Ilmiy rahbar: aytimbetov n. Bajardi: raximboyeva m

a
-rasm b-rasm
P
anjara 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 barcha 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.
1-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. Bu turdagi monokristallar anizotropdir. Ko’pchilik minerallar monokristall hisoblanadi. Monokristallarning kristall bo’lgan tuzilishi ularning tashqi shaklida ham namoyon bo’ladi. Katta kristallar tabiatda juda kam uchraydi. Lekin sanoatda, fan va texnikada bunday kristallarga ehtiyoj juda ham katta. Ular radioelekrtonikada, optikada va 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 [5].
Panjarasining tugunlarida joylashgan zarralarning tabiati va ular orasidagi o’zaro ta’sir kuchlarining xarakteriga qarab kristallar to’rt turga bo’linadi.
Ionli kristallar. Panjarasining tugunlariga qarama-qarshi zaryadli ionlar navbat bilan joylashgan kristallar ionli kristallar deyiladi. Ionlar orasidagi o’zaro ta’sir kuchi, asosan, elektrostatik xarakterga ega. Ionli kristallarga osh tuzi NaCl, seziy xlor CsCl misol bo’ladi.
Atomli kristallar. Panjarasining tugunida kvant-mexanik tabiatdagi kuchlar tutib turadigan neytral atomlar joylashgan bo’ladi. Ular o’rtasida elektr xarakteriga ega bog’lanish ham mavjud. Bu bog’lanish har bir atomdan bittadan elektron juftligi orqali ham amalga oshiriladi. Bunday kristallarga olmos, grafit, germaniy va kremniy misol bo’ladi.
Metalli kristallar. Panjarasining tugunida metalning musbat ionlari joylashgan bo’ladi. Kuchsiz bog’langan valentli elektronlar atomlardan ajraladi va elektron gazini hosil qiladi. Metalli kristallardagi bog’lanish panjara tugunlaridagi musbat zaryadli ionlar va manfiy elektronlar gazi orasidagi tortishish kuchlari yordamida ta’minlanadi. Metalli kristallarga ko’pchilik metallar misol bo’ladi.
Molekulali kristallar. Panjarasining tugunida ma’lum bir xil bo’lgan tartibda yo’naltirilgan molekulalar joylashgan bo’ladi. Ular orasidagi molekulalar o’zaro ta’siriga xos bo’lgan tortishish kuchlari mavjud bo’ladi. Molekulali kristallarga naftalin, paraffin, quruq muz ( ), muz va hokazolar misol bo’ladi.
Suyuq kristallar va ularning qo’llanilishi. Ba’zi bir organik moddalarning shunday holati mavjudki, garchi ular suyuqliklarga xos bo’lgan oquvchanlik xususiyatiga ega bo’lsalar-da, kristallarga xos bo’lgan molekulalarning ma’lum tartibda joylashuviga hamda fizik xossalariga ega bo’ladi. Moddalarning bunday holatiga suyuq kristall holati deyiladi. Odatda suyuq kristallar qattiq kristallarni eritish orqali hosil qilinib, hozirgi paytda ularning bir necha mingdan ortiq turlari ma’lum. Suyuq kristallar elektron hisoblash mashinalari hamda elektron soatlar, mikro kalkulyatorlar, reklama shitlari hamda boshqalarda keng qo’llaniladi. Yupqa ekranli televizorlar va monitorlarda ham ulardan foydalaniladi.
Amorf jismlar. Qattiq jismlarning ikkinchi ko’rinishi amorf jismlardir. Garchi ular qattiq jismlar sifatida qaralsa ham aslida sovitilgan suyuqliklardir. Amorf jismlar kristall strukturaga ega bo’lmaydi, ular o’zlarining ichki tuzilishlari bo’yicha suyuqlikka yaqin bo’lib, suyuqliklardan faqatgina molekulalar o’rtacha oralig’ining kichikligi bilan va shu tufayli molekulalar tortishish kuchlarining katta bo’lishi bilan farq qiladi. Amorf jismlar ularning aniq erish temperaturaga ega bo’lmasligi, isitilganda qovushoqlikning kamayishi natijasida suyuq holatga asta-sekin yumshash orqali o’tishi bilan ham kristall jismdan farq qiladi. Agar amorf jismning biror atomini markaziy atom sifatida qaralsa, unga yaqin bo’lgan atomlar ma’lum tartib bo’ylab joylashadi. Lekin markaziy atomdan uzoqlashgan sari tartib buzilib, atomlarning joylashuvi turli xil, ya’ni tasodifiyga aylanib qoladi. Kristall jismlardan farqli o’laroq, amorf jismlarda qo’shni atomlarning o’zaro joylashuvida yaqin tartibgina mavjud bo’ladi. Amorf jismlarga shisha, plastmassa, beton, mum, smola, polimerlar va boshqalar misol bo’ladi. Oltingugurt, glitserin, shakar hamda boshqa moddalar ham kristall, ham amorf ko’rinishda mavjud bo’lishi mumkin. Bunga ba’zan shishasimon shakl ham deyiladi. Amorf jismlar har doim izotrop xossaga ega bo’ladi. Past bo’lgan temperaturalarda amorf jismlarning xossalari qattiq jismlarnikiga ham o’xshab ketadi. Bu holda ular deyarli oqmaydi. Lekin temperatura ortgan sari amorf jismlar asta-sekin yumshab, ularning xossalari suyuqliklarning xossalariga yaqinlasha boradi. Amorf jismlar tabiatda kristall jismlarga nisbatan kam tarqalgan. 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’kidlash 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 [7].
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 farqlaridan biri 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 muvofiq bo’ladi. Qattiq jismlar deformatsiyasi hamda ularning mexanik xossalarining xarakteristikalariga bog‘liq masalalar kristall va amorf qattiq jismlarning tuzilishi va xossalarini o‘rganishdan oldin ham qarab chiqilishi mumkin. O‘quvchilarni mexanik xossalar bilan tanishtirayotganda elastik va plastik xossalar haqidagi birlamchi ma’lumotlarni o‘quvchilar o‘rta umumiy ta’lim fizika kursi darslarida olishlarini, maktab ustaxonasida ishlash esa ularning eng ko‘p qo‘llanuvchi qattiq materiallarning mexanik xossalarining turlichaligi bilan amalda tanishtirishini yodda tutmoq lozim. Kasb-hunar kollej hamda litseylarida esa, mexanik xossalarning miqdoriy xarakteristikalari: elastiklik moduli, o’quvchanlik chegarasi, mustahkamlik, plastiklik qarab chiqiladi.
Mexanik xossalar bilan o‘quvchilarni materiallar sinovi haqida hikoya qilib berish asosida tanishtirgan ma’qul. Bunday yondashuv birinchidan, o‘quvchilarni texnikada mexanik xossalar qanday aniqlanishi bilan tanishtirish, ikkinchidan, qattiq jismlarning barcha mexanik xossalarini yagona nuqtai nazardan qarab chiqish imkonini beradi. Tajribada materialni cho‘zilishni tekshirish metodi eng keng tarqalgan. Bunday tekshirish natijasida odatda, tahlili mexanik xossalarning asosiy xarakteristikasini aniqlash imkonini beruvchi-cho‘zilish diagrammasi chiziladi. Shuning uchun cho‘zilish diagrammasi tevaragida o‘quvchilarning qattiq jismlarning mexanik xossalarining miqdoriy baholanishi bilan tanishtirish mumkin. Cho‘zilishni tekshirishga imkon beruvchi asbob yor-damida mazkur qismga tekshirilayotgan material nusxasiga qo‘yilayotgan kuchlanish yo‘qolgani hamono butkul yo‘qoluvchi elastik deformatsiya mos kelishini ko‘rsatish mumkin.
O‘quvchilarga material tabiatidagi qanday o‘zgarishlar oquvchanlik chegarasini o‘zida aks ettirishini tushintirib berish, ularni ba’zi qattiq materiallar (metallar, qotishmalar, plastmassalar) ning oquvchanlik chegarasi kattaliklari orasidagi farqlar bilan tanishtirish hamda texnikada turli materiallarning oquvchanlik chegarasini bilish qanday ahamiyatga ega ekanligi haqida so‘zlab berish foydalidir. Kuchlanishning o‘zgarishini kuzatib va cho‘zilish diagrammasini tahlil qila borib, plastik deformatsiyalanish orta borgan sari namunaga borgan sari kattaroq kuchlanishlar qo‘yishga to‘g‘ri kelishi, ya’ni materialning plastik deformatsiyalarga qarshiligi orta borishi haqida xulosa chiqarish mumkin. Ko‘pgina metallarning bu xossasi-plastik deformatsiyalanishi natijasida mustahkamlanish xususiyati ortishi (parchalanish) qaychi bilan qirqilgan tunukaning chetlari plastikligini yo‘qotib, mo‘rt bo‘lib qolishi; bir necha marta buklangan mis simning plastik xususiyati kamayishi kabi tanish misollar bilan tushuntirib berilishi lozim. Darsda metallni qirqib yoki bosim bilan ishlov berishda uning mustahkamlanishi va metallardan detallar tayyorlashda mustahkamlanishning ham musbat, ham manfiy roli haqida so‘zlab berish maqsadga muvofiqdir [9].
Qattiq materiallar mexanik xossalarning asosiy xarakteristikalarini bilish o‘quvchilarni mustahkamlikning eng sodda hisoblari asoslari bilan tanishtirish imkonini beradi. Buning eng yaxshisi cho‘zilish deformatsiyasi misolda ko‘rsatgan ma’qul. Chunki cho‘zilishga mustahkamlikni hisoblash texnikada keng tarqalgan. Shu asosida hisoblanadigan formulalar esa yetarlicha sodda va o‘quvchilar uchun tushunarlidir. Darsda mustahkamlikni hisoblashlarning texnikadagi ahamiyati haqida so‘zlab beriladi va mustahkamlik har qanday qattiq materialning asosiy xossasi ekanligi ta’kidlanadi.