Czym różnią się między sobą stany skupienia:

- uporządkowaniem, odległościami między cząsteczkami

- ruchem cząsteczek

- wielkością siły między cząsteczkami i energii wewnętrznej.

WNIOSEK: Aby każda cząsteczka mogła mieć minimalną energię

otoczenie każdej cząsteczki musi być identyczne.

Kryształ - uporządkowany geometrycznie, stabilny układ

atomów, jonów lub molekuł.

Baza atomowa: zespół atomów przyporządkowanych węzłowi sieci przestrzennej (atomy zawarte w komórce prymitywnej).

Sieć Bravais'go -

�� Nieskończona sieć punktów przestrzeni takich, że otoczenie każdego punktu jest

identyczne

�� Nieskończona sieć punktów przestrzeni otrzymanych wskutek przesunięcia jednego

punktu o wszystkie możliwe wektory typu:

Gdzie liczby n są liczbami całkowitymi, a wektory a, b i c są to tzw. wektory prymitywne

(trzy najkrótsze wektory, nie leżące w jednej płaszczyźnie, tworzące daną sieć - jak wersory

na osiach układu współrzędnych)

�� Baza atomowa - Grupa atomów przyporządkowana każdemu punktowi (węzłowi) sieci

Bravais'go.

�� Komórka prymitywna - NAJMNIEJSZA bryła geometryczna (zazwyczaj wielościan) , która po translacjach o wszystkie możliwe kombinacje wektorów prymitywnych (wszystkie możliwe wektory translacji) wypełni całą przestrzeń bez dziur i nakładania się.

�� Komórka elementarna - Bryła geometryczna (zazwyczaj wielościan) , która po translacjach o niektóre kombinacje wektorów prymitywnych (niektóre wektory translacji) wypełni całą przestrzeń bez dziur i nakładania się. Najczęściej wybiera się je tak, aby odzwierciedlały symetrię kryształu.

Motyw: podstawowa część symetrycznego wzoru, która po wielokrotnym zastosowaniu przekształcenia symetrii, utworzy cały wzór.

Operacja symetrii : przekształcenie, które w działaniu na motyw utworzy cały wzór.

Element symetrii: punkty, osie lub płaszczyzny symetrii.

Symetria kryształu

Zamknięte (punktowe) operacje symetrii (minimum jeden punkt przestrzeni nie porusza się wskutek zastosowania zamkniętej operacji symetrii):

• Obroty i obroty inwersyjne (1,2,3,4 lub 6-krotne);

• Inwersja (symetria środkowa);

• Odbicie (symetria przez płaszczyznę);

Otwarte operacje symetrii (nie ma stałego punktu):

• Translacja;

• Obrót śrubowy;

• Poślizg;

Sieć odwtrotna to zbiór wektorów falowych dla których odpowiednie fale płaskie mają okresowość sieci krystalicznej.

informacje, które można

otrzymać na podstawie badań dyfrakcyjnych

• Odległości międzyplaszczyznowe,

• Skład fazowy materiałów polikrystalicznych,

• Parametry komórki elementarnej;

• Kształt i symetria komórki elementarnej;

• Tekstura;

• Naprężenia wewnętrzne i wielkość ziarna krystalicznego;

• Skład i grubość cienkich warstw;

• Typ centrowania komórki elementarnej;

• Położenie atomów w komórce elementarnej;

• Orientacja monokryształu;

• Rozszerzalność cieplna i przemiany fazowe (w przypadku badań w funkcji temperatury).

BADANIA RENTGENOWSKIE KRYSZTAŁU:

W zależności od tego, czy próbka jest mono- czy polikrystaliczna,

stosuje się różne przyrządy i metody badań.

- Monokryształy: metoda Lauego i metoda obracanego kryształu.

- Polikryształy: pomiar za pomocą kamery Debye'a Scherrera lub dyfraktometru

Rentgenowskiego.

Rodzaje defektów:

• Punktowe (wakanse, atomy międzywęzłowe, domieszki),

• Liniowe (dyslokacje krawędziowe i śrubowe),

• Powierzchniowe (granice międzyziarnowe, mikropęknięcia),

• Objętościowe (puste miejsca, wtrącenia obcych faz).

WAKANS

Wakans: brak atomu w węźle sieci krystalicznej.

Powoduje odkształcenie sieci krystalicznej w

najbliższym otoczeniu wakansu.

Powoduje zmniejszenie gęstości kryształu.

DOMIESZKI

Domieszka: obcy atom w węźle sieci

krystalicznej.

Również powoduje odkształcenie sieci

krystalicznej w swoim najbliższym otoczeniu.

ATOMY MIĘDZYWĘZŁOWE:

Atom międzywęzłowy: albo rodzimy, albo

obcy atom w położeniu międzywęzłowym.

Również powoduje odkształcenie sieci

krystalicznej w swoim najbliższym otoczeniu.

POŁOŻENIA MIĘDZYWĘZŁOWE:

Położenia międzywęzłowe (luka międzywęzłowa) - Położenia pomiędzy ``normalnymi'' atomami i jonami w krysztale w których inny atom lub jon może się znajdować. Zazwyczaj, rozmiar położenia międzywęzłowego jest mniejszy niż wprowadzony jon

lub atom.

• Luka sześcienna - Atom międzywęzłowy ma liczbę

koordynacyjną osiem.

• Luka oktaedryczna - Atom międzywęzłowy ma liczbę

koordynacyjną sześć.

• Luka tetraedryczna - Atom międzywęzłowy ma liczbę

koordynacyjną cztery.

IM WYŻSZA TEMPERATURA, TYM WIĘCEJ DEFEKTÓW PUNKTOWYCH.

Wpływ defektów punktowych na właściwości fizyczne kryształów:

• Właściwości elektryczne (za sprawą wakansów, atomów międzywęzłowych);

• Kolor (za sprawą domieszek).

Właściwości elektryczne.

Defekty mogą wpłynąć w dwojaki sposób na przewodnictwo elektryczne:

I. mogą zmniejszyć przewodnictwo metalu (zwiększyć

jego opór)

II mogą zwiększyć przewodnictwo:

1. mogą zwiększyć przewodnictwo elektronowe (w półprzewodnikach, czyli materiałach kowalencyjnych);

2. mogą zwiększyć przewodnictwo jonowe (w materiałach jonowych);

Przewodnictwo w krysztale jonowym zachodzi wskutek dyfuzji jonów (WNIOSEK: defekty są niezbędne).

Wpływ defektów liniowych na właściwości fizyczne kryształów:

Stabilna cząsteczka - energia minimalna:

Energia = 0 → atomy ze sobą nie oddziałują

Energia < 0 → atomy się przyciągają i utworzyły stabilny układ (zysk energetyczny)

Energia > 0 → atomy się odpychają.

Stabilna cząsteczka - siła=0:

Siła = 0 → atomy są w położeniach równowagowych (albo związane ze sobą, albo daleko od siebie)

Siła < 0 → atomy się

przyciągają

Siła > 0 → atomy się odpychają

Energia jonizacji atomu - energia potrzebna aby oddalić elektron od atomu

lub cząsteczki (Ej ). Zawsze dodatnia.

Powinowactwo elektronowe

• Energia, która się wydzieli wskutek dołączenia

elektronu do atomu lub molekuły. (EA )

• Może być dodatnia lub ujemna.

Elektroujemność

• Elektroujemność jest miarą zdolności atomu do

przyciągania elektronów. Istnieje wiele definicji. Np.

(Ej + EA )/2.

Podstawowe cechy charakteryzujące wiązania w ciele stałym:

• Długość wiązania.

• Kąty między wiązaniami.

• Energia. Precyzyjniej: energia spójności kryształu.

• Kierunkowośc wiązań.

WIĄZANIE JONOWE

• Przeniesienie elektronów z jednego atomu na drugi (jonizacja);

• Powstają JONY o zamkniętych powłokach;

• JONY mając przeciwne znaki przyciągają się.

• WIĄZANIE POWSTANIE JEŚLI ZYSK ENERGETYCZNY Z PRZYCIĄGANIA COULOMBA PRZEWYŻSZY ENERGIĘ POTRZEBNĄ DO JONIZACJI ATOMÓW.

Własności wiązania jonowego

1. Związki jonowe tworzą się pomiędzy atomami o małej energii jonizacji (grupa I) a atomami o dużym powinowactwie elektronowym (grupa VII);

2. Duża energia spójności (→temperatura topnienia);

3. Ładunek skupiony jest w centrum jonów, nie ma ładunku między jonami;

4. Wiązanie bezkierunkowe;

5. Nie wszystkie struktury krystaliczne są możliwe.

Własnosci wiazania kowalencyjnego:

1. Wiązanie tworzą:

a) pierwiastki niemetaliczne z wyjątkiem gazów szlachetnych (C, Si, Ge);

b) Cząsteczki chemiczne (Cl2, H2,..);

c) Cząsteczki złożone z różnych ale o podobnej elektroujemności pierwiastków (HCl, AsGa, związki organiczne);

2. Kryształy są twarde i kruche;

3. Wiązanie jest silne;

4. Wysoka temperatura topnienia;

5. Wiązanie kierunkowe;

6. Najczęściej spotykane struktury krystaliczne: struktura diamentu;

7. Mała gęstość upakowania i liczba koordynacyjna;

8. W obszarze pomiędzy atomami jest duza koncentracja ładunku. Ładunek jest związany (Izolatory lub półprzewodniki).

Właściwości wiązania metalicznego:

1. Wiązanie jest bezkierunkowe. Im więcej

elektronów uczestniczy w tworzeniu wiązania, tym

lepiej.

2. Duża gęstość upakowania;

3. Metale krystalizują najczęściej w następujących

strukturach krystalicznych (fcc, bcc, hcp).

4. niezbyt silne wiązanie (UWAGA: wolfram);

5. duże przewodnictwo elektryczne i cieplne;

6. łatwo można wytworzyć dyslokacje, co ma wpływ

na właściwości mechaniczne.

5

---