Kristal qəfəs

Kristal qəfəs bərk maddədə atomların, ionların və ya molekulların üçölçülü fəzada müəyyən qayda ilə təkrarlanan düzülüşünü ifadə edən quruluş modelidir. Kristal maddələrin fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri onların tərkibindəki hissəciklərin növündən və kristal qəfəsdə necə yerləşməsindən asılıdır. Duz, almaz, kvars və bir çox metal kristal quruluşa malik maddələrə nümunədir.

Kristal qəfəs nədir?

Kristal qəfəs kristalın daxilindəki hissəciklərin nizamlı və periodik yerləşməsini təsvir edir. Bu quruluş bir istiqamətdə deyil, üç ölçüdə davam edən təkrarlanan sistemdir.

Kristalın quruluşunu anlamaq üçün adətən ən kiçik təkrarlanan struktur elementi olan elementar qəfəsdən istifadə edilir. Elementar qəfəs bütün kristal quruluşunun həndəsi modelini göstərən əsas vahiddir.

Elementar qəfəs

Elementar qəfəs kristal quruluşunun fəzada təkrar olunaraq bütöv kristalı yaratdığı ən kiçik həcm vahididir. Onun ölçüləri və bucaqları qəfəs parametrləri ilə xarakterizə olunur.

Elementar qəfəsin daxilində atomlar, ionlar və ya molekullar müəyyən mövqelərdə yerləşir. Bu quruluşun təkrarlanması nəticəsində makroskopik ölçüdə kristal əmələ gəlir.

Kristal sistemlər

Kristallar həndəsi xüsusiyyətlərinə görə yeddi əsas kristal sistemə bölünür: kubik, tetragonal, ortorombik, monoklin, triklin, heksagonal və triqonal sistemlər.

Bu sistemlər elementar qəfəsin kənarlarının uzunluğu və onlar arasındakı bucaqlar əsasında fərqləndirilir. Kristal sistemin növü maddənin xarici kristal formasına və bəzi fiziki xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər.

Brave qəfəsləri

Üçölçülü kristal quruluşların həndəsi təsvirində 14 əsas Brave qəfəsi mövcuddur. Bu qəfəslər yeddi kristal sistemi daxilində mümkün olan müxtəlif periodik düzülüşləri göstərir.

Brave qəfəsləri kristalloqrafiyada maddələrin strukturunun sistemləşdirilməsi üçün istifadə olunan əsas anlayışlardan biridir.

İon kristal qəfəsi

İon kristallarında qəfəs müsbət və mənfi yüklü ionlardan ibarətdir. Natrium xlorid bu quruluşun ən tanınmış nümunələrindən biridir.

Əks işarəli ionlar arasındakı elektrostatik cazibə kristalı bir yerdə saxlayır. İon kristalları adətən yüksək ərimə temperaturuna malik olur və bərk halda elektrik cərəyanını zəif keçirirlər. Əridildikdə və ya uyğun məhlulda ionların hərəkət edə bilməsi elektrik keçiriciliyinə imkan verir.

Atom və ya kovalent kristal qəfəsi

Kovalent kristallarda atomlar bir-biri ilə güclü kovalent rabitələrlə birləşərək böyük üçölçülü şəbəkə yaradır.

Almaz bunun klassik nümunəsidir. Almazda hər karbon atomu digər karbon atomları ilə möhkəm kovalent rabitələr yaradır. Bu quruluş almazın yüksək sərtliyinin əsas səbəblərindən biridir.

Kvarsda da silisium və oksigen atomları geniş kovalent şəbəkə quruluşu əmələ gətirir.

Molekulyar kristal qəfəs

Molekulyar kristallarda qəfəs düyünlərində ayrı-ayrı molekullar yerləşir. Bu molekullar arasında hidrogen rabitəsi, dipol qarşılıqlı təsirləri və Van der Vaals qüvvələri kimi molekullararası qüvvələr fəaliyyət göstərə bilər.

Buz molekulyar kristala nümunədir. Onun quruluşunda su molekulları hidrogen rabitələri vasitəsilə nizamlı şəbəkə yaradır.

Metal kristal qəfəsi

Metallarda atomlar nizamlı kristal quruluşda yerləşir və valent elektronlarının bir hissəsi bütün struktur boyunca sərbəst hərəkət edə bilir.

Bu elektron quruluş metalların elektrik və istilik keçiriciliyinin əsas səbəblərindən biridir. Metalların döyülə bilməsi və plastiklik xüsusiyyətləri də onların atom quruluşu və metal rabitəsi ilə əlaqədardır.

Kristal qəfəs və maddənin xüsusiyyətləri

Kristal quruluş maddənin sərtliyinə, sıxlığına, ərimə temperaturuna, istilik keçiriciliyinə, elektrik xüsusiyyətlərinə və optik davranışına təsir edə bilər.

Eyni kimyəvi element fərqli kristal quruluşlarda fərqli xüsusiyyətlər göstərə bilər. Buna allotropiya deyilir. Məsələn, karbon həm almaz, həm də qrafit formasında mövcud ola bilər.

Almazda karbon atomları üçölçülü möhkəm şəbəkə yaradır. Qrafitdə isə atomlar təbəqələr şəklində düzülür. Bu struktur fərqi onların fiziki xüsusiyyətlərinin ciddi şəkildə fərqlənməsinə səbəb olur.

Kristal qəfəsdə qüsurlar

Real kristallar həmişə ideal quruluşa malik olmur. Onların daxilində müxtəlif kristal qüsurları mövcud ola bilər.

Bəzi qəfəs mövqelərində atomun olmaması vakansiya adlanır. Kristala başqa növ atomun daxil olması və ya atomların normal mövqelərindən fərqli yerlərdə yerləşməsi də struktur qüsurlarına səbəb ola bilər.

Bu qüsurlar materialın möhkəmliyinə, elektrik keçiriciliyinə, rənginə və digər xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər.

Kristal quruluş necə müəyyən edilir?

Kristal quruluşların öyrənilməsində rentgen şüalarının difraksiyası geniş istifadə olunur. Kristala yönəldilən rentgen şüaları atom müstəviləri ilə qarşılıqlı təsir edərək xarakterik difraksiya mənzərəsi yaradır.

Bu məlumatların təhlili ilə kristaldakı atomların yerləşməsi, qəfəs parametrləri və maddənin kristal quruluşu müəyyən edilə bilər.

Elektron və neytron difraksiyası kimi üsullar da müxtəlif materialların kristal quruluşlarının öyrənilməsində istifadə olunur.

Kristal qəfəsin elm və texnikada əhəmiyyəti

Kristal qəfəs haqqında məlumat materialşünaslıq, fizika, kimya, mineralogiya, elektronika və metallurgiyada mühüm əhəmiyyət daşıyır.

Yarımkeçiricilərin, metalların, keramikanın və digər texnoloji materialların xüsusiyyətlərinin idarə olunması üçün onların kristal quruluşunun öyrənilməsi vacibdir.

Kristal qəfəsin quruluşu materialın necə davranacağını anlamağa və müəyyən texniki məqsədlər üçün uyğun materialların hazırlanmasına imkan verir.