қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
560
561
төңірегінде тербеледі. Қатты денелердің тұрақты күйі (ішкі минимум энергиялы)
кристалдық күй болып табылады. Аморфты дене термодинамикалық көзқарас
бойынша
метатұрақты күйде болады және уақыттың өтуіне байланысты
кристалдануға тиісті. Табиғаттағы барлық денелер (сұйық гелийден өзгелер)
атмосфералық қысым кезінде және Т>0 К температурада қатаятын болады.
Қатты денелердің қасиеттерін зерттеу қ ат т ы д е н е л е р ф и з и к а с ы н а
біріккен, мұның дамытылуы техниканың мұқтаждығынан туындаған. Қатты
денелер физикасы – жаңа материалдардың, жаңа физикалық идеялардың қайнар
көзі. Қатты денелер ядролық физикаға, астрономиялық физикаға және басқа да
ғылыми салаларға енуде. Қатты денелердің қасиеттерін оның атомдық-молекулалық
құрылымымен және оның атомдық (атомдары, иондары, молекулалары), сонымен
қатар субатомдық бөлшектердің (электрондардың, атом ядроларының) қозғалыс
заңдарымен түсіндіруге болады. Қатты денелердің (металдардың, минералдардың)
макроскопиялық қасиеттері туралы мәліметтердің жинақталуы және жүйеленуі
ХVІІ ғасырдан басталған. Қатты денелерге механикалық күштердің, жарықтың,
электр және магнит өрістерінің, т.б. әсерлерін сипаттайтын бірқатар эмпирикалық
заңдар тұжырымдалған. 1660 жылы Гу к з а ң ы , 1819 жылы Д юл о н г ж ә н е
Пти заңы, 1826 жылы Ом заңы, 1853 жылы Вид еман – Франц заңы,
т.б. ашылған. ХІХ ғасырдың 1-жартысында
серпімділік теориясының негізгі жү-
йесі, қатты денелердің
тұтас орта ретіндегі түсінігі қалыптасқан.
Кристалдың кеңістікте реттеліп орналасқан және тепе-теңдік қалпында
өзараәсерлесу күштерімен ұсталып тұратын атомдардың жиынтығы
ретіндегі түсінікті 1848 жылы француз физигі Огюст
Браве (1811–1863) біржолата
тұжырымдағанымен бұл идеяның дамуы 1687 жылы Исаак
Ньютонның (1643–
1727) шыққан еңбегінен бастау алған. Ол еңбекте дыбыстың жылдамдығы серпімді
байланысқан бөлшектердің тізбегі ретінде сөз болған. 1727 жылы швейцар
математигі әрі физигі Даниил
Бернулли (1700 – 1782) және 1830 жылы француз
математигі Огюстен
Коши (1789 – 1857), т.б. қатты денелер туралы зерттеулерді
жалғастырған. 1890 – 1891 жылдары орыс минералогы Евграф
Федоров (1853 –
1919) кристалдардың 230 кеңістіктік симметриялы тобы болатынын дәлелдеген.
1912 жылы неміс физигі Макс фон
Лауэ (1879–1960) рентген сәулесінің
кристалдардағы дифракциясын ашқан, бұл жайт қатты денелердің реттел-
ген дискретті құрылымды екенін біржолата растаған. 1927 жылы американ
физиктері Клинтон
Дэвиссон (1881–1958) мен Лестер Джермер (1896–1971)
электрондардың кристалдағы дифракциясын бақылаған. Одан кейінгі ке-
зеңде
нейтрондардың кристалдағы дифракциясы белгілі болған.
қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
560
561
Қатты денелердің құрылымдық бірліктері атомдар, молекулалар немесе ион-
дар болады. Қатты денелердің кристалдық құрылымы атомдық бөлшектердің
арасында әсер етуші күштерге тәуелді.
Атомдық бірдей бөлшектер әртүрлі
құрылымдар –
сұр және ақ қалайыны, графит пен алмасты, т.б. құра алады.
Сыртқы қысымдар арқылы атомдардың аралығын өзгерте отырып қатты
денелердің кристалдық құрылымын және қасиеттерін едәуір өзгертуге болады.
Жоғары қысымдар кезінде пайда болған көптеген кристалдық түрлер белгілі
болған. Көптеген жартылайөткізгіштер қысымның әсерінен металдық күйге
ауысқан [120 000 атм қысым кезінде S (күкірт) металға айналған ]. Сыртқы қы-
сым әсерінен 1 атомға тиесілі көлем әдеттегі атомның өлшемінен кіші болатын
болса, онда атом өзіне тән жеке ерекшелігінен айырылады да
зат күшті сығымдал-
ған электрондық-ядролық плазмаға айналады. Заттардың осындай күй-
лерін зерттеу, дербес жағдайда жұлдыздардың құрылымдарын түсінуде
маңызды болмақ.
Қатты денелердің құрылымдары мен қасиеттерінің өзгеруі (фаза лық ау-
ысулары) температураның өзгеруінен, магниттік өрістің және басқа сыртқы
әсерлердің ықпалынан да туындайды.
Қатты денелер
байланыс типтері бойынша бес топқа ажыратылған,
бұлардың әрқайсысы электрондарының өзіндік
кеңістіктік орналасуы бойын-
ша сипатталады. 1) Иондық кристалдардағы (Na Cl, KCl т.б.) иондар арасындағы
негізгі тартылыс күштері –
электрстатикалық күштер. 2) Ковалентті байла-
нысты кристалдардағы (алмас, Ge, Sі) көрші атомдардың валенттілік электрон-
дары ортақтастырылған. Кристалл үлкен молекула тәрізді болады. 3) Көптеген
металдардың байланыс энергиясын иондық қаңқалы (металдық байланыс)
Қатты денелердегі энергетикалық зоналар
қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
562
563
жылжымалы электрондардың ортақтастырылған өзараәсерлесулері тудырады.
Кейбір металдардың (мысалы, ауыспалы) ішкі толтырылмаған қабықшалардың
электрондары жүзеге асыратын
коваленттік байланыс маңызды. 4) Молекулалық
кристалдардағы молекулалары молекулалардың динамикалық
полярлануы-
нан туған әлсіз электрстатикалық күштермен (ван-дер-ваальстік күштермен)
байланысқан. 5) Сутегілік байланысты кристалдардағы сутегінің әрбір атомы бір
мезгілде өзге екі атомның тартылыс күшімен байланысқан. Сутегілік байланыс
су молекуласының диполдік моменттерінің электрстатикалық тартылысымен
бірге
су мен мұздың қасиеттерін анықтайды. Көптеген заттарда әртүрлі типті
байланыстар аралас-құралас (комбинациялы) байқалады.
Қатты денелердегі атомдық бөлшектер арасында әрекет ететін күштер әртүрлі
болғанымен, олардың көздері
электрстатикалық тартылыс пен кері тебу
болады. Атомдар мен молекулалардан пайда болған орнықты қатты денелер
~10
–8
см аралықтағы тартылыс күштерінің кері тебу күштерімен (олар кванттық-
механикалық табиғатты және ара қашықтық артқан сайын тез кемитін болады)
теңгерілетіндігін көрсетеді. Кейбір жағдайларда атомдық бөлшектерді қатты
шарлар ретінде қарастыруға және оларды атомдық радиустармен сипаттауға
болады. Өзараәсерлесу күштерін білу күйлер теңдеуін қорытып шығаруға
мүмкіндік жасайды.
Қатты денелердің барлығы (тек қатты гелийден өзгелері) жеткілікті жоғары
температурада
балқиды немесе құрғақтай айдалады (қатты күйден тікелей газ
күйге ауысу).
Қатты гелий (қысым әсерімен) температура төмендеген кезде ғана балқиды.
Балқу үрдісі (процесі) кезінде денеге берілетін жылу атомаралық байланыстарды
үзуге жұмсалады. Қатты денелердің балқу температурасы Т
бал
әртүрлі табиғатты
денелер үшін әрқалай болады (молекулалық сутек – 259,1°С-де, вольфрам 3410±
20°С-та, графит 4000°C
-тан артық температурада балқиды).
Қатты денелердің механикалық қасиеттерін оның бөлшектерінің құрылымдық
бөлшектер арасында әсер ететін байланыс күштері анықтайды. Бұл күштердің
әрқилылығы қатты денелердің механикалық қасиеттерінің әртүрлі болуына
себепші болған: кейбір қатты денелер
пластикалы, басқалары – морт болады.
Әдетте металдар диэлектриктермен салыстырғанда пластикалы дене. Температура
артқан сайын пластикалық қасиет әдетте арта түседі. Аздаған жүктеме кезінде
барлық қатты денелерде серпімді деформация байқалады. Кристалдардың берік-
тігі атомаралық байланыстарға сәйкес келмейді. 1922 жылы кеңес физигі Абрам
Иоффе (1880 – 1960) нақты кристалдарда байқалатын беріктіктің төмен болу
Достарыңызбен бөлісу: | 
