Fizika-texnika fakulteti

I BOB. Qattiq jismlar optik xarakteristikasi
1.1 Qattiq jismlar haqida ma’lumot
Qattiq jismlar ma’lum bir shaklga va hajmga ega bo’lishlari bilan xarakterlanadi. Qattiq jismlar bir-biridan ichki tuzilishi jihatidan farq qiluvchi kristall va amorf jismlar ko’rinishida uchraydi. Lekin hozirgi zamon fizikasida qattiq jism deganda kristall jismlar nazarda tutiladi, amorf jismlar o’ta qovushoq suyuqlik sifatida qaraladi. Gazlar qanday idishga solinishidan qat’iy nazar idishning butun hajmi bo’yicha taqsimlanib idish hajmini butunlay egallaydi. Suyuliklar esa gazlar kabi idishning hajmi bo’yicha taqsimlanmasdan solingan idishning shaklini egallab ma’lum hajmigina egallaydi. Qattiq jismlar esa gaz va suyuqliklardan aniq geometrik shaklga ega bo’lishi bilan tamomila farq qiladi.
Moddalarning qatti holadi faqat molekulalarining bir-birlari bilan juda kuchli bog’langanligi bilangina emas ,balki doimiy hajmi va shaklini (kristallar) saqlanishi bilan ham xarakterlanadi.
Qattiq jismlar turli xususiyatlariga asoslanib ikki turga, kristall va amorf jismlarga ajraladi. Kristall jismlarning asosiy xususiyati shundan iboratki, uning ba’zi fizik xossalari unda tanlab olingan yo’nalishga bog’liq, ya’ni kristallning xossalarini xarakterlovchi mexanik mustahkamlik, elektr o’tkazuvchanlik, nur sindirish ko’rsatkichlari, yorug’lik, issiqlik tarqalish tezligi kabi kattaliklar kristall ichida olingan turli yo’nalishlarda turlicha qiymatga ega bo’ladi. Moddalarning fizik xossalarining (mexanik, optik, elektrik va boshqalar) turli yo’nalishlarda turlicha bo’lishi anizotropiya deb ataladi. Barcha yo’nalishlarning teng kuchliligi izotroplik, teng kuchli emasligi anizotroplik deyiladi. Amorf jismlar esa izotropdir. Shuningdek, gazlar va ko’plab suyuqliklar ham izotrop moddalarga kiradi. Kristallarning anizotropligiga sabab zarralarning (atomlarning, molekulalar, ionlar) fazoviy panjara hosil qilib batartib joylashganligidir. Kristall jismlarning hammasi anizotrop jismlardir. Ular aniq erish temperaturasiga ega bo’ladi. Har uchala yo’nalish bo’yicha ham zarralar joylashuvining davriy ravishda takrorlanishi bilan xarakterlanuvchi tuzilish kristall panjara deyiladi.Zarralar joylashgan nuqta, aniqrog’i atrofida zarralar tebranma harakat qiladigan nuqta kristall panjaraning tuguni deyiladi.

a-rasm b-rasm

Panjara tugunida yakka atomlar (a-rasm) atomlar yoki ionlar guruhi (b-rasm ) ham bo’lishi mumkin. Masalan, osh tuzi kristall panjaralarining tugunlarida musbat natriy(Na) va manfiy xlor (Cl) ionlari, metal kristallar (Cu, Fe, Al va hokazo)ning panjara tugunlarida metal atomlarining musbat ionlari joylashgan bo’ladi. Kristall panjaralarning shakllari turli-tuman bo’lishi mumkin, lekin ixtiyoriy bo’lmaydi. 1890-yilda rus olimi E.C.Fyo’dorov tabiatda faqat 230 xil kristall panjaralar bo’lishi mumkinligini nazariy hisoblab chiqdi. Kristallar ustida olib borilgan ilmiy-tadqiqot ishlarining natijalari Fyo’dorovning nazariy hisoblariga to’la mos keladi. Anizotroplikni tushunish uchun grafit kristalining tuzilishini ko’raylik. Bu kristallda uglerod atomlari bir-biridan ma’lum masofada bo’lgan tekisliklarda joylashgan bo’ladi.

c -rasm. Anizotrop kristallning kristall tuzilishi(grafit kristali).

Bir tekislikda joylashgan atomlar orasidagi masofa tekisliklar orasidagi masofadan kichik va demak, bir tekislikda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlari turli tekisliklarda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlaridan ko’ra katta bo’ladi. Shuning uchun ham grafit kristalini atom tekisliklariga parallel yo’nalishda sindirish oson bo’ladi. Kristall panjara tugunlari o’rni takrorlanishining doimiy xarakterga ega ekanligi, ya’ni uzoq tartibning o’rinliligi kristall jismlarga xos bo’lgan xususiyatdir. Kristall jismlar ikki guruhga bo’linadi: monokristallar va polikristallar.

Zarralari bir xil kristall panjara hosil qiladigan qattiq jismlar monokristallar deyiladi. Monokristallar anizotropdir. Ko’pchilik minerallar monokristall hisoblanadi. Monokristallarning kristall tuzilishi ularning tashqi shaklida ham namoyon bo’ladi. Katta kristallar tabiatda juda kam uchraydi. Lekin sanoatda, fan va texnikada bunday kristallarga ehtiyoj juda katta. Ular radioelekrtonikada, optikada, ayniqsa, zamonaviy elektron hisoblash vositalarini ishlab chiqarishda muhim ahamiyatga ega. Misol uchun yoqut kristali lazer nurlarni hosil qilishda, segneta tuzi kristallari ultratovush tebranishlarini hosil qilishda foydalaniladi. Aynan shuning uchun ham kristall sun’iy ravishda, hatto kosmik kemalarda ham hosil qilinadi. Hozir shu yo’l bilan kvars, olmos uchun maxsus shart-sharoitlar zarur. Masalan, olmos kristalini hosil qilish uchun MPa bosim va 200 temperatura zarur.
Qattiq jismlarning aksariyati polikristallardir. Ular betartib joylashgan kichik kristalchalar-kristallitlar-kichik monokristallardan tashkil topgan bo’ladi. Har bir monokristallcha anizotrop, lekin kristallchalar betartib joylashgan bo’lganligi uchun polikristall jism izotrop bo’ladi. Metallar polikristall jismga misol bo’la oladi. Biroq erigan metallni sekin sovitish bilan metal monokristalini hosil qilish mumkin. Bir xil kimyoviy elementning atomlari turli xil kristall tuzilish hosil qilishi ham mumkin. Masalan, uglerodning o’zi xususiyatlari bir-biridan keskin farq qiladigan qatlamli grafit tuzilishiga va fazoviy olmos tuzilishga ega bo’lishi mumkin. Suvning o’zi besh xil kristall tuzilishga ega bo’lgan muz hosil qiladi. Tarkibi bir xil moddaning turli fizik xossalarga ega bo’lgan har xil kristall tuzilishni hosil qilishi polimorfizm deyiladi.
Panjarasining tugunlarida joylashgan zarralarning tabiati va ular orasidagi o’zaro ta’sir kuchlarining xarakteriga qarab kristallar to’rt turga bo’linadi.