významné využitie bolovýroba rádiofrekvenčných generátorov so stabilizáciou kremennými kryštálmi.Prinútením kremennej platne vibrovať v elektrickom poli vysokofrekvenčného oscilačného obvodu je možné stabilizovať prijímaciu alebo vysielaciu frekvenciu.

Polovodičové diódy sa používajú v počítačoch a komunikačných systémoch, tranzistory nahradili vákuové trubice v rádiovom inžinierstve a solárne panely umiestnené na vonkajšom povrchu kozmickej lode premieňajú slnečnú energiu na elektrickú energiu. Polovodiče sú tiež široko používané v AC-DC meničoch.

Kryštály s piezoelektrickými vlastnosťami sa používajú v rádiových prijímačoch a vysielačoch, vo snímacích hlavách a v sonaroch. Niektoré kryštály modulujú svetelné lúče, zatiaľ čo iné generujú svetlo pod vplyvom aplikovaného napätia. Zoznam použití kryštálov je už pomerne dlhý a neustále sa rozrastá.

Umelé kryštály.Človek už dlho sníval o syntéze kameňov, ktoré sú rovnako vzácne ako tie, ktoré sa nachádzajú v prírode. Až do 20. storočia takéto pokusy boli neúspešné. Ale v roku 1902podarilo získať rubíny a zafíry, ktorý má vlastnosti prírodného kameňa. Neskôr, koncom 40. rokov 20. storočia bolisyntetizované smaragdyav roku 1955 spoločnosť General Electric a Fyzikálny ústav Akadémie vied ZSSR oznámili výrobuumelé diamanty.

Mnohé technologické potreby kryštálov podnietili výskum metód pestovania kryštálov s vopred určenými chemickými, fyzikálnymi a elektrickými vlastnosťami. Úsilie vedcov nebolo zbytočné a našli sa metódy na pestovanie veľkých kryštálov stoviek látok, z ktorých mnohé nemajú prirodzený analóg. Často sa vyskytuje v prírode pevné látky, ktoré majú tvar pravidelných mnohostenov. Takéto telesá sa nazývali kryštály. Štúdium fyzikálnych vlastností kryštálov ukázalo, že geometricky správny tvar nie je ich hlavným znakom.

Je to úplne v súlade s nehynúcim vedeckým záujmom vedcov z celého sveta a všetkých oblastí poznania o tento predmet výskumu. Koncom 60. rokov minulého storočia sa v tejto oblasti začal vážny vedecký prelomtekuté kryštály, čo vyvolalo „revolúciu ukazovateľov“, ktorá nahradila mechanizmy ukazovateľov prostriedkami vizuálneho zobrazovania informácií. Neskôr sa do vedy dostal koncept biologického kryštálu (DNA, vírusy atď.) av 80. rokoch dvadsiateho storočia - fotonický kryštál.

1. Praktická časť

1. Pestovanie kryštálov doma

Pestovanie kryštálov je veľmi zaujímavý proces, ale dosť zdĺhavý a namáhavý.

Je užitočné vedieť, aké procesy riadia jeho rast; Prečo? rôzne látky tvoria kryštály rôznych tvarov a niektoré ich nevytvárajú vôbec; čo treba urobiť, aby boli veľké a krásne.

Na tieto otázky som sa snažil nájsť odpovede vo svojej práci.

Ak kryštalizácia prebieha veľmi pomaly, získa sa jeden veľký kryštál (alebo monokryštál), ak je rýchla, získa sa veľa malých.

Kryštály som pestoval doma rôznymi spôsobmi.

Metóda 1 . Chladenie nasýteného roztoku síranu meďnatého. S klesajúcou teplotou klesá rozpustnosť látok a dochádza k ich zrážaniu. Najprv sa v roztoku a na stenách nádoby objavia drobné kryštálové jadrá. Pri pomalom ochladzovaní a v roztoku nie sú pevné nečistoty, vzniká veľa zárodkov, ktoré sa postupne menia na nádherné kryštály pravidelného tvaru. Prudkým ochladením vzniká veľa malých kryštálikov, takmer žiadny nemá správny tvar, pretože ich rastie veľa a navzájom si prekážajú.

Aby som vypestoval kryštál zo síranu meďnatého, pripravil som presýtený roztok:

1. Aby som to urobil, vzal som teplú vodu, rozpustil som v nej vitriol a pridával som ho, kým sa neprestal rozpúšťať.

2. Prelejte cez filter (gázu) do inej čistej nádoby. Nádobu som zalial vriacou vodou, aby som zabránil rýchlej kryštalizácii roztoku na špinavých stenách.

3. Pripravené osivo.

4. Naviazal som ho na niť a spustil do roztoku.

Aby kryštál rástol rovnomerne na všetkých stranách, je lepšie ponechať semienko (malý kryštál) zavesené v roztoku. K tomu som vyrobil jumper zo sklenenej tyče. Mimochodom, je vhodné vziať hladkú tenkú niť, možno hodváb, aby sa na nej nevytvorili zbytočné malé kryštály. Potom som dal svoj roztok na teplé miesto. Pomalé chladenie je veľmi dôležité (na získanie veľkého kryštálu). Kryštalizáciu je možné pozorovať v priebehu niekoľkých hodín. Pravidelne musíte meniť alebo aktualizovať nasýtený roztok a tiež vyčistiť malé kryštály z vlákna. (Príloha 1)

Metóda 2 - postupné odstraňovanie vody z nasýteného roztoku.

V tomto prípade platí, že čím pomalšie sa voda odstraňuje, tým lepší je výsledok. Nechal som otvorenú nádobu s roztokom kuchynskej soli ( stolová soľ) pri izbovej teplote po dobu 14 dní, zakryte ho listom papiera - voda sa pomaly odparovala a do roztoku sa nedostal prach. Rastúci kryštál bol suspendovaný v nasýtenom roztoku na tenkej pevnej nite. Kryštál sa ukázal byť veľký, ale beztvarý - amorfný. (Príloha 1)

Pestovanie kryštálov je zaujímavý proces, ktorý si však vyžaduje starostlivý a starostlivý prístup k vašej práci. Teoreticky je veľkosť kryštálu, ktorý sa dá takto doma pestovať, neobmedzená. Sú známe prípady, keď nadšenci dostali kryštály takej veľkosti, že ich bolo možné zdvihnúť len s pomocou ich kamarátov.

Ale, bohužiaľ, existujú určité zvláštnosti ich skladovania. Napríklad, ak kryštál kamenca necháte otvorený na suchom vzduchu, postupne stratí obsiahnutú vodu a zmení sa na nenápadný sivý prášok. Aby ste ho ochránili pred zničením, môžete ho pretrieť bezfarebným lakom. Síran meďnatý a kuchynská soľ sú stabilnejšie a môžete s nimi bezpečne pracovať.

Minulý rok sme v 7. ročníku na hodine chémie pri téme „Javy vyskytujúce sa v látkach“ pestovali kryštály, tento experiment mnohým ľuďom nevyšiel. Tento rok som povedal deťom 7. ročníka, ako majú túto úlohu správne vykonať, a toto urobili (pozri prílohu 2).

Záver

Všetky fyzikálne vlastnosti, vďaka čomu sú kryštály tak široko používané, závisia od ich štruktúry - ich priestorovej mriežky.

Spolu s kryštálmi v tuhom stave sú v súčasnosti široko používané tekuté kryštály a v blízkej budúcnosti budeme používať zariadenia postavené na fotonických kryštáloch.

Vybral som najvhodnejší spôsob pestovania kryštálov doma a vypestoval som kryštály soli a síranu meďnatého. Ako kryštály rástli, robil pozorovania a zaznamenával zmeny.

Kryštály sú nádherné, dalo by sa povedať nejaký zázrak, priťahujú vás; Hovoria „muž krištáľovej duše“ o niekom, kto má čistú dušu. Krištáľ znamená žiariť svetlom ako diamant. A ak hovoríme o kryštáloch s filozofickým postojom, potom môžeme povedať, že ide o materiál, ktorý je medzičlánkom medzi živou a neživou hmotou. Kryštály môžu vzniknúť, starnúť a zrútiť sa. Kryštál, keď rastie na semene (na embryu), dedí defekty práve tohto embrya. Ale ak hovoríme celkom vážne, teraz možno nie je možné pomenovať jedinú disciplínu, ani jednu oblasť vedy a techniky, ktorá by sa zaobišla bez kryštálov. Lekári sa zaujímajú o prostredia, v ktorých dochádza ku kryštalizácii obličkových kameňov, a farmaceuti sa zaujímajú o tablety, ktoré sú lisovanými kryštálmi. Absorpcia a rozpúšťanie tabliet závisí od toho, ktorými okrajmi sú tieto mikrokryštály pokryté. Vitamíny, myelínový obal nervov, proteíny a vírusy sú kryštály.

Kryštál má zázračné vlastnosti, plní rôzne funkcie. Tieto vlastnosti sú vlastné jeho štruktúre, ktorá má trojrozmernú mriežkovú štruktúru. Kryštalografia nie je nová veda. M.V. Lomonosov stojí pri jeho počiatkoch. Pestovanie kryštálov bolo možné vďaka štúdiu mineralogických údajov o tvorbe kryštálov v prírodných podmienkach. Štúdiom povahy kryštálov určili zloženie, z ktorého vyrástli a podmienky ich rastu. A teraz sa tieto procesy napodobňujú, čím sa získavajú kryštály so špecifikovanými vlastnosťami. Na výrobe kryštálov sa podieľajú chemici a fyzici. Ak prvé vyvíjajú technológiu rastu, druhé určujú ich vlastnosti. Dajú sa odlíšiť umelé kryštály od prírodných? Napríklad umelý diamant má stále nižšiu kvalitu ako prírodný diamant, vrátane lesku. Umelé diamanty nevyvolávajú šperkársku radosť, no na využitie v technike sa celkom hodia a v tomto zmysle sú na rovnakej úrovni s prírodnými. Drzí pestovatelia (tzv. chemici, ktorí pestujú umelé kryštály) sa opäť naučili pestovať tie najjemnejšie kryštalické ihličky s extrémne vysokou pevnosťou. To sa dosiahne manipuláciou s chémiou média, teplotou, tlakom a vystavením niektorým ďalším dodatočným podmienkam. A to už je celé umenie, kreativita, majstrovstvo - presné vedy tu nepomôžu.

Téma „Kryštály“ je relevantná a ak sa do nej ponoríte a ponoríte sa hlbšie, bude to zaujímať každého, dá odpovede na mnohé otázky, a čo je najdôležitejšie - neobmedzené používanie kryštálov. Kryštály sú vo svojej podstate tajomné a také výnimočné, že som vo svojej práci iba povedal malá časťčo je známe o kryštáloch a ich súčasných aplikáciách. Môže sa stať, že kryštalický stav hmoty je krokom, ktorý spojil anorganický svet so svetom živej hmoty. Budúcnosť najnovšie technológie patrí medzi kryštály a kryštalické agregáty!

Na základe môjho výskumu som dospel k nasledujúcim záverom: závery:

• Umelo pestované kryštály sa používajú v najrôznejších oblastiach: medicína, rádiotechnika, konštrukcia lietadiel, optika a mnoho ďalších.
• Obdobie na získanie umelých kryštálov je oveľa kratšie ako proces ich prirodzenej tvorby. Vďaka tomu sú prístupnejšie na použitie.
• Kryštály si môžete vypestovať doma aj za krátky čas.

Bibliografia

1. Chémia. Úvodný kurz. 7. ročník: výchovný. Benefit / O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov, A.K. Akhlebinin. – 6. vyd., M.: Drop, 2011.
2. Chémia. 7. ročník: pracovný zošit pre učebnica O.S. Gabrielyan a kol., „Chémia. Úvodný kurz. 7. trieda“/ O.S. Gabrielyan, G.A. Shipareva. – 3. vyd., - M.: Drop, 2011.
3. Landau L.D., Kitaygorodsky A.I. Fyzika pre každého, kniha 2. Molekuly. - M., 1978.
4. Encyklopedický slovník mladého chemika. / Comp. V.A. Kritsman, V. V. Stanzo.-M., 1982.
5. Encyklopédia pre deti. Zväzok 4. Geológia. / Comp. S.T. Ismailova.-M., 1995.
6. Internetové zdroje:

http://www.krugosvet.ru – Encyklopédia po celom svete.

http://ru.wikipedia.org/ - Wikipedia encyklopédia.

http://www.kristallikov.net/page6.html - ako pestovať kryštál.

Príloha 1.

Pozorovací denník

Dodatok 2

Kryštály pestované žiakmi siedmeho ročníka

Popisy snímok:

Aplikácie kryštálov
Dekorácie
Objektívy
Pripravené semeno

Cieľ
: určiť hlavné oblasti použitia umelých kryštálov a experimentálne otestovať možnosť pestovania kryštálov kuchynskej soli a síranu meďnatého bez použitia špeciálneho zariadenia.
Úlohy:

Zbierajte materiál o kryštáloch a ich vlastnostiach.
Vykonajte experimenty s pestovaním kryštálov síranu meďnatého a stolovej soli.
Systematizovať materiál o kryštáloch: fyzikálne vlastnosti kryštálov a ich aplikácie.
Vytvorte prezentáciu „Kryštály a ich aplikácie“.
2. Vytesňovanie kovov z roztokov solí pomocou aktívnejších kovov.
Roztok sa nechal prejsť cez filter
Ďakujem za tvoju pozornosť
Hlavné aplikácie umelých kryštálov
Absolvoval žiak 8. ročníka
Fetisov Nikolay
Dozorca
Sizočenko
A.I. ,
Učiteľ fyziky
Mestské stredné školstvo
Založenie
„Základné všeobecné vzdelanie
Škola č. 24"
Novokuzneck, 2014
závery
Umelo pestované kryštály sa používajú v rôznych oblastiach: medicína, rádiotechnika,
auto-lietadlo
štruktúra, optika a mnohé iné.
Obdobie na získanie umelých kryštálov je oveľa kratšie ako proces ich prirodzenej tvorby. Vďaka tomu sú prístupnejšie na použitie.
Kryštály si môžete vypestovať doma aj za krátky čas.
Metódy pestovania kryštálov
Metóda
Czochralski
- téglik
metóda:
roztopiť
látka, z ktorej
má kryštalizovať
kamene sú umiestnené v ohňovzdornom
téglik
vyrobené zo žiaruvzdorného kovu (platina, ródium,
irídium
, molybdén alebo volfrám) a zahreje sa
vysoká frekvencia
induktor.
(drahokamy: rubíny)
Hlinený téglik
Pestovanie kryštálov doma
Metóda 1
: Pomalé ochladzovanie nasýteného roztoku
Príprava presýteného roztoku
Polykryštály
Monokryštály
Kryštály pestované žiakmi siedmeho ročníka
Tekuté kryštály
Kryštály
- tieto sú pevné
látky,

mať prirodzené
vonkajšia forma
pravidelné symetrické mnohosteny
, založené
na
ich vnútorné
štruktúru
Polovodičové diódy, tranzistory, solárne panely
Metóda 2:
Postupné odstraňovanie vody z nasýteného roztoku

IN
V tomto prípade platí, že čím pomalšie sa voda odstraňuje, tým lepší je výsledok.

Musíte opustiť plavidlo
s tabuľkovým riešením
soľ,
zakryte ho listom papiera a zalejte vodou
odparuje
pomaly, ale prach sa do roztoku nedostane
hity.

Crystal
Ukázalo sa to veľké, ale beztvaré - amorfné.

Aplikácie kryštálov vo vede a technike Aplikácie kryštálov vo vede a technike sú také početné a rôznorodé, že je ťažké ich vymenovať.

Diamant Najtvrdší a najvzácnejší prírodný minerál, diamant. Dnes je diamant predovšetkým pracovným kameňom, nie dekoračným kameňom.

Vďaka svojej výnimočnej tvrdosti hrá diamant obrovskú úlohu v technológii. Diamantové píly sa používajú na rezanie kameňov. Diamantová píla je veľký (až 2 metre v priemere) rotujúci oceľový kotúč, na okrajoch ktorého sú vytvorené rezy alebo zárezy. Do týchto rezov sa vtiera jemný diamantový prášok zmiešaný s nejakou lepiacou látkou. Takýto disk, ktorý sa otáča vysokou rýchlosťou, rýchlo rozreže akýkoľvek kameň.

Diamant má obrovský význam pri vŕtaní hornín a pri banských prácach. Diamantové hroty sa vkladajú do gravírovacích nástrojov, deliacich strojov, prístrojov na skúšanie tvrdosti a vrtákov do kameňa a kovu. Diamantový prášok sa používa na brúsenie a leštenie tvrdých kameňov, kalenej ocele, tvrdých a supertvrdých zliatin. Samotný diamant je možné brúsiť, leštiť a gravírovať iba diamantom. Najkritickejšie časti motorov v automobilovej a leteckej výrobe sa spracovávajú diamantovými frézami a vŕtačkami.

Rubín a zafír patria medzi najkrajšie a najdrahšie drahé kamene. Všetky tieto kamene majú iné kvality, skromnejšie, ale užitočné. Krvavočervený rubín a modrý zafír sú súrodenci, vo všeobecnosti ide o rovnaký minerál korund, oxid hlinitý A 12 O 3. Rozdiel vo farbe vznikol v dôsledku veľmi malých nečistôt v oxide hlinitom: bezvýznamný prídavok chrómu premení bezfarebný korund na krv červený rubín, oxid titaničitý na zafír. Existujú korundy iných farieb. Majú tiež skromného, ​​neopísateľného brata: hnedý, nepriehľadný, jemný korundový šmirgľ, ktorý sa používa na čistenie kovu, z ktorého sa vyrába brúsny papier. Korund so všetkými jeho odrodami je jedným z najtvrdších kameňov na Zemi, najtvrdším po diamante.

Celý hodinársky priemysel beží na umelých rubínoch. V polovodičových továrňach sa najjemnejšie obvody kreslia rubínovými ihlami. V textilnom a chemickom priemysle rubínové vodiče nití ťahajú nite z umelých vlákien, nylonu a nylonu.

Výkonný laserový lúč s obrovským výkonom. Ľahko prepaľuje plech, zvára kovové drôty, prepaľuje kovové rúrky a vŕta najtenšie otvory do tvrdých zliatin a diamantu. Tieto funkcie plní pevný laser, ktorý využíva rubín, granát a neodit. V očnej chirurgii sa najčastejšie používajú neodynové lasery a rubínové lasery. V pozemných systémoch krátkeho dosahu sa často používajú lasery so vstrekovaním arzenidu gália.

Kremeň, ametyst, jaspis, opál, chalcedón sú všetky odrody kremeňa. Malé zrnká kremeňa tvoria piesok.

A najkrajšia, najúžasnejšia odroda kremeňa je horský krištáľ, teda priehľadné kremenné kryštály. Preto sa šošovky, hranoly a ďalšie časti optických prístrojov vyrábajú z priehľadného kremeňa. Elektrické vlastnosti kremeňa sú obzvlášť úžasné. Ak stlačíte alebo roztiahnete kryštál kremeňa, na jeho okrajoch sa objavia elektrické náboje. Toto je piezoelektrický efekt v kryštáloch.

V dnešnej dobe sa ako piezoelektrika používa nielen kremeň, ale aj mnohé iné, hlavne umelo syntetizované látky: syntetická soľ, titaničitan bárnatý, dihydrogenfosforečnany draselné a amónne (KDA a ADR) a mnohé ďalšie. Piezoelektrické kryštály sa široko používajú na reprodukciu, nahrávanie a prenos zvuku.

Existujú aj piezoelektrické metódy na meranie krvného tlaku v ľudských cievach a tlaku štiav v stonkách a kmeňoch rastlín. Piezoelektrickými doskami sa meria napríklad tlak v hlavni delostreleckého dela pri výstrele, tlak v okamihu výbuchu bomby a okamžitý tlak vo valcoch motora pri výbuchu horúcich plynov v nich.

Edektrooptický priemysel je priemysel kryštálov, ktoré nemajú stred symetrie. Toto odvetvie je veľmi veľké a rozmanité; jeho továrne pestujú a spracúvajú stovky druhov kryštálov na použitie v optike, akustike, rádiovej elektronike a laserovej technológii.

Polykryštalický materiál Polaroid našiel svoje využitie aj v technike. Polaroid je tenký priehľadný film, úplne vyplnený drobnými priehľadnými ihličkovitými kryštálmi látky, ktorá dvojlomy a polarizuje svetlo. Všetky kryštály sú umiestnené navzájom paralelne, takže všetky rovnako polarizujú svetlo prechádzajúce cez film. Polaroidné filmy sa používajú v polaroidových okuliaroch. Polaroidy rušia oslnenie odrazeného svetla, čím umožňujú priechod všetkému ostatnému svetlu. Sú nepostrádateľné pre polárnikov, ktorí sa musia neustále pozerať na oslnivý odraz slnečných lúčov z ľadového snehového poľa.

Polaroidové okuliare pomôžu predchádzať kolíziám s protiidúcimi autami, ku ktorým veľmi často dochádza, pretože svetlá protiidúceho auta oslepia vodiča a ten toto auto nevidí. Ak sú predné sklá áut a sklá predných svetiel vyrobených z polaroidu a obe polia roidu sú natočené tak, že ich optické osi sú posunuté, tak čelné sklo neprepustí svetlo svetlometov protiidúceho auta a to „uhasí“.

Kryštály hrali dôležitú úlohu v mnohých technických inováciách 20. storočia. Niektoré kryštály pri deformácii vytvárajú elektrický náboj. Ich prvou významnou aplikáciou bola výroba rádiofrekvenčných oscilátorov stabilizovaných kremennými kryštálmi. Prinútením kremennej platne vibrovať v elektrickom poli vysokofrekvenčného oscilačného obvodu je možné stabilizovať prijímaciu alebo vysielaciu frekvenciu.

Polovodičové súčiastky, ktoré spôsobili revolúciu v elektronike, sa vyrábajú z kryštalických látok, najmä kremíka a germánia. V tomto prípade zohrávajú dôležitú úlohu legujúce nečistoty, ktoré sa zavádzajú do kryštálovej mriežky. Polovodičové diódy sa používajú v počítačoch a komunikačných systémoch, tranzistory nahradili vákuové trubice v rádiovom inžinierstve a solárne panely umiestnené na vonkajšom povrchu kozmickej lode premieňajú slnečnú energiu na elektrickú energiu. Polovodiče sú tiež široko používané v AC-DC meničoch.

Kryštály sa tiež používajú v niektorých maseroch na zosilnenie mikrovlnných vĺn a v laseroch na zosilnenie svetelných vĺn. Kryštály s piezoelektrickými vlastnosťami sa používajú v rádiových prijímačoch a vysielačoch, vo snímacích hlavách a v sonaroch. Niektoré kryštály modulujú svetelné lúče, zatiaľ čo iné generujú svetlo pod vplyvom aplikovaného napätia. Zoznam použití kryštálov je už pomerne dlhý a neustále sa rozrastá.