Qattiq jism
Qattiq holatdagi zarrachalarning odatiy tasviri - ular bir-
biriga mahkam bog’langan.
Qattiq jismda tarkibiy zarralar (ionlar, atomlar yoki molekulalar) bir-biriga yaqin
joylashgan. Zarrachalar orasidagi kuchlar shunchalik kuchliki, zarralar erkin
harakatlana olmaydi, faqat tebranadi. Natijada, qattiq jism barqaror, aniq shakl va
aniq hajmga ega. Qattiq jismlar o'z shakllarini faqat tashqi kuchlar ta'sirida
o'zgartirishi mumkin, masalan, singanda yoki kesilganda. Kristalli qattiq jismlarda
zarrachalar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) muntazam ravishda tartiblangan
bo’ladi va takrorlanuvchi holatda o'raladi. Turli xil kristall tuzilmalar mavjud va bir
xil modda bir nechta tuzilishga (yoki qattiq fazaga) ega bo'lishi mumkin. Masalan,
temir 912 °C (1,674 °F) dan past haroratlarda tanaga yo'naltirilgan kubik tuzilishiga
va 912 °C dan 1,394 °C (2,541 °F) gacha bo'lganda yuzga markazlashtirilgan kub
tuzilishiga ega. Muz turli harorat va bosimlarda mavjud bo'lgan o'n beshta kristalli
tuzilishga yoki o'n besh qattiq fazaga ega.
[1]
Qattiq moddalarni eritish orqali
suyuqliklarga, muzlatish orqali esa suyuqliklarni qattiq moddalarga aylantirish
mumkin. Qattiq moddalar sublimatsiya jarayoni orqali to'g'ridan-to'g'ri gazlarga
aylanishi mumkin va gazlar ham depozitsiya hodisasi orqali to'g'ridan-to'g'ri qattiq
moddalarga aylanishi mumkin.
moddaning shakli turgʻun agregat holati. Bu holatda modda atomlarining issiqlik
harakati ularning muvozanat vaziyatlari atrofida kichik tebranishlaridan iborat
boʻladi. Kristall va amorf qattiq jismlar mavjud. Kristallarda atomlarning muvozanat
vaziyatlari fazoda davriy joylashadi. Amorf jismlarda atomlar tartibsiz joylashgan
nuqtalar atrofida tebranadi. Qattiq jismning turgʻun (eng kichik ichki energiyali)
holati kristall holatdir. Termodinamik nuqtai nazardan amorf jism metaturgʻun
holatda boʻladi va vaqt oʻtishi bilan kristallanishi kerak. Tabiatdagi barcha moddalar
(suyuq geliydan tashqari) atmosfera bosimida va T>0 K trada qotadi. Qattiq jism
xossalarini uning atommolekulyar tuzilishini va zarralari harakatini bilgan holda
tushuntirish mumkin. Qattiq jismning makroskopik xususiyatlari haqidagi
maʼlumotlarni toʻplash va tartiblashtirish 17-asrdan boshlangan. Qattiq jismga
mexanik kuch, yorugʻlik, elektr va magnit maydon va h.k.ning taʼsirini ifodalovchi
bir qator empirik qonunlar ochildi: Guk qonuni (1660), Dyulong va Pti qonuni
(1918), Om qonuni (1826), Videman – Frans qonuni (1835) va boshqalar qattiq jism
atomlar, molekulalar va ionlardan tuziladi. Qattiq jismning tuzilishi atomlar
orasidagi taʼsir kuchiga bogʻliq. Bir xil atomlarning oʻzi turli strukturalarni hosil
qilishi mumkin (kul rang va oq qalay, grafit va olmos va h.k.). Tashqi bosim
yordamida atomlararo masofani oʻzgartirib, qattiq jismning kristall tuzilishini va
xossalarini tubdan oʻzgartirish mumkin. Koʻpgina yarimoʻtkazgichlar bosim ostida
metall holatga oʻtadi (oltingugurt 8 120000 atm. bosimi ostida metallga aylanadi).
Tashqi bosim tufayli 1 atomga toʻgʻri keladigan hajm atomning odatdagi hajmidan
kichik boʻlib qolganda atomlar oʻz indivialligini yoʻqotadi va modsa oʻta siqilgan
elektronyadroviy plazmaga aylanadi. Moddaning bunday holatini oʻrganish,
xususan, yulduzlarning strukturasini tushunish uchun juda muhim. Qattiq jismning
tuzilishi va xossalarining oʻzgarishi (fazaviy oʻtishlar), temperatura oʻzgarganda,
magnit maydon taʼsirida va boshqalar tashqi taʼsirlar natijasida ham yuz berishi
mumkin.
Bogʻlanishlarning turi boʻyicha qattiq jism bir-biridan elektronlarning fazoviy
taqsimoti bilan farq qiladigan 5 sinfga ajraladi: 1) ionli kristallarda (№S1, KS1 va
boshqalar) ionlar orasida asosan elektrostatik tortishish kuchlari taʼsir etadi; 2)
kovalent bogʻlanishli kristallarda (olmos, Oye, 81) qoʻshni atomlarning valent
elektronlari umumiylashgan boʻladi. Kristall ulkan molekulaga oʻxshaydi; 3)
koʻpchilik metallarda bogʻlanish energiyasi harakatlanayotgan elektronlarning ion
asos bilan oʻzaro taʼsiri tufayli hosil boʻladi (metall bogʻlanish); 4) molekulyar
kristallarda molekulalar ularning dinamik qutblanishi tufayli paydo boʻladigan zaif
elektrostatik kuchlar (VanderVaals kuchlari) yordamida bogʻlanadi; 5) vodorod
bogʻlanishli kristallarda vodorodning har bir atomi tortishish kuchlari yordamida bir
vaqgning oʻzvda 2 ta boshqa atom bilan bogʻlanadi. Bogʻlanishlar turi boʻyicha
tasnif shartli boʻlib, koʻpgina moddalarda turli bogʻlanishlarning kombinatsiyasi
kuzatiladi.
Qattiq jismdagi atomlar orasidagi taʼsir kuchlari turlituman boʻlishiga qaramay,
elektrostatik tortishish va itarishish ularning manbai boʻlib xizmat qiladi. Atom va
molekulalardan turgʻun qattiq jismning hosil boʻlishi tortishish kuchlari ~108sm
masofalarda itarishish kuchlari bilan muvozanatlashishini koʻrsatadi. Baʼzi hollarda
atomlarni qattiq sharchalar deb qarash va ularni atom radiuslari bilan ifodalash
mumkin.
Barcha qattiq jism yetarlicha yuqori trada eriydi yoki bugʻlanadi. Bundan faqat
qattiq geliy mustasno: u (bosim ostida) temperatura pasayganda eriydi. Erish
jarayonida jismga berilgan issiqlik atomlararo bogʻlanishlarni uzishga sarflanadi.
Turli tabiatli Qj.ning erish tralari Teturlicha (mas, mol. vodorodniki – 259,1°,
volframniki 3410±20°, grafitniki 4000° dan yuqori). Qattiq jismning mexanik
xususiyatlari u tuzilgan zarralar orasidagi bogʻlanish kuchlari bilan aniqdanadi. Bu
kuchlarning turlituman boʻlishi mexanik xususiyatlarning ham turlicha boʻlishiga
olib keladi: baʼzi bir qattiq jism plastik, boshqalari moʻrt. Odatda, metallar
dielektriklarga nisbatan plastikroq boʻladi. temperatura qoʻtarilishi bilan odatda
plastiklik ortadi. Uncha katta boʻlmagan kuchlanishlarda barcha qattiq jismda elastik
deformatsiya kuzatiladi. Kristallarning mustahkamligi atomlar orasidagi bogʻlanish
kuchlariga muvofiq kelmaydi. 1922-yilda A. F. Ioffe real kristallarning
mustahkamligi pastligini ularning sirtidagi makroskopik defektlarning taʼsiri deb
tushuntirdi (Ioffe effekti). 1933-yilda J. Teylor, E. Orovan (AQSH) va M. Polyani
(Buyuk Britaniya) dislokatsiyashr tushunchasini taʼrifladi. Katta mexanik
kuchlanishlar ostida kristall oʻzini qanday tutishi dislokatsiya va kristall panjaraning
boshqa chiziqli defektlari boryoʻqligiga bogʻliq. Qattiq jismning plastikligi koʻp
hollarda dislokatsiyalarga, mexanik xususiyatlari unga nuqsonlarni kirituvchi yoki
yoʻqotuvchi ishlov berishga bogʻliq boʻladi. 1926-yilda Ya. I. Frenkel real kristallda
panjaraning nuqtaviy defeqtlari (vakansiyalar, tugunlararo atomlar) boʻlishiga
eʼtiborni jalb etdi va ularning qattiq jismdagi diffuziya jarayonlaridagi rolini
koʻrsatdi.
Qattiq jismdagi atomlar va ionlar harakatining tebranish xarakteriga ega boʻlishi
erish temperaturasi T3gacha saqlanadi. Hatto T=Teda ham atomlarning tebranish
amplitudasi atomlararo masofalardan ancha kichik boʻladi, erish esa T>Tzaa
suyuqlikning termodinamik potensiali qattiq jism nikidan kichik boʻlishi tufaylidir.
Kristall panjara dinamikasining nazariyasi 20-asr boshida ishlab chiqildi. U kvant
nazariyasini hisobga oladi. Kristall panjara atomlari tebranma harakatining
kvantlanishi fonon tushunchasiga olib keldi (I.Ye. Tamm, 1929) va qattiq jism
issiqlik xossalarini kvazizarralar – fononlar – gazi xossalari sifatida tavsiflash
imkonini berdi.
Elektron kashf etilishi bilan qattiq jismning elektron nazariyasi rivojlana boshladi.
Nemis fizigi P.Drude (1900) quyidagi farazni ilgari surdi: metallardagi valent
elektronlar atomlar bilan bogʻlanmagan boʻlib, kristall panjarani toʻldiruvchi erkin
elektronlar gazini hosil qiladi va odatdagi siyraklashgan gazga oʻxshab, Boltsman
taksimotita boʻysunadi. Bu modelni golland fizigi X. A. Lorents rivojlantirdi. Bu
nazariya metallarning bir qancha xossalarini tushuntirib berdi. Biroq uning asosida
hisoblab topilgan issiqlik sigʻimidagi elektronlarning hissasi tajribadan keskin farq
qildi. Metallardagi elektron gazni tavsiflashda kvant mexanika va kvant statistika
uslublari (Fermi – Dirak taqsimoti)ni qoʻllash (1927–28, nemis fizigi A.
Zommerfeld; Ya. I. Frenkel) qattiq jismdagi kinetik hodisalar (elektr va issiqlik
oʻtkazuvchanlik, galvanomagnit hodisalar va boshqalar)ning kvant nazariyasini
rivojlantirish uchun asos yaratdi. T=0 da metalldagi elektronlarning maʼlum bir
maksimal sath (Fermi energiyasi) gacha boʻlgan barcha energiya sathlari toʻlgan
boʻladi. temperatura ortganda elektronlarning ozgina qismigina bu sathsan
yuqoriroq sathlarga oʻtadi. Bu hol A. Zommerfeldga (1927) metallar issiqlik
sigʻimiga elektronlarning hissasi kichik boʻlishini tushuntirish imkonini berdi.
Kristall panjara davriy maydonining elektronlar xarakatiga taʼsiriga kvant mexanika
nuqtai nazaridan qarash elektronning kristalldagi harakatini tushuntirishga va qattiq
jismning zamonaviy nazariyasi asosi boʻlgan zonalar nazariyasiga olib keldi.
1931-yilda ingliz fizigi A. Vilson turli elektr xossalarga ega boʻlgan qattiq
jismlarning mavjud boʻlishi energetik zonalarning T=0 da elektronlar bilan toʻlish
xarakteriga bogʻliq boʻlishini koʻrsatdi. Agar hamma zonalar elektronlar bilan
toʻlgan yoki boʻsh boʻlsa, bunday jismlar elektr tokini oʻtkazmaydi, yaʼni dielektrik,
elektronlarga qisman toʻlgan zonalarga ega qattiq jism metall boʻladi.
Yarimoʻtkazgichlar dielektriklardan shu bilan farq qiladiki, ularning oxirgi toʻlgan
(valent) zonasi bilan birinchi boʻsh zonasi (oʻtkazuvchanlik zonasi) orasidagi
taqiqlangan zonaning kengligi kichik boʻladi. Kristallarda defekt yoki
aralashmaning boʻlishi taqiqlangan zonada qoʻshimcha energetik sathlarning paydo
boʻlishiga olib keladi. Valent zonasi va oʻtkazuvchanlik zonasi juda kam tutashgan
qattiq jism yarimmetallar deb ataladi. Tirqishsiz yarimoʻtkazgichlar ham boʻladi;
ularning oʻtkazuvchanlik zonasi valent zonaga tegib turadi. Metallarda Fermi sathi
taqiqlanmagan zonada, yarimoʻtkazgichlarda Fermi sathi taqiqlangan zonada
joylashadi. Tirqishsiz yarimoʻtkazgichlardaFermi sathi valent zonasini
oʻtkazuvchanlik zonasidan ajratuvchi chegara bilan mos tushadi. Elektron
oʻtkazuvchanlik zonasiga oʻtganda valent zonada boʻsh oʻrin – kovak hosil boʻladi.
Oʻtkazuvchanlik elektronlari va kovaklar yarimoʻtkazgichlardagi zaryad
tashuvchilardir.
Muz kristall qattiq holatdagi suvdir. Tarkibidagi havo miqdoriga qarab qarab
shaffof yoki oqish-koʻkish boʻlishi mumkin. Normal atmosfera bosimida suyuq suv
muz fazasiga 0 °C (273.15 °K, 32 °F) haroratda oʻtadi. Baʼzan suv gaz holatdan
toʻgʻridan-toʻgʻri muzga aylanishi mumkin (qirov).
Muz — qattiq holatdagi suv. M. asli shaffof, rangsiz, faqat katta xajmdagisi
moviyroq rangda. Qor va qirov ham aslida M. dan iborat. Erish temperaturasi — 0°.
M.ning 0°dagi zichligi 0,9168 g/sm³, yaʼni suvnikidan kamroq, shuning uchun suvda
choʻkmaydi. M.ning molekulyar tuzilishi boʻshliqlarni vujudga keltiradi va shu
tufayli uning zichligi kam. 0° dagi M.ning erish issikligi 79,4 kal/g, sublimatsiya
issikligi (qattiq holatdan toʻgʻridan-toʻgʻri bugʻga aylanishi) 677 kal/g, issiklik
sigʻimi 0,487 kal/g. Toza M. elektr oʻtkazmaydi. M. plastik massa, temperatura
pasaygan sari pla-stikligi kamayadi. Yuqori bosim taʼsirida (2000 atm dan boshlab)
M.ning yangi krisgalli xillari vujudga keladi. Tabiatdagi M. suvga nisbatan ancha
toza boʻladi, chunki M.da moddalar (1MN4Gʻdan tashqari) juda yomon eriydi. M.
tarkibida mexanik aralashmalar — qattiq zarralar, konsentratsiyalashgan
eritmalarning tomchilari, gaz pu-fakchalari boʻlishi mumkin. Tuz kristallchalari va
namakob tomchilari tufayli dengiz muzi shoʻrroq boʻladi. Yer sharida M.ning
umumiy zaxirasi 30 mln. km³ chamasida. Quyosh sistemasidagi sayyoralar va
kometalarda ham M. borligi toʻgʻrisida maʼlumotlar mavjud. Yer sharidagi M.ning
aksari qismi qutbiy oʻlkalarda, asosan, Antarktidada toʻplangan (bu yerda M.ning
qalinligi 4 km ga yetadi). Oʻrta Osiyo togʻlarining dengiz sathidan 3000 m dan
baland joylarida muzliklar bor. Tekisliklarda esa qish sovuq kelgan paytlarda daryo
va boshqa suv havzalarida paydo boʻladi. Ana shunday paytlarda, mas, Sirdaryo
quyilish joyidan boshlab 2000 km masofada M. bilan qoplanadi.
M.ning baʼzi xossalari boshqa moddalar xossalaridan keskin farq qiladi: bu esa
tabiat jarayonlarida muhim rol oʻynaydi. M. suvga nisbatan yengil boʻlganidan suv
yuzidagi M.lar daryolarni va boshqa suv havzalarini tubigacha muzlab qolishdan
saqlaydi. M. (0,45) va xususan qorning (0,95) yorugʻlikni qaytarish xossasi katta
boʻlganidan M. va qor bilan qoplangan hudud (har ikkala yarim shardagi yuqori va
oʻrta kengliklarda yiliga oʻrta hisobda 72 mln. km² maydonni M. va qor qoplab
yotadi) quyoshdan meʼyordagidan 65% kam issik,lik oladi va yer shari yuzasini
sovitib turadigan kuchli manba hisoblanadi: hozirgi iqlim zonalari koʻp jihatdan ana
shu manbaga bogʻliq.
Atmosfera, suv ichi va ustidagi, yer yuzasidagi va Yer poʻstidagi M. oʻsimlik hamda
hayvonlarning yashash sharoiti va xayot faoliyatiga taʼsir qiladi. M. bir qancha tabiiy
ofatlarni keltirib chiqaradi (uchuvchi apparatlar, kemalar, inshootlar, temir yoʻl va
tuproqning muzlashi, doʻl urish, qor boʻronlari, qor bosishi, dare oʻzaniga muz
tiqilib qolib toshqin boʻlishi, ekinlarni sovuq urishi va h.k.). Bunday zararli
hodisalarni oldindan aytib berish, ularga qarshi kurashish va M.dan turli
maqsadlarda foydalanish (dalalarda qorni tutib qolish, muzdan kechuvlar, izotermik
omborxonalar yasash, omborlarning yuzini qoplash va h.k.), gidrometeorologik va
muhandisliktexnik bilimlarning, maxsus xizmatlar (muz razvedkasi, qor
koʻchkilarini koʻchirish, doʻlga qarshi kurash ishlari)ning vazifasidir. Sport
musobaqalari oʻtkazish maqsadida sunʼiy yaxmalaklar ishlanadi. Tabiiy M.dan oziq-
ovqat mahsulotlarini, biologik va tibbiy preparatlarini saklash hamda muzlatishda
foydalaniladi.M.larning yigʻindisi Yerning uzlukli poʻsti — kriosferani xrsil qiladi,
ularning eng koʻp soni muzliklar shaklida mavjud. M.ni oʻrganish bilan
glyasiologiya, geokriologiya, qisman gidrologiya, meteorologiya va iqlimshunoslik
fanlari shu-gʻullanadi.
[1]
Tabiatda muz qor, doʻl, qirov, aysberg kabi koʻrinishlarda tarqalgan.
| 