Mavzu: Metallarning ichki tuzilishi.
Rеja:
Kristall panjaraning turlari.
Materiallarning polimorf va allotropiya xususiyatlari.
Haqiqiy kristallarning ichki tuzilishi.
Kristall panjaradagi nuqsonlar.
Nuqtali, chiziqli va sirtqi nuqsonlar.
Foydalanilgan adabiyotlar.
Metallar nisbatan og‘ir, yarqiroq bo‘lib, shaffoflik xususiyati yo‘q. Metallar mustahkam, lekin ularning shaklini bolg‘alab ishlov berish yoki, chig‘irlash orqali o‘zgartirish,shuningdek, eritish va payvandlash mumkin. Metallar yaxshigina elektr va issiqlik o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega. Buning barchasi uchun ular metall bog‘lanishlardan minnatdor bo‘lishlari kerak. Bu bog‘lanishning tabiati shundaki, metallardagi har bir atom, o‘z atrofida ko‘p miqdordagi xuddi o‘zi kabi atomlar bilan o‘ralgan. Ulardan har biri tashqi elektron qavatida oz sondagi elektronlargagina ega bo‘lib, bu elektron qavatlar shunday to‘soladiki, arang tutib turiladigan tashqi elektronlarni biror bir atomga bog‘lashning iloji bo‘lmaydi. Atomlar, to‘g‘rirog‘i ionlar o‘z joyida qolayotgan vaqtda, «elektron gazlari» ionlar orasida erkin harakatlanib, ularni o‘zaro bog‘laydi.
Elektronlarning erkinligi va ularning elektr maydonida harakatlana olishi tufayli, metallar o‘tkazgich xususiyatiga ega bo‘ladi. Erkin elektronlarning tashqaridan tushayotgan yorug‘lik nurlarining katta miqdorini yutishi va qayta akslantirishi tufayli metallar shaffof emas va ular yarqiraydi. Erkin elektronlarning issiqlik energiyasini erkin tashiy olishi tufayli metallar yuqori issiqlik o‘tkazguvchanlik xususiyatiga ega bo‘ladi.
Bu maqolada metalarning elektr, issiqlik o‘tkazuvchanlik, hamda, optik xususiyatlari qaralmaydi. Asosiy e'tibor, ularning mexanik xususiyatlariga qaratiladi.
Metallat har xil bo‘lsa ham, ulardagi metall bog‘lanishlarining tabiati bir xil. U metall atomlarining zich va tartibli joylashgan. Bunday struktura esa, siqilishga qarshilik ko‘rsata turib, unga nisbatan siljishga kamroq qarshilik ko‘rsatadi. Shu tufayli metalllar egiluvchandir. Atomlarning zich joylashuvi, metallarning solishtirma og‘irligining ham asosiy izohidir. Metallarning mexanik xususiyatlari, erkin elektronlarning metall bog‘lanishlarga nisbatan to‘g‘ri keladigan kristall strukturasi tufayli vujudga keladi.
1665-yildayoq Robert Guk kristallar shaklini qatorga tartibli terilgan g‘o‘lachalar tarzida modellashtirgan edi. Lekin faqat oradan 250 yil o‘tibgina uning, o‘sha
paytda fanga ma'lum bo‘lgan metallarning‘ kristall strukturasining aniq modelini yasagani ma'lum bo‘ldi.
Bir necha yuz yilliklar davomida ba'zi murakkab moddalarning kristall strukturaga ega ekanligi ma'lum bo‘lgan bo‘lsa hamki, oddiy metallarning ham kristall panjaradan tarkib tobganligi fakti yaqin vaqtlargacha shubha ostida qolib keldi. Aniq haroratlarda erish va qotish xususiyatlari va darz ketgan sirtlardagi mayda donador strukturalarning ko‘zga tashlanishi, metallar atomlarining kristall tartibidan dalolat berardi, lekin boshqa faktlar, ularning amorf tabiati ham mavjudligi haqida tasavvur uyg‘otar edi: erigan metallar, qotganidan so‘ng quvur shakliga kelib qolardi, qattiq metallarning shaklini ishlov berish orqali o‘zgartirish mumkin edi, metallning sayqallangan sirt yuzasidan esa, u mutloq bir jinslidek tuyulardi.
Metall ichki strukturasining tushunturush uchun kalit 1864 yilda, ingliz Genri Sobri metallarni mikroskopda tadqiq qilishning‘ to‘g‘ri tushayotgan yorug‘lik nurlari orqali emas, balki, akslangan nurlar orqali tekshirish usulini ishlab chiqqanidan keyin topildi. Bundan tashqari, uning omadli tadqiqotlarining asosiy sabablaridan biri bu uning metallning sayqallangan sirtini emas, balki, kuchsiz kimyoviy reagent bilan ishlov berilgan sirtini tekshirgani bo‘ldi. Ba'zi reagentlar, metall atomlari donachalari chegarasi bo‘ylab chuqur o‘yiqlar hosil qilardi, boshqalari esa, bu donachalarning o‘ziga ta'sir ko‘rsatib, ularning mikrostrukturasini ko‘rinadigan holatga keltirgan.
Bu esa, metallni kichik ko‘pqirrali 0.25 mm atrofidagi o‘lchamlarga ega donachalarga ajratuvchi chegaraning noto‘g‘ri panjarasini ko‘rishga imkon berdi.
Aynan bir xildagi yoritilishning o‘zida ba'zi donachalar nisbatan yorqin, boshqalari esa nisbatan xira ko‘rinardi. Yorug‘lik va soyaning taqsimlanishi, yoritish burchagining o‘zgarishiga qarab o‘zgarardi. Bunda, har bir donachaning reagent bilan ishlov berilgan yuzasi, juda kichik va tekis akslantiruvchi bo‘lib, metall sistiga nisbatan og‘ish burchagi turlicha edi. Bundan xulosaga kelindiki, har bir donacha, noto‘g‘ri shakliga qaramay, alohida kristallcha ekan va metallning‘ bo‘lagi ko‘plab shunday kristallardan tuzilgan ekan va ularning har biri turli tomonlarga yo‘nalgan bo‘lib, shu bilan birga umumiy chegaralarga ega edi.
Sorbi tomonidan ixtiro qilingan metalografiya usuli, metall donachalarining o‘lchami va shaklini aniqlash uchun ancha samarador bo‘lib chiqdi. Bu esa metallarning texnik xususiyatlarini tadqiq qilishda, aralashmalarni aniqlashda, va qotishmalarni tadqiq qilishda muhim vosita bo‘lib xizmat qiladi. Lekin, optik metalografiya donachalar qatori chegarasining tuzilishi haqida aniq tasavvur bera olmas edi. Tadqiqotchilar sekin astalik bilan, metallarning erish haroratidan pastroq haroratda sovitilishida qo‘shni donachalar bir biridan iloji boricha ko‘p sondagi atomlarni egallab olishi va shu tufayli, donachalar orasidagi chegara faqat
bir necha atom qalinligi masofasigacha qisqarib, uning ichki kristalografik strukturasining yo‘nalishi bir donachadan boshqa donachaga keskin o‘zgaradi degan fikrga kela boshladilar.
Matеrialdagi bir hil atоmlarning kimyoviy jihatdan farqi bo’lmaganligi uchun ko’p sоndagi atоmlar pоtеnsial enеrgiya eng kam hоlatni egallaydi, ya’ni tugunlarida atоmlar yotgan kristall panjafani hоsil qiladi. Rеal matеriallarning hоssalri kristall panjaraning turlariga bоg’liq bo’ladi.
Kristall jism dеb zarrachalarning jismdagi fazоviy jоylanishning ma’lum bir gеоmеtrik tartibiga aytiladi. Оdatda bunday jоylashish aniq simmеtriyaga ega bo’lish bilan bir qatоrda uch qirrali jismni eslatadi. Kristallar uchta o’lchamda jоylashgan atоmlar tartibi bo’lib muvоzanat sharоitida to’g’ri simmеtriyaga ega bo’lgan ko’p qirrali jismdir. Kristal jismda zarrachalarning ( atоm, iоn yoki mоlеqula) uch o’lchami bo’yicha dоimiy takrоrlanishi (qaytarilishi) natijasida kristall panjara (yoki kristall to’r) hоsil bo’ladi. Kristall panjarada zarrachalarning o’zarо tоrtishish va itarilish muvоzaniti saqlanadi, bunda ichki pоtеnsial enеrgiya ana shu muvоzanatni saqlash uchun kеrak bo’lgan eng kam qiymatgaega bo’ladi. Zarrachalarning kristall jismdagi bunday jоylashish tartibi yuzlab, minglab kristall panjaralar sifatida qaytarilishi mumkin. Elеmеntar kristall panjaralarining qirralari, a,b,s bilan bеlgilanadi va bu ko’rsatkichlar kristall davrini bеlgilaydi yoki qaytarilish vеktоri dеb ham ataladi. Elеmеntar katakchani haraktеri yana kооrdinasiоn sоn, atоmlar jоylashishining zichlik kоeffisеnti dеgan tushinchalga ham bog’liq. Kristall jismlarda Kristal panjaraning turli atоmlarining o’zarо jоylashishiga qarab har hil bo’ladi.
Rasm 1 Kristallik panjara sxemasi.
Ba’zi mеtallar Fe (temir), Ni (nikеl), Zn (ruh), Ti(titan), Ca (kaltsiy) va boshqalar bosim o‘zgarishi bilan bir kristal strukturadan (panjaradan) ikkinchi struktura (panjaraga) o‘tadi. Bu jarayon polimarfizm (allotropiya) hodisasi deb, metallarni har xil sharoitda har xil strukturaga egaligi dilan belgilanadi.
Allоtrоpiya ba’zi kimyoviy elеmеntlar o’zgarmas bоsimda tеmpеraturasi o’zgarganda hоssalari turli bo’lishini anglatadi. Allotropik o‘zgarish vaqtida issiqlik ajralib chiqadi yoki yutiladi. Bir metallni har xil alpotrolik formalarini grek alfaviti bilan belgilanadi (α, β, γ,δ). Tеmirni qizdirish hоsil bo’luvchi mоdirikasiyalar (Feδ, Feα, Feβ ,Feγ) o’ziga hоs kristal panjaralarga, atоmlar arо оraliqlarga va bоshqa ko’rsatkichlarga egaligi sababli hоssalri ham turlicha.
1-jadval
Element
|
Polimorf ko’rinishi
|
Harorat oralih’i, 0C
|
Kristall tuzilishi
|
Fe
|
α
|
0-911 va1392-1539
|
K8
|
β
|
911-1392
|
K12
|
Co
|
α
|
0-450
|
Г12
|
β
|
451-1480
|
K12
|
Si
|
α
|
0-18
|
K6
|
β
|
18-232
|
Т8
|
Ti
|
α
|
0-882
|
Г12
|
β
|
883-1660
|
K8
|
Mn
|
α
|
0-700
|
К6
|
β
|
701-1079
|
К6
|
γ
|
1078-1143
|
Т12
|
δ
|
1144-1244
|
К8
|
Bir qator hollarda temperatura va bosimning o‘zgarishi bilan ayni bir metallning kristallik panjarasi ham o‘zgaradi, ya’ni u qayta kristallanadi.
Rasm 2. Harorat o‘zgarishi bilan kristallik panjaraning o‘zgarishi
Temirning kristall panjarasi hajmi markazlashgan kub bo‘lishi ham, yoqlari markazlashgan kub bo‘lishi ham mumkin. (Rasm2)
Qayta kristallanish vaqtida o‘zgarmas temperaturada issiqlik yutadi, bu qizdirilganda. Sovitilganda esa, nazariy jihatdan olganda, qizdirilgandagi kabi o‘zgarmas temperaturada issiqlik ajralib chiqadi.
|
