1. Kirish izika

QATIQ JISM

Qattiq jismlar ma’lum shaklga va hajmga ega bo‘lishlari bilan harakterlanadi. Qattiq jismlar bir-biridan ichki tuzilishi jihatidan batamom farq qiluvchi kristall va amorf jismlar ko‘rinishida uchraydi. Lekin hozirgi zamon fizikasida qattiq jism deganda kristall jismlar nazarda tutiladi, amorf jismlar o‘ta qovushqoq suyuqlik sifatida qaraladi.

Qattiq jismlar asosan kristall holatda bo‘ladi. Kristall jismlarda atom yoki molekulalar bir-biriga nisbatan ma’lum bir tartibli vaziyat egallab joylashadi. Buning oqibatida kristallning tashqi ko‘rinishi ma’lum geometrik shaklga ega bo‘ladi.
Agar kristall tarkib topgan zarralarni bir-biriga to‘g‘ri chiziq bilan tutashtirsak, fazoviy yoki kristall panjara deb ataladigan panjara hosil bo‘ladi. Kristallning ayrim zarralari panjarani hosil qilgan chiziqlarning kesishgan nuqtalarida – panjara tugunlarida joylashgan bo‘ladi. Bu zarralar musbat va manfiy ionlar, netral atom va molekulalar bo‘lishi mumkin. Masalan, osh tuzi kristall panjaralarining tugunlarida musbat natriy ( ) va manfiy ( ) ionlari (1-rasm), metall kristallar ( va hakozo) ning panjara tugunlarida metall atomlarining musbat ionlari, olmos, germaniy, kremniy kabi kristallarning panjara tugunlarida neytral atomlar joylashgan bo‘ladi.

1-rasm.

Kristall panjaralarning shakllari turli-tuman bo‘lishi mumkin, lekin ixtiyoriy bo‘lmaydi. Panjarani hosil qilgan elementar yacheykalar bir-biriga zich, hech qanday oraliqsiz joylashishi kerak, bu panjara potensial energiyasining minimum bo‘lishiga to‘g‘ri keladi. Masalan, kubchalar shaklidagi yoki olti yoqli prizmalar shaklidagi yacheykalarni talab qilingandek joylashtirish mumkin (2- a va b- rasm), biroq besh yoqli prizmalar shaklidagi yacheykalarni bunday joylashtirib bo‘lmaydi (2 v –rasm).

a) b) v)
2-rasm.

1890 yilda Ye.S.Fyodorov kristall panjaralarning yacheykalari zich joylashtirish mumkin bo‘lgan barcha shakllarini nazariy hisoblab chiqdi va tabiatda faqat 230 xil kristall panjaralar bo‘lishi mumkin ekanligini aniqladi, bu kristall panjaralar 32 simmetrik sinfni hosil qilar ekan. Kristallarni rentgen nurlari yordamida tekshirishga doir olib borilgan tajribalar kristallar simmetrik joylashib kristall panjaralar hosil qilgan zarralar (atomlar, molekulalar yoki ionlar) dan iborat ekanligini tasdiqladi. Shu bilan birga, ko‘p miqdorli tabiiy va sun’iy kristallarni rentgen strukturaviy tahlil qilish natijasida tabiatda kristall panjaralarning faqat 230 turli ko‘rinishi bor ekanligi aniqlandi, bu Ye.S.Fyodorovning nazariy hisoblariga to‘la muvofiq keladi.

Kristallning eng asosiy xossalaridan biri shundan iboratki, uning fizik xossalari unda tanlab olingan yo‘nalishga bog‘liq, ya’ni kristallning xossalarini harakterlovchi mexanik mustahkamlik, elektr o‘tkazuvchanlik, nur sindirish ko‘rsatkichlari kabi kattaliklar kristall ichida olingan turli yo‘nalishlarda turlicha qiymatga ega bo‘ladi.
Moddalarning fizik xossalarining (mexanik, issiqlik, elektrik, optik va h.k.) turli yo‘nalishlarda turlicha bo‘lishi anizotropiya deb ataladi. Masalan, kristall jismning issiqlikdan kengayish koeffitsiyenti turli yo‘nalishlar uchun turlicha bo‘ladi; turli yo‘nalishlarda kristallarning boshqa xossalari ham turlichadir. Anizotropiya panjara zarralarining turli yo‘nalishlarda turlicha zichlikda joylashganligi bilan tushuntiriladi. Kristall jismlarning hammasi anizotrop jismlardir. Ular aniq erish temperaturasiga ega bo‘ladi.
Tabiatda kristall holat juda ko‘p tarqalgan. Ko‘pchilik qattiq jismlar (minerallar, metallar, o‘simlik tolalari, oqsil moddalar, rezina va hokazo) kristallardir. Biroq hamma jismlarda ham yuqorida ko‘rilgan kristall xossalari ko‘zga yaqqol tashlanavermaydi. Bu jihatdan jismlar ikki guruhga: monokristall jismlar va polikristall jismlarga bo‘linadi. Barcha zarralari bir umumiy fazoviy (kristall) panjaraga joylashadigan jism monokristalldir. Monokristall anizotrop bo‘ladi. Ko‘pchilik minerallar monokristall bo‘ladi. Polikristall bir-biriga nisbatan tartibsiz joylashgan ko‘plab mayda monokristallchalardan tuzilgan jismdir. Shuning uchun polikristallar izotrop, ya’ni barcha yo‘nalishlar bo‘yicha bir xil fizik xossalarga ega bo‘ladi. Metallar polikristall jismlarga misol bo‘la oladi. Biroq metallni monokristall ko‘rinishda ham hosil qilish mumkin, buning uchun erigan metallni sekin sovitish yo‘li bilan metall monokristallini hosil qilish mumkin.
Kristall panjaraning qanday zarralardan tuzilganligiga qarab panjaralar to‘rtta asosiy guruhga bo‘lingan: ionli, atomli, molekulyar va metall panjara.
Ion panjara turli ishorali zaryadlangan ionlardan tuzilgan bo‘lib, panjarada ionlarni elektr kuchlari tutib turadi. Ko‘pchilik kristallar ion panjaralidir.
Atom panjara panjara tugunlarida kimyoviy (valentli) bog‘lanishlar bilan tutib turiladigan neytral atomlardan tuzilgan. Masalan, grafit kristali atom panjaralidir.
Molekulyar panjara – qutbiy (dipol) molekulalaridan tuzilgan bo‘lib, bu molekulalar ham tugunlarda elektr kuchlar bilan tutib turiladi. Biroq qutbiy molekulalarga bu kuchlar ionlarga ta’sir qilganidan kamroq ta’sir qiladi. Shuning uchun molekulyar panjarali moddalar oson deformatsiyalanadi. Ko‘pchilik organik birikmalar (rezina, sellyuloza, parafin va shunga o‘xshash) molekulyar kristall panjarali tuzilgan bo‘ladi.
Metall panjara – erkin elektronlar bilan o‘ralgan metallning musbat ionlaridan tuzilgan. Metall panjaraning ionlarini ana shu elektronlar tutib turadi. Metallar shunday panjarali bo‘ladi. Hozirgi zamon fizikasi kristall jismlarnigina qattiq jism deb hisoblaydi.
Amorf jismlar kristall strukturaga ega bo‘lmaydi, ular o‘zlarining ichki tuzilishlari bo‘yicha suyuqlikka yaqin bo‘lib, suyuqlikdan faqat molekulalar tortishish kuchlarining katta bo‘lishi bilan farq qiladi. Amorf jismlar ularning aniq erish temperaturasiga ega bo‘lmasligi, isitilganda qovushqoqlikning kamayishi natijasida suyuq holatga asta-sekin yumshashish orqali o‘tishi bilan ham kristall jismdan farq qiladi. Shularga asosan, amorf jismni o‘ta sovutilgan suyuqlik deb hisoblash ham mumkin. Amorf jismlarga: shisha, beton, plastmassa, mum, smola, polimerlar va boshqalar kiradi.
Amorf jismlar har doim izotrop xossaga ega bo‘ladi: ularning fizik xossalari hamma yo‘nalishlar bo‘yicha bir xil bo‘ladi. Past temperaturalarda amorf jismlarning xossalari qattiq jismlarnikiga o‘xshab ketadi. Bu holda ular deyarli oqmaydi. Lekin temperatura ortgan sari amorf jismlar asta-sekin yumshab, ularning xossalari suyuqliklarning xossalariga yaqinlasha boradi.
Agar biror amorf jism, masalan, mumni asta-sekin isitib, temperaturaning vaqt bo‘yicha o‘zgarishini tekshirsak, 3-rasmda shtrixlab tasvirlangan egri chiziqni hosil qilamiz.


3-rasm.

Bu grafikdan ko‘rinadiki, amorf jismning suyuq holatga o‘tishida aniq temperaturasi yo‘q. Ammo yumshashish vaqtida temperaturaning o‘sish tezligi ortadi. Amorf jismlar sovitilganda ham asta-sekin oquvchanligini yo‘qotib, qattiq holatga o‘tadi.

Bir jinsli va xossalari bir xil bo‘lgan moda holati uning fazasi deyiladi. Jism qattiq, suyuq va gazsimon fazalarda bo‘lishi mumkin. Moddaning bir fazadan (holatdan) ikkinchi fazaga (holatga) o‘tishi fazaviy o‘tish deyiladi. Masalan, qattiq jismning erishi va suyuq jismning qotishi, suyuqlikning bug‘lanishi va bug‘ning kondensatsiyalanishi fazaviy o‘tishga misol bo‘ladi. Jismning bir fazadan ikkinchisiga o‘tishi aniq bir temperaturada sodir bo‘ladi.
Jismning qattiq fazadan suyuq fazaga o‘tishi erish deyiladi. Kristall jismlar tashqi bosim o‘zgarmaganda tayinli bir temperaturada eriydi. Mazkur kristall erigan temperatura shu kristallning erish temperaturasi deyiladi. Kristall jism batamom erib tugamaguncha temperatura o‘zgarmaydi.
Biror kristall jismga vaqt birligi ichida bir xil issiqlik miqdori berilib borilganda uning suyuq fazaga o‘tish jarayoni grafik ravishda siniq chiziq tarzida ifodalanadi (3-rasm).
Jismga issiqlik miqdori bera boshlasak, erish temperaturasiga yetguncha uning temperaturasi oshib boradi ( kesma), issiqlik berishni davom ettirsak, batamom erib tugamaguncha uning temperaturasi o‘zgarmaydi ( kesma), navbatdagi berilgan issiqlik miqdori suyuq fazadagi jismning temperaturasini ko‘tarishga sarflanadi ( kesma). Masalan, biror suvli idishga muz solib issiq xonaga olib kirib qo‘ysak, suv ichidagi muz batamom erib tugamaguncha sistemaning temperaturasi o‘zgarmaydi. Bunda tashqaridan berilgan issiqlik miqdori muzni eritish uchun sarflanadi.
Kristall jismlarning erish vaqtidagi sarflangan issiqlik miqdori kristall panjaraning buzilishiga sarf bo‘ladi. Kristall jismlar qaysi temperaturada erisa, shu temperaturada qotadi.
E

rish temperaturasidagi kristall moddaning birlik massasini eritish uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori solishtirma erish issiqligi deyiladi va u quyidagi formula bilan aniqlanadi:

, (1)
bu yerda - erish temperaturasida olingan massali kristall jismni eritish uchun sarflangan issiqlik miqdori

- erish issiqligi, - solishtirma erish issiqligi.
SI sistemasida hisobida o‘lchanadi.
Solishtirma erish issiqligining kattaligi kristallarning xossalariga va tashqi bosimga bog‘liq.
Jismlar eriganda tashqaridan issiqlik miqdori olsa, kristallanishda tashqariga issiqlik miqdori chiqaradi. Kristallanishda chiqarilgan issiqlik miqdori erish issiqligiga teng.