31 Тамыз 2014, 08:40
ҚАТТЫ ДЕНЕ – заттың агрегаттық күйі; пішінінің орнықтылығымен және атомдарының жылулық қозғалыс әсерінен тепе-теңдік қалпының маңында мардымсыз аз тербелістер жасайтындығымен сипатталады. Атомдарының орналасу сипатына қарай Қ. д-лер кристалдар және аморф денелерге бөлінеді. Кристалдар атомдары кеңістікте белгілі бір тәртіппен орналасады. Сондықтан оның қасиеттерінде кеңістіктік периодтылық байқалады. Аморфтық денелерде атомдар бей-берекет орналасқан нүктелердің төңірегінде тербеліп тұрады. Қ. д-лердің орнықты күйі (минималь ішкі энергиясы бар) кристалдық күй болып табылады. Ал аморф денелер, термодинамика тұрғысынан, әрқашан белгілі бір метастабильді күйде (уақытша тепе-тең) тұрады. Ол уақыт өткен сайын кристалдана бастайды. Табиғаттағы барлық заттар (сұйық гелийден басқасы) атмосф. қысым кезінде Т>0 К темп-рада қатаяды. Қ. д-лердің құрылымы қатаю процесінің өту ерекшелігіне, балқыманың құрылымы мен табиғатына байланысты анықталады. Қ. д. қасиеттерінің табиғатын кванттық теория негізінде ғана толық түсінуге болады. Кристалдардың кванттық теориясы аморф денелердің кванттық теориясына қарағанда толығырақ зерттелген. Қ. д. қасиеттерін оның атомдық-молек. құрылысы, атомдық (атомдар, иондар, молекулалар) және субатомдық (электрондар, атомдық ядролар) бөлшектерінің қозғалыс заңдары арқылы түсіндіруге болады. Қ. д-лердің (металдардың, минералдардың, т.б.) макроскопиялық қасиеттері туралы деректерді жинақтау мен жүйелеу 17 ғ-да басталды. Қ. д-лерге әсер ететін мех. күштерді, жарықты, электр және магнит өрістерін, т.б. сипаттайтын бірнеше эмпирикалық заңдар (Гук заңы (1660), Дюлонг және Пти заңы (1819), Ом заңы (1826), Видеман–Франц заңы (1853), т.б.) ашылды.
Қатты денедегі атомдар. Атом аралық байланыстар. Атомдар, молекулалар немесе иондар Қ. д-нің құрылымдық бірліктері қызметін атқарады. Қ. д-нің кристалдық құрылымы атомдық бөлшектер арасындағы әсер етуші күштерге тәуелді. Сыртқы қысым көмегімен атомдар аралығындағы ара қашықтықты өзгерте отырып, Қ. д-нің кристалдық құрылымы мен қасиеттерін айтарлықтай өзгертуге болады. Сонымен қатар Қ. д-нің құрылымы мен қасиеттері темп-раның өзгерісіне, магнит өрісінің әсеріне, басқа да сыртқы әсерлерге байланысты өзгереді. Байланыстарының түрі бойынша Қ. д. 5 класқа бөлі-
неді (иондық, атомдық, металдық, молекулалық, сутектік). Иондық кристалдарда (NaCl, KСl, т.б.) электрондар бір атомнан екінші атомға өтіп, иондар түзеді. Иондар арасындағы негізгі өзара әрекеттесу күші – электрстатик. тартылыс күштері болып табылады. Ковалентті байланыстағы кристалдарда (алмаз, Ge, Sі) көршілес атомдардың валенттік электрондары ортақтастырылып, нәтижесінде электрондық тығыздығы жоғарылайды және оның белгілі бір бағыты болады. Мыс., алмаздың құрылымы осы байланысқа жатады. Мұндағы кристалл аса ірі молекуланы елестетеді. Металдық кристалдарда (Cu, Al, Na) еркін өткізгіштік электрондар байланыс энергиясын тудырады: металды электрондық сұйыққа батырылған оң иондардан тұратын тор деп қарастыруға болады. Барлық металл кристалдары негізінен металдық байланыстың нәтижесінде пайда болады. Осымен қатар кейбір металдар үшін (вольфрам, темір, қалайы, марганец, т.б.) коваленттік байланыста маңызды болып табылады. Молекулалық кристалдарда молекулалардың динамик. поляризациялануы салдарынан молекулалар әлсіз электрстатик. күштермен (Ван-дер-Ваальс күштерімен) байланысады (қ. Молекула аралық өзара әсер). Сутектік байланысты кристалдарда [H2O (мұз), HF] сутегінің әрбір атомы тартылыс күші әсерінен бір мезгілде басқа екі атоммен байланысады. Бұл байланыс су молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесудің маңызды түрі. Ол су молекулаларының дипольдық моменттерінің электрстатик. тартылысымен бірге су мен мұздың қасиеттерін қалыптастырады. Қ. д-ні байланыстар бойынша классификациялау шартты нәрсе, себебі көптеген заттарда байланыстың бірнеше түрлі комбинациялары байқалады (қ. Кристаллохимия). Қ. д-дегі атомдық бөлшектердің арасындағы әсер етуші күштер әр түрлі болғанымен, олардың негізгі көзі электрстатик. тартылыс және тебіліс күштері болып табылады. Өзара әсерлесу күштері туралы білім Қ. д-нің күй теңдеуін алуға мүмкіндік береді. Барлық Қ. д-лер жоғары темп-рада балқиды немесе кебеді (қатты гелийден басқасы; қатты гелий қысымның күшімен темп-ра төмендегенде балқиды). Балқу процесінде денеге берілетін жылу атомдар арасындағы байланысты үзуге жұмсалады. Қ. д-нің балқу темп-расы (Тб) табиғатына байланысты әр түрлі болады (молекулалық сутек үшін –259,1С, вольфрам үшін –341020С, графит үшін 4000С-ден жоғары).
Қ. д-нің механикалық қасиеттері. Қ. д. мех. қасиеттері оның сыртқы мех. әсерлерге реакциясын сипаттайды: сығу, созу, бұрау, соққы, т.б. Қ. д. мех. қасиеттері оның құрылымдық бөлшектердің арасында әсер ететін байланыс күштерімен анықталады. Бұл күштердің әр түрлі болуы мех. қасиеттердің де әр түрлі болуына әкеледі: Қ. д-лердің бірі майысқыш болса, басқалары – морт келеді. Әдетте, металдар диэлектриктерге қарағанда майысуға икемді. Түсірілген күш шамасы азырақ болатын кездерде барлық денелерде кернеу мен деформация арасында сызықтық байланыс орнайды (Гук заңы). Кристалдардың беріктігі атомдар арасындағы байланыс күштеріне тәуелді болмайды.
Қ. д-дегі электрондар. Электрон ашылғаннан бастап Қ. д-нің (әсіресе, металдардың) электрондық теориясы дами бастады. 1900 ж. неміс физигі П. Друде (1836 – 1906) металдардағы валенттік электрондар атомдармен байланыспай, кристалдық торды құрайтын еркін газ электрондарын түзеді деген болжам жасады. Голландия физигі Х. А. Лоренц (1853 – 1928) бұл моделді әрі қарай жетілдірді (1904 – 05). Лоренц сыртқы электр өрісі электрондарды бағытталған қозғалысқа түсіріп, нәтижесінде электр тогы пайда болатындығын ашты. Қ. д-нің электрлік (электр өткізгіштік, пьезоэлектрлік, сегнетоэлектрлік), магниттік, оптик. және кейбір жылулық қасиеттері, негізінен валенттік электрондардың қозғалу сипатына байланысты анықталады.
Магниттік қасиеттері. Өздерінің магниттік қасиеттері бойынша Қ. д-лер диамагнетиктерге, парамагнетиктерге және ферромагнетиктерге бөлінеді. Диамагнетиктерде сыртқы магнит өрісі әлсірейді, парамагнетиктерде керісінше – күшейеді. Бірақ бұл екі эффект те – әлсіз болып табылады. Ферромагнетиктердің диамагнетиктер мен парамагнетиктерден басты айырмашылығы, олардың өздері сыртқы магнит өрісін тудыра алуында. Мыс., темір сыртқы магнит өрісін мыңдаған есе күшейте алады. Қ. д-нің магниттік қасиеттері тек кванттық теорияда ғана толық түсінік тапты. Қазақстанда Қ. д. физикасы саласынан алғашқы жұмыстар 1960 жылдан Қазақстан ҒА-ның ядр. физика ин-тында, 1967 жылдан ҚазҰУ-де, 1970 жылдардың орта шенінен Қарағанды мемл. ун-ті мен Қазақ ҰТУ-де жүйелі түрде жүргізіліп келеді. Акад. М. И. Корсунскийдің жетекшілігімен иттрий-палладий қатарындағы ауыспалы металдар мен осы элементтер қорытпасының физ. қасиеттері және электрондардың құрылымы зерттелді; электрондарды ұжымдастырылған (коллективтендірілген), локальды байланыстырғыш және түйіндік электрондар тобына жіктейтін модель жасалды. Осы модель арқылы көптеген эмиссиялық рентген жолақтарының ерекшеліктерін және ауыспалы металл қабатынан өту кезінде электрондар энергиясының кему спектрін түсіндіруге мүмкіндік туды. ҚазҰУ-нде стехиометрия құрамы маңындағы кобальт-мыс-мырышты ферриттердің электрлік, магниттік және мех. қасиеттері зерттелді (М.Бекболатов). Осы зерттеулердің нәтижесінде телевизия және электрондық өнеркәсіп үшін болашақта қажетті жаңа магниттік материалдар жасалды.
Әдеб.: Займан Дж., Принципы теорий твердого тела, пер. с англ., М., 1974; Давыдов А. С., Теория твердого тела, М., 1976; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978; Каганов М. И., Френкель В. Я., Вехи истории физики твердого тела, М., 1981.
Н. Қойшыбаев
"Қазақ энциклопедиясы"