O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
SAMARQAND DAVLAT UNIVERSITETI
FIZIKA FAKULTETI
“5140200 – FIZIKA” TA’LIM YO’NALISHI
“Umumiy fizika” kafedrasi
Xo’jamberdiyev Fazli Turg’unovich
“ TOG’ MINERALLARINI (MAGNETIT VA XROMIT) TERMOMAGNIT VA TERMIK TAHLIL QILISH”
“5140200 – Fizika” ta’lim yo’nalishi bo’yicha bakalavr
darajasini olish uchun
BITIRUV MALAKAVIY ISHI
Ilmiy rahbar: dots. Shakarov X. O.
Bitiruv malakaviy ish “Umumiy fizika va magnetizm” kafedrasida bajarildi. Ish kafedraning 2017 yil ______ iyundagi majlisida muhokama qilindi va himoyaga tavsiya etildi (______-bayonnoma).
Kafedra mudiri:________________ dots. Rajabov R. M.
Bitiruv malakaviy ish YaDAK ning 2017 yil “____” ___________dagi majlisida himoya qilindi va _________ball bilan baholandi (____-bayonnoma).
YaDAK raisi:_________________
A’zolari:________________
________________
Samarqand - 2017
MUNDARIJA
KIRISH.....................................................................................................................3
I BOB. MAVZUGA OID ADABIYOTLAR SHARHI …..………………..........6
1.1.Temir guruhi metallarining (TGM) elektron tuzilishi……..…………………...6
1.2.Tog’ mineriallari-magnetit hamda xromitning kristall va magnit strukturasi….8
1.3.Paramagnetizmning Van-flek nazariyasi............................................................13
1.4.Toza temirning va temir guruhi metallari asosidagi mineriallarning magnit xossalari…………………………………………………………………………...18
1.5.Tadqiqot muammosining qo’yilishi………….……………………………….21
I-bobga doir xulosalar………………………….………………………………..22
II BOB. TADQIQOT USILI VA QURILMASI……………………………….23
2.1. Magnit qabul qiluvchanlikni o’lchash usullari…………………………….. 23
2.2.Yuqori temperaturalarda magnit qabul qiluvchanlikni o’lchash qurilmasining tuzilishi va ish prinsipi…………………………………………………………...25
2.3. Magnit qabul qiluvchanlikni o’lchash xatoliklari…………………………...33
2.4.Mineriallarni termografik tahlil qilish usuli va qurilmasi……………….….35
II-bobga doir xulosalar………………………………………………………….40
III BOB. TADQIQOT NATIJALARI VA ULARNING MUHOKAMASI….41
3.1.Tog’ minerallari magnetit va xromitning magnit qabul qiluvchanligini yuqori temperaturalarda o’lchash natijalari va ularning muhokamasi……………………41
3.2.Tajriba natijalaridan foydalanib magnetit va xromitning asosiy magnit xarakteristikalarini aniqlash…………………………………………………….…43
3.3. Magnetit va xromitni differensial termik tahlil qilish natijalari…………...…46
III-bobga doir xulosalar…………………………………………………………50
XULOSALAR……………………………………………….………………….51
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO’YXATI……………….………...52
KIRISH
Mavzuning dolzarbligi. Ma’lumki, tog’ jinslari turli xil mineriallardan tashkil topgan. Shu minerallarning magnit xossalari haqida keng tajribaviy malumotlarga ega bo’lish tog’ jinslari magnetizmi muammolaridan biridir. Bunday malumotlar temir sul’fidli rudalarni razvedka qilish jarayoni uchun ham zarurdir. Ikkinchi tomondan, minerallarning fizik xossalarini, shu jumladan magnit xossalarini o’rganishga bo’lgan qiziqish ularning elektron tuzilishining o’ziga xosligi va amalda mineral xom oshyo sifatida keng qo’llanilishi bilan ham bevosita bog’liqdir. Bu minerallar tarkibida 3d- qobiq elektronlari kechikib to’ladigan temir guruhi metallari (TGM) ning mavjud bo’lishi, ularning kinetik, optik, magnit va boshqa fizikaviy va ximiyaviy xossalarining o’ziga xosligiga sabab bo’ladi. Tog’ minerallarning magnit xossalarini o’rganish ilmiy jihatdan ham ahamiyatlidir. Chunki, bu minerallarda amal qiluvchi almashinuv o’zaro ta’sir tabiati xali to’la aniqlanmagan. Ularning o’ziga xos magnit xossalarini 3d-energetik sathlar bilan bog’lab tushuntiradigan yangi nazariy modellar yaratilishi zarur. Ilmiy va amaliy ahamiyatga ega bo’lgan bu masalani xal etish uchun ularning elektron kristall va magnit tuzilishi haqida to’la malumotga ega bo’lish kerak bo’ladi. Hozirgi kunda mavjud bo’lgan bunday malumotlar yetarli emas. Kechikib to’ladigan 3d-elektron qobiqli minerallarning magnit xossalari (qabul qiluvchanligi) shu qobiqlarning elektronlar bilan to’lish darajasini va bu elektronlarning kristall panjara tugunlarida o’troqlashish darajasini bevosita o’ziga aks ettiradi. Bundan tashqari bu minerallar magnit qabul qiluvchanligining temperaturaga bog’lanishi ularning kristall panjarasida yuz beradigan strukturaviy allotropik va magnit fazaviy o’tishlarni xam sezadigan fizik xossalaridan biri hisoblanadi. Bunday fazaviy o’tishlar, odatda, ekzotermik (issiqlik ajraladigan) va endotermik (issiqlik yutiladigan) deb ataladigan issiqlik effektlari bilan bog’liq holda yuz beradi. Bunday fazaviy o’tishlar temperaturalarini (issiqlik effektlarini) differensial termik tahlil (DTT) qilish usuli yordamida mineriallarni tadqiq qilish bilan tajribada aniqlash mumkin. Bugungi kunda minerallarning yuqori temperaturalardagi magnit xossalari va ularning DTTi haqidagi tajribaviy malumotlar yetarli emas. Shulardan kelib chiqib ushbu malakaviy bituruv ishida quyidagi asosiy maqsad qo’yildi.
Tadqiqotning maqsadi: Tog’ jinslari tarkibiga kiradigan mineriallar-magnetit va xromitning magnit qabul qiluvchanligining temperaturaga bog’lanishini[χ(T)] keng yuqori temperaturalarda oralig’ida (20-8500C) o’lchash, ularni DTT qilish va magnit o`lchash natijalaridan foydalanib ularning asosiy magnit xarakteristikalarini aniqlash.
Tadqiqot vazifalari: 1. Mineriallar- magnetit va xromitning magnit qabul qiluvchanligini 20-850°C temperaturalar oralig’ida (paramagnit holatda) o’lchash, [magneto termik tahlil (MTT) qilish] va o’lchash natijalarni tahlil qilish;
2. Tekshiriladigan mineriallarning tajribaviy χ-1(T) bog’lanishlaridan foydalanib ularning asosiy magnit xarakteristikalari-paramagnit Kyuri temperaturasi (), Kyuri-Veyss doimiysi (C) va ximiyaviy formula birligiga to’g’ri keluvchi magnit momenti () ni aniqlash;
3. O’rganiladigan mineriallarni DTT qilish va shu DTTning egri chizig’idan foydalanib, ularda yuz beradigan fazaviy o’tishlarning temperaturalarini aniqlash, hamda DTT va MTT o’rtasidagi bog’lanishni aniqlash;
4. Olingan natijalarini chuqur tahlil qilib tegishli xulosalar chiqarish.
Tadqiqot obyekti: Tog’ mineriallari-magnetit va xromit.
Tadqiqot pretmeti: Tog’ mineriallari-magnetit va xromitning  bog’lanishi, bu bog’lanishdan aniqlanadigan asosiy magnit xarateristkalar ( p, C,  ) va temperatura o’zgarishi bilan yuz beradigan fazaviy o’tishlar.
Tadqiqod usuli: Magnit qabul qiluvchanlikni o’lchashning Faradey usuli,  bog’lanishga ishlov berishning eng kichik kvadratlar usuli (EKKU) va fazaviy o’tish temperaturasini aniqlashning MTT usuli.
Ilmiy yangilik: 1. Tog’ mineriallari - magnetit va xromitning  bog’lanishlari ularning paramagnit holatida, ya’ni yuqori temperaturalar oralig’ida (20-8500C) birinchi marta o’lchandi va DTT qilindi.
2. Mineriallar-magnetit va xromitning tajribaviy bog’lanish grafiklaridan foydalanib ularning asosiy magnit xarakteristikalari (,C, ) aniqlandi.
Tadqiqot natijalarining ilmiy va amaliy ahamiyati: Ushbu bitiruv malakaviy ishida olingan natijalar tog’ jinslarida uchraydigan minerallarning paramagnit holati, ularda amal qiladigan almashinuv o’zaro ta’sir nazariyalarini yuqori temperaturalarda takomillashtirishda va mineriallarning DTT natijalari haqidagi malumotlarni boyitishda va yangi magnit materiallari yaratishda qo’llaniladi.
Himoya qilinadi: 1. Tog’ mineriallari-magnetit va xromitning bog’lanishlarini yuqori temperaturalar oralig’ida (20-850°C) o’lchash va ularni DTT qilish natijalari;
2. Namunalarning tajribaviy  bog’lanishlaridan foydalanib, ularning asosiy magnit xarakteristikalarini (,C,  ) aniqlash natijalari.
Bitiruv ishining tuzilishi va hajmi. Malakaviy bitiruv ishi kirish, uchta bob, xulosalar va 38 ta nomdagi foydalanilgan adabiyotlar ro’yxatidan tashkil topgan bo’lib, 55 - bet lotin alifbosida bosma shaklda bayon qilingan. Uning mazmuni 15 ta rasm va 7 ta jadval yordamida ko’rgazmali bayon qilingan.
I BOB. MAVZUGA OID ADABIYOTLAR SHARHI
Ushbu bobda bitiruv malakaviy ishi mavzusiga tegishli bo’lgan ilmiy adabiyotlarga qisqacha sharh beriladi.
1.1.Temir guruhi metallarining (TGM) elektron tuzilishi
Kechikib to`ladigan elektron qobig`larga (3d,4d,5d,6d,4f,5f) ega bo`lgan atomlardan tashkil topgan metallar o`tkazuvchan metallar nomi bilan ataladi.
Temir guruhi metallari o’tuvchan metallar sinfiga mansub bo’lib, Mendeleev davriy sistemasidagi skandiydan (Z=21) misgacha (Z=29) bo’lgan metallar kiradi. Ularning erkin atomlarida 3d – elektron qobiq kechikib to’ladi.
TGM atomlarida 3d qobiqgacha bo’lgan barcha qobiqlar elektronlar bilan to’lgan argon (Z=18) atomining elektron konfiguratsiyasiga egadir [1]: 1s22s22p63s23p6. Bu atomlarning tashqi elektron qobiqlari 3dn4s2 qonuniyat bo’yicha to’ladi, bunda n=1dan (Sc, Z=21) n=10 gacha (Cu, Z=29) o’zgaradi.
Temir guruhi atomlaridan kristall panjara hosil bo’lish jarayonida ularning 4s – qobiqlardagi barcha elektronlar va qisman 3d – qobiq elektronlari kristall panjara tugunlari orasidadagi umumlashgan “erkin” elektronlarga aylanadi va ion holatiga o’tgan atomlar panjara tugunlarida joylashadi. Bu metallarning qattiq holatida tugunlarda o’troqlashgan 3d – qobiqning radiusi (r3d) kristall panjara davrining yarmiga (a/2) yaqindir  Shu sababga ko’ra, 3d – elektronlar kristall panjara tugunlarida ,,yalong’och” holatda, ya’ni tashqi ta’sirlardan xususan, kristall panjara elektr maydonidan ekranlashmagan (himoyalanmagan) holatda bo’ladilar. Kristall maydoni ta’sirida 3d-qobiqlardagi elektronlarining orbital mexanik xarakati momenti ma’lum bir yo’nalish bo’ylab (orbital magnit momenti ham) qotib (“muzlab”) qoladi. Shu sababli TGMning magnit xossasini faqat 3d- elektronlarning o’z o’qi atrofidagi aylanma xarakati (spini) xosil qiladi. Demak, 3d-elektronlar uchun to’la orbital mexanik moment kvant soni L=0 bo’ladi. Xundning uchinchi qoidasiga asosan J=S tenglik bajariladi. TGM metallaridan Cr, Mn, Fe, Co va Ni kuchli magnit xossaga (magnit tartiblangan holatga ) ega bo’lgan metallar bo’lib hisoblanadi.
Temir guruhi metallari atomlari va ionlarining elektron tuzilishi haqida asosiy ma’lumotlar 1.1 – jadvalda keltirilgan.
1.1–jadval
TGM atomlari va ionlarining elektron tuzilishi.
|
Z
|
Element
|
Atomlar uchun
|
Ionlar uchun
|
Elektron konfiguratsiya
|
Term
|
Ion
|
Elektron konfiguratsiya
|
S
|
L
|
J
|
Term
|
21
|
Sc
|
3d14S2
|
3D3/2
|
Sc3+
|
3d0
|
0
|
0
|
0
|
1S0
|
22
|
Ti
|
3d24S2
|
3F2
|
Ti3+
|
3d1
|
½
|
2
|
3/2
|
3S3/2
|
23
|
V
|
3d34S2
|
3F3/2
|
V3+
|
3d2
|
1
|
3
|
2
|
3F2
|
24
|
Cr
|
3d54S1
|
7F9
|
Cr3+
|
3d3
|
3/2
|
3
|
3/2
|
3F3/2
|
25
|
Mn
|
3d54S2
3d54S2
|
6S5/2
6S5/2
|
Mn3+
Mn2+
|
3d4
3d5
|
2
5/2
|
2
0
|
0
5/2
|
5D0
6S5/2
|
26
|
Fe
|
3d64S2
3d64S2
|
5D4
5D4
|
Fe3+
Fe2+
|
3d5
3d6
|
5/2
2
|
0
2
|
5/2
4
|
6S5/2
5D4
|
27
|
Co
|
3d74S2
|
4F9/2
|
Co2+
|
3d7
|
3/2
|
3
|
9/2
|
4F9/2
|
28
|
Ni
|
3d84S2
|
3F4
|
Ni2+
|
3d8
|
1
|
3
|
4
|
3F4
|
29
|
Cu
|
3d104S1
3d104S1
|
5S1/2
|
Cu1+
|
3d9
3d10
|
½
0
|
2
0
|
5/2
0
|
2D5/2
1S0
|
1.2. Tog’ mineriallari-magnetit hamda xromitning kristall va magnit strukturasi
Kristall struktura. Magnetit va xromit minerallari shpinellar deb ataladigan minerallar guruhiga kiradi. Shpinellar ROR2O3 – umumiy kimyoviy formulaga ega[2]. Bu formuladagi R o’rnida metallarning ikki valentli kationlari(Mg2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Zn2+), R2 o’rnida esa metallarning uch valentli kationlari(Al3+, Fe3+, Cr3+, Mn3+) joylashishlari mumkin. Sanalgan elementlarning shpinellarning umumiy kimyoviy formulasida ishtirok etishiga bog’liq holda izonorf kristall tuzilishga ega bo’lgan ko’plab tabiiy minerallar uchraydi. Shu jumladan shpinell MgAl2O4 (yoki MgOAl2O3) (magniy alyuminat), magnetit FeOFe2O3, xromit esa FeOCr2O3 kabi kimyoviy formulalarga ega bo’ladi. Shpinell, magnetit va xromit, mos ravishda quyidagi tarkiblarga ega: 28.2% MgO 71.8% Al2O3, 31.03% FeO, 68.97% Fe2O3 (72.4% Fe) va 32.09% FeO, 67.91% Cr2O3.
Shpinellar guruhiga kiruvchi minerallar murakkab krisrall strukturaga (panjaraga) ega. Ularning kristall strukturasi kubik singoniyaga ega bo’lib 1.1-rasmda keltirilgan[2]. Kislorod anionlari( ) yoqlariga markazlashgan kubik
| 