Qattiq jism

Qattiq jism — moddaning shakli turg’un agregat holati. Bu holatda modda atomlarining issiqlik harakati ularning muvozanat vaziyatlari atrofida kichik tebranishlaridan iborat bo’ladi. Kristall va amorf Qattiq jismlar mavjud. Kristallarda atomlarning muvozanat vaziyatlari fazoda davriy joylashadi. Amorf jismlard a atomlar tartibsiz joylashgan nuqtalar atrofida tebranadi. Qattiq jismning turg’un (eng kichik ichki energiyali) holati kristall holatdir. Termodinamik nuqtai nazardan amorf jism metaturg’un holatda bo’ladi va vaqt o’tishi bilan kristallanishi kerak. Tabiatdagi barcha moddalar (suyuq geliydan tashqari) ATM. bosimida va T>0 K trada qotadi. Qattiq jism xossalarini uning atommolekulyar tuzilishini va zarralari harakatini bilgan holda tushuntirish mumkin. Qattiq jismning makroskopik xususiyatlari haqidagi ma’lumotlarni to’plash va tartiblashtirish 17-asrdan boshlangan. Qattiq jismga mexanik kuch, yorug’lik, elektr va magnit maydon va hokazolarning ta’sirini ifodalovchi bir qator empirik qonunlar ochildi: Guk qonuni (1660), Dyulong va Pti qonuni (1918), Om qonuni (1826), Videman — Frans qonuni (1835) va boshqalar Qattiq jism atomlar, molekulalar va ionlardan tuziladi. Qattiq jismning tuzilishi atomlar orasidagi ta’sir kuchiga bog’liq. Bir xil atomlarning o’zi turli strukturalarni hosil qilishi mumkin (kul rang va oq qalay, grafit va olmos va hokazolar). Tashqi bosim yordamida atomlararo masofani o’zgartirib, Qattiq jismning kristall tuzilishini va xossalarini tubdan o’zgartirish mumkin. Ko’pgina yarimo’tkazgichlar bosim ostida metall holatga o’tadi (oltingugurt 8 120000 ATM. bosimi ostida metallga aylanadi). Tashqi bosim tufayli 1 atomga to’g’ri keladigan hajm atomning odatdagi hajmidan kichik bo’lib qolganda atomlar o’z indivialligini yo’qotadi va modda o’ta siqilgan elektronyadroviy plazmaga aylanadi. Moddaning bunday holatini o’rganish, xususan, yulduzlarning strukturasini tushunish uchun juda muhim. Qattiq jismning tuzilishi va xossalarining o’zgarishi (fazaviy o’tishlar), temperatura o’zgarganda, magnit maydon ta’sirida va boshqalar tashqi ta’sirlar natijasida ham yuz berishi mumkin. Bog’lanishlarning turi bo’yicha Qattiq jism bir-biridan elektronlarning fazoviy taqsimoti bilan farq qiladigan 5 sinfga ajraladi: 1) ionli kristallarda (№S1, KS1 va boshqalar) ionlar orasida asosan elektrostatik tortishish kuchlari ta’sir etadi; 2) kovalent bog’lanishli kristallarda (olmos, Oe, 81) qo’shni atomlarning valent elektronlari umumiylashgan bo’ladi. Kristall ulkan molekulaga o’xshaydi; 3) ko’pchilik metallarda bog’lanish energiyasi harakatlanayotgan elektronlarning ion asos bilan o’zaro ta’siri tufayli hosil bo’ladi (metall bog’lanish); 4) molekulyar kristallarda molekulalar ularning dinamik qutblanishi tufayli paydo bo’ladigan zaif elektrostatik kuchlar (vandervaals kuchlari) yordamida bog’lanadi; 5) vodorod bog’lanishli kristallarda vodorodning har bir atomi tortishish kuchlari yordamida bir vaqgning o’zvda 2 ta boshqa atom bilan bog’lanadi. Bog’lanishlar turi bo’yicha tasnif shartli bo’lib, ko’pgina moddalarda turli bog’lanishlarning kombinatsiyasi kuzatiladi. Qattiq jismdagi atomlar orasidagi ta’sir kuchlari turli-tuman bo’lishiga qaramay, elektrostatik tortishish va itarishish ularning manbai bo’lib xizmat qiladi. Atom va molekulalardan turg’un Qattiq jismning hosil bo’lishi tortishish kuchlari ~108 sm masofalarda itarishish kuchlari bilan muvozanatlashishini ko’rsatadi. Ba’zi hollarda atomlarni qattiq sharchalar deb qarash va ularni atom radiuslari bilan ifodalash mumkin. Barcha Qattiq jism yetarlicha yuqori temperaturada eriydi yoki bug’lanadi. Bundan faqat qattiq geliy mustasno: u (bosim ostida) temperatura pasayganda eriydi. Erish jarayonida jismga berilgan issiqlik atomlararo bog’lanishlarni uzishga sarflanadi. Turli tabiatli Qattiq jismning erish temperaturalari Te turlicha (masalan, molekulyar vodorodniki — 259,1°, volframniki 3410±20°, grafitniki 4000° dan yuqori). Qattiq jismning mexanik xususiyatlari u tuzilgan zarralar orasidagi bog’lanish kuchlari bilan aniqdanadi. Bu kuchlarning turlituman bo’lishi mexanik xususiyatlarning ham turlicha bo’lishiga olib keladi: ba’zi bir Qattiq jism plastik, boshqalari mo’rt. Odatda, metallar Dielektriklarga nisbatan plastikroq bo’ladi. temperatura ko’tarilishi bilan odatda plastiklik ortadi. Uncha katta bo’lmagan kuchlanishlarda barcha Qattiq jismda elastik deformasiya kuzatiladi. Kristallarning mustahkamligi atomlar orasidagi bog’lanish kuchlariga muvofiq kelmaydi. 1922 yilda A.F. Ioffe real kristallarning mustahkamligi pastligini ularning sirtidagi makroskopik defektlarning ta’siri deb tushuntirdi (Ioffe effekti). 1933 yilda J. Teylor, E. Orovan (AQSh) va M. Polyani (Buyuk Britaniya) dislokasiyashr tushunchasini ta’rifladi. Katta mexanik kuchlanishlar ostida kristall o’zini qanday tutishi dislokatsiya va kristall panjaraning boshqa chiziqli defektlari boryo’qligiga bog’liq. Qattiq jismning plastikligi ko’p hollarda dislokasiyalarga, mexanik xususiyatlari unga nuqsonlarni kirituvchi yoki yo’qotuvchi ishlov berishga bog’liq bo’ladi. 1926 yilda Ya.I. Frenkel Real kristallda panjaraning nuqtaviy defeqtlari (vakansiyalar, tugunlararo atomlar) bo’lishiga e’tiborni jalb etdi va ularning Qattiq jismdagi diffuziya jarayonlaridagi rolini ko’rsatdi. Qattiq jismdagi atomlar va ionlar harakatining tebranish xarakteriga ega bo’lishi erish temperaturasi T3 gacha saqlanadi. Hatto T=Te da ham atomlarning tebranish amplitudasi atomlararo masofalardan ancha kichik bo’ladi, erish esa T>Tzaa suyuqlikning termodinamik potentsiali Qattiq jismnikidan kichik bo’lishi tufaylidir. Kristall panjara dinamikasining nazariyasi 20-asr boshida ishlab chiqildi. U kvant nazariyasini hisobga oladi. Kristall panjara atomlari tebranma harakatining kvantlanishi fonon tushunchasiga olib keldi (I.E. Tamm, 1929) va Qattiq jism issiqlik xossalarini kvazizarralar — fononlar — gazi xossalari sifatida tavsiflash imkonini berdi. Elektron kashf etilishi bilan Qattiq jismning elektron nazariyasi rivojlana boshladi. Nemis fizigi P.Drude (1900) quyidagi farazni ilgari surdi: metallardagi valent elektronlar atomlar bilan bog’lanmagan bo’lib, kristall panjarani to’ldiruvchi erkin elektronlar gazini hosil qiladi va odatdagi siyraklashgan gazga o’xshab, Bolsman taksimotita bo’ysunadi. Bu modelni golland fizigi X.A. Lorents rivojlantirdi. Bu nazariya metallarning bir qancha xossalarini tushuntirib berdi. Biroq uning asosida hisoblab topilgan issiqlik sig’imidagi elektronlarning hissasi tajribadan keskin farq qildi. Metallardagi elektron gazni tavsiflashda kvant mexanika va kvant statistika uslublari (Fermi — Dirak taqsimoti)ni qo’llash (1927-28, nemis fizigi A. Zommerfeld; Ya. I. Frenkel) Qattiq jismdagi kinetik hodisalar (elektr va issiqlik o’tkazuvchanlik, galvanomagnit hodisalar va boshqalar)ning kvant nazariyasini rivojlantirish uchun asos yaratdi. T=0 da metalldagi elektronlarning ma’lum bir maksimal sath (Fermi energiyasi) gacha bo’lgan barcha energiya sathlari to’lgan bo’ladi. temperatura ortganda elektronlarning ozgina qismigina bu sathsan yuqoriroq sathlarga o’tadi. Bu hol A. Zommerfeldga (1927) metallar issiqlik sig’imiga elektronlarning hissasi kichik bo’lishini tushuntirish imkonini berdi. Kristall panjara davriy maydonining elektronlar harakatiga ta’siriga kvant mexanika nuqtai nazaridan qarash elektronning kristalldagi harakatini tushuntirishga va Qattiq jismning zamonaviy nazariyasi asosi bo’lgan zonalar nazariyasiga olib keldi. 1931 yilda ingliz fizigi A. Vilson turli elektr xossalarga ega bo’lgan Qattiq jismlarning mavjud bo’lishi energetik zonalarning T=0 da elektronlar bilan to’lish xarakteriga bog’liq bo’lishini ko’rsatdi. Agar hamma zonalar elektronlar bilan to’lgan yoki bo’sh bo’lsa, bunday jismlar elektr tokini o’tkazmaydi, ya’ni dielektrik, elektronlarga qisman to’lgan zonalarga ega Qattiq jism metall bo’ladi. Yarimo’tkazgichlar dielektriklardan shu bilan farq qiladiki, ularning oxirgi to’lgan (valent) zonasi bilan birinchi bo’sh zonasi (o’tkazuvchanlik zonasi) orasidagi taqiqlangan zonaning kengligi kichik bo’ladi. Kristallarda defekt yoki aralashmaning bo’lishi taqiqlangan zonada qo’shimcha energetik sathlarning paydo bo’lishiga olib keladi. Valent zonasi va o’tkazuvchanlik zonasi juda kam tutashgan Qattiq jism yarimmetallar deb ataladi. Tirqishsiz yarimo’tkazgichlar ham bo’ladi; ularning o’tkazuvchanlik zonasi valent zonaga tegib turadi. Metallarda Fermi sathi taqiqlanmagan zonada, yarimo’tkazgichlarda Fermi sathi taqiqlangan zonada joylashadi. Tirqishsiz yarimo’tkazgichlarda Fermi sathi valent zonasini o’tkazuvchanlik zonasidan ajratuvchi chegara bilan mos tushadi. Elektron o’tkazuvchanlik zonasiga o’tganda valent zonada bo’sh o’rin — kovak hosil bo’ladi. O’tkazuvchanlik elektronlari va kovaklar yarimo’tkazgichlardagi zaryad tashuvchilardir. Abduraim Uzoqov.