Kristall va amorf qattiq jismlar

Kristall va amorf qattiq jismlar. “Qattiq jismlarning xossalari” mavzusini muvaffaqiyatli o‘tish uchun nafaqat o‘quv materialini tanlash, balki uni o‘qitishning ratsional izchilligini ta’minlash ham muhimdir. Bayon etishning eng qulay tartibini quyidagicha hisoblash mumkin: Kristall va amorf qattiq jismlarning asosiy xususiyatlari, kristallarning tuzilishi, qattiq jismlarning xossalarini ularning tuzilishiga asoslanib tushuntirish, kristallarning tartibli tuzilishining sabablarini aytish lozim. Bunday variantda o‘quvchilar eng avval qattiq jismlarning tuzilishi nazariyasini tushuntirib berishi lozim bo‘lgan eksperimental ma’lumotlarni bilib oladilar. So‘ngra ular kristallarning ichki tuzilishi tartibli ekanligining eksperimental isbotlari bilan tanishadilarki, bu kristallarning xossalarini tushuntirib berish imkonini beradi. Nihoyat, o‘quvchilarga kristallar tuzilishining tartibli ekanligining sababi tushuntiriladi. qattiq jismlarning xossalarini o‘rganish shu bilan tugamaydi. qattiq jismlarning tuzilishi haqida egallangan bilimlardan kelgusi darslarda kristallar xossalarining turlichaligi- sabablarini tushuntirish uchun, shuningdek, qattiq jismlardagi deformatsiyalar mexanizmini hamda mexanik xossalarni boshqarishning fizik asoslarini aniqlab olishda foydalaniladi.
Kristallar simmetriyasi, ya’ni ularning alohida to‘xtalib o‘tish lozim. Bu kristallarning nafaqat shaklida, balki tuzilishida ham, shuningdek, deyarli barcha xossalarida namoyon bo‘luvchi eng xarakterli xususiyatlaridan biri ekanligini ta’kidlab o‘tish lozim. O‘quvchilar geometriya darslarida kristallar simmetriyasining turli ko‘rinishlari bilan tanishishlari tufayli buni oson tushunadilar. Ularning onglarida kristallning simmetrikligi, tashqi ko‘rinishining muntazam ekanligi bilan bir xil taassurot tug‘dirishi lozim. O‘quvchilar o‘z uylaridan topishlari mumkin bo‘lgan moddalar kristallarning tashqi ko‘rinishini chizish foydalidir.
Amorf jismlarga qarshi o‘laroq, kristallar anizatropdir. Turli moddalarda xossalarga nisbatan anizatropiya kuzatiladi. Darsda anizotropiya holatlaridan hech bo‘lmaganda bittasini ko‘rsatish lozim. Buning uchun eng yaxshisi mustahkamlik anizotropiyasini tanlagan ma’qul, chunki u deyarli barcha kristallarda namoyon bo‘ladi. Maktab sharoitida mustahkamlik anizotropiyasini yetarlicha yirik osh tuzi kristallarini o‘shatib yoki slyuda kristallarini yaproq-yaproq qilib ajratib ko‘rsatish mumkin. Agar bu tajribalarni har bir o‘quvchi o‘z stolida amalga oshirish imkoniga ega bo‘lsa, nur ustiga a’lo nur bo‘ladi. Tajribalardan quyidagi xulosa chiqariladi: turli yo‘nalishlarda kristallarning mustahkamligi bir xil emas. Xuddi mana shu kristall xossalari anizotropiyasining namoyon bo‘lishidir.
O‘quvchilarni kristallarning xossalarini bayon qilishda parallel ravishda amorf jismlarning xususiyatlari bilan ham tanishtirish maqsadga muvofiqdir. Amorf qattiq jismlar kristall qattiq jismlardan farqli o‘laroq, muntazam tashqi ko‘rinishga ma’lum erish temperaturasiga hamda anizotropiyaga ega emasliklari tushuntiriladi. Mum, shisha, plastmassa va h.k. lar ham kristallardan tuzilgan bo‘lmasalar-da, qattiq jismlar ekanligini ta’kidlash muhim.
Amorf jismlarning kristall jismlardan asosiy farqi shundaki, ular termodinamik beqarordir. O‘quvchilarni kristall holat-qattiq jismlarning tabiiy va barqaror holati ekanligi bilan tanishtirish uchun ularga vaqt o‘tishi bilan amorf jismlar o‘z-o‘zidan kristall holatga o‘tishlari mumkin ekanligi haqida so‘zlab berih lozim. Misol tariqasida obakidandonning durda bog‘lab qolishi hamda eski shishaning xiralashib qolishi hollari bayon qilinadi. O‘quvchilarning kristall va amorf jismlarning xususiyatlari haqidagi bilimlarini kristall va amorf jismlar o‘rtasidagi, monokristallar va polikristall jismlar va amorf jismlar orasidagi o‘xshashlik tomonlari hamda farqlarning xususiyatlari oydinlashtiriladigan suhbatlar chog‘ida mustahkamlash maqsadga muvofiqdir.
Mexanik xossalarni boshqarish. 1.Zamonaviy texnik-mexanik xossalar elektr, magnit, optik va boshqa xossalar bilan turlicha ravishda muvofiqlashtirilgan pishiq hamda boqiy materiallarga muhtoj. Bunday materiallar yaratish va ularning xossalarini zarur bo‘lgan yo‘nalishda o‘zgartirish uchun real qattiq jismlarda tashqi mexanik yuklanishlar ta’sirida nimalar ro‘y berishini, ya’ni deformatsiyalar hamda buzilishlar mexanizmini-bilish lozim.
Noelastik deformatsiyalar mexanizmi bilan tanishish monokristall deformatsiyasini qarab chiqishdan boshlanadi. O‘quv-chilar noelastik defomatsiyalar jism shakli o‘zgarishi bilan birgalik-da ro‘y berishini biladilar. Binobarin, noelastik deformatsiyalarda zarralar o‘zlarining muvozanat holatlaridan chiqishlariga to‘g‘ri keladi. Biroq jismning butunligining saqlanib qolishi noelastik deformatsiyalanishidan so‘ng atomlar yana muvozanat holatida bo‘lib qolishlaridan dalolat beradi. Agar kristallning atomli qatlamlari (tekisliklari) ning bir-biriga nisbatan siljish yuz bersa, shunday bo‘lishi mumkinligini kristall modellari yordamida ko‘rsatib berish lozim.
O‘zaro ta’sir kuchlari u qadar katta bo‘lmagan atom (qatlamlari) mavjud ekanligi haqidagi ma’lumotlarga suyangan holda monokristallardagi noelastik deformatsiya mexanizmi ma’lum kuchlanishga (oquvchanlik chegarasiga) yetganda siljish-o‘sha tekisliklar bo‘ylab sirpanish yuz berishdan iborat ekanligini tushuntirib berish lozim. Darsda noelastik deformatsiyada atomli kristallarning siljishi qanday yuz berishini tushunib olish foydalidir.
Atomli qatlamlarning barcha zarralari bir vaqtda siljishi uchun lozim bo‘lgan kuchlanish hisoblansa, u real jismlarda noelastik deformatsiya hosil qiladigan kuchlanishdan ko‘p marta katta ekan. Binobarin, sirpanuvchan atomli qatlamlar orasidagi bog‘liqlik siljishi vositasida yuz beradigan deformatsiyada ularning hammasi bir vaqtda qaytadan tuzila olmaydi.
2.Noelastik deformatsiya mexanizmi bilan tanishish natijasida o‘quvchilar, agar qattiq jismda dislokatsiyalar (maxsus siljuvchi difekt) bo‘lsa va bu dislokatsiyalar erkin siljiy olsa, materialning noelastik deformatsiyalanishga qarshiligi ko‘p marta kichik bo‘lishini tushunib oladilar. Bundan kelib chiqadiki, qattiq jismlarning qoldiq deformatsiya paydo bo‘lishga qarshiligini oshirish imkoniyatini beruvchi yo‘llardan biri dislokatsiyalarning siljishini qiyinlashtiruvchi, tormozlovchi har turli tuzilish (nuqsonlar) ni hosil qilishdir.
Kimyo darslarida moddalarning fizik xossalari kimyoviy bog‘lanish tabiatiga bog‘liq ekanligiga qarab chiqilgan. Fizika mashg‘ulotlarida o‘quvchilarga qattiq jismlarning mustahkamligi, plastikligi va ba’zi boshqa xossalari kristallarning nafaqat kimyoviy tarkibi va tuzilishiga, balki real qattiq jismlarda hamisha mavjud bo‘luvchi tuzilish deformatsiyalarining soniga ham bog‘liq bo‘lishi tushuntiriladi. Xuddi mana shuning uchun ham ishlov berish jarayonida kristalldagi nuqsonlarning turi hamda sonini, ya’ni materialning tuzilishini o‘zgartirish mumkin bo‘lmoqda. Noelastik deformatsiyalar mexanizmi haqidagi ma’lumotlarga asoslanib, o‘quvchilarni qattiq jismlarning xossalarini o‘zgartirish imkonini beruvchi ba’zi metodlarning fizik asoslari bilan tanishtirish mumkin. Amalda ko‘pincha, metallning plastik deformatsiya-lanishlarga qarshiligini oshirish zarurati tug‘iladi. Masalan, sof mis elektr tokini yaxshi o‘tkazadi, ammo u juda yumshoq. Bu hol uni konstruksion material sifatida ishlatishni qiyinlashtiradi. O‘quvchi-lar oldiga savol qo‘yiladi: qanday yo‘l bilan misning noelastik deformatsiyalanishlarga qarshiligini oshirish mumkin?
Unga javob berish uchun kristallarning noelastik defor-matsiyalanishga qarshiligini oshirish uchun bu deformatsiyalarning paydo bo‘lish va tarqalish imkoniyatlarini qiyinlashtirish lozim ekanligini eslash kerak. Bu materialning oquvchanlik chegaralari va mustahkamligining ortishiga olib keladi. Metallning fizik xususiyatlarini uning kimyoviy tarkibini o‘zgartirish hisobiga o‘zgartirishdan erigan holatdagi ma’lum elementlarni aralashtirib berilgan xususiyatlarga ega bo‘lgan materiallar olishda, ya’ni qotishmalar hosil qilishda foydalaniladi. O‘quvchilarni qotishmalarning mexanik xususiyatlari ularning kimyoviy tarkibiga bog‘liqligini namoyish qiluvchi ba’zi miqdoriy ma’lumotlar bilan tanishtirish maqsadga muvofiqdir. Masalan, temirga 0,0001 % uglerod qo‘shish uning oquvchanlik chegarasini ikki marta orttiradi.
3.Texnikada deyarli hamisha polikristall materiallar qo‘llaniladi. Shuning uchun o‘quvchilarning qattiq jismlarning xossalari haqidagi bilimlarini shakllantirishdagi navbatdagi bosqichning vazifasi materiallar kristallardagi noelastik defor-matsiyalanishlarning o‘ziga xos xususiyatlari bilan tanishtirishdir. Bu esa metallarga ishlov berishda ularning tuzilishini o‘zgarishi bilan bog‘liq bo‘lgan ba’zi bir usullarning fizik asoslarini aniqlashga imkon beradi. Darsda bayon qilishni quyidagi savol bilan boshlash mumkin: Nima uchun ayni bir moddaning polikristallari odatda xuddi o‘sha moddaning monokristallariga qaraganda kamroq noelastik bo‘ladi? Misol tariqasida, hatto tugun solib bog‘lash mumkin bo‘lgan darajada noelastik bo‘lgan qalay monokristallari hamda noelastikligi 40 % dan ortmaydigan polikristall qalay haqida so‘zlab beriladi.
Polikristallardagi noelastik deformatsiyalar mexanizmini bilish metallning mustahkamlanish qobiliyati kabi muhim xususiyatining sababini tushinib olishga imkon beradi. Parchinlash, ya’ni metallni sovuq ishlov berib mustahkamlash bilan o‘quvchilar maktab ustaxonasidagi ishlarda tanishganlar. Fizika darslarida mustahkamlanishni noelastik deformatsiyalash jarayonida metalldagi dislokatsiyalar soni ortishi, kristall panjaraning buzilishi hamda metall zarralarining maydalanishi bilan tushuntirish mumkin. Buning natijasida dislokatsiyalarning siljuvchanligi kamayadi va noelastik deformatsiyalanish qiyinlashadi. Darsda qattiq jismning mustahkamligini qarab chiqa turib, jismning buzilishi uchun unda kattaligi atomlararo o‘zaro ta’sir kuchlari bilan aniqlanuvchi, chegaraviy mustahkamlikka mos keluvchi kuchlanish hosil qilinishi lozim ekanligini eslash foydalidir.