2   oldal


Kristályfizika

 
XVII. Hőtani, mágneses, elektromos, radioaktív tulajdonságok

1. Hőtani tulajdonságok

A hősugarak a színkép vörös színén túl lépnek fel (infravörös tartomány). A kristályokra eső hősugarak azokról részben visszaverődnek, részben elnyelődnek.

 Az amorf anyagok és a köbös rendszerbe tartozó kristályok a hősugarakkal szemben izotrópként viselkednek, az összes többi kristályrendszerbe tartozó kristályok pedig anizotrópként. Tehát a hőtani sajátságok is vektoriális jellegűek (lásd korábban a kvarc példáján).

A hővezetés függ a kristályrács felépítésétől, a tömegpontokkal sűrűbben terhelt irányokban jobb. Különösen szembetűnő ez a lánc- és rétegszerkezetű kristályoknál. A grafitnál például a rétegek síkjában a hővezetőképesség négyszer akkora, mint arra merőlegesen. Ugyanígy van a csillámoknál (rétegszerkezetű szilikátok) is, ezért használtak egykor vékony csillám-lemezeket a nagy hőmérsékletű kazánok ajtajánál kukucskáló ablakok céljaira.

A hővezetés kristálytani irányoktól való függése az alapja a kőzetek aprózódásának (ez a fizikai mállás egyik fajtája, markánsan látható ez sivatagi körülmények között), hiszen a hőmérséklet-ingadozásra a különböző irányokban táguló-összehúzódó kristálykák közötti összetartás ily módon könnyebben meglazul, így a kompakt kőzetdarab az őt felépítő ásványok szemcséire esik szét. Az ásványok döntő része rossz hővezető. Így a legfontosabb kőzetalkotó ásványok is, ezért alkalmas a legtöbb kőzet – természetesen a megfelelő kőzetfizikai paraméterek megléte esetén – építőipari célokra.

A hőmérséklet folyamatos emelkedésével az ásvány egy bizonyos hőfokon megolvad, szilárdból cseppfolyós halmazállapotba megy át (bizonyos vegyületek és elemek pedig szilárdból közvetlenül légnemű halmazállapotba kerülnek).

Az olvadáspont az a hőmérséklet, melynél valamely anyag szilárd és folyékony fázisa egy atmoszféra nyomáson egyensúlyban van egymással. A kristályok olvadáspontja nagymértékben függ a kristályrácsban ható kötőerőktől.

A gyenge van der Waals kötéssel rendelkező molekularácsú kristályok alacsony, míg az erős kovalens kötéssel bíró kristályok magas hőmérsékleten olvadnak. Azonos rácstípus, azonos kötésfajta, azonos iontöltés esetében az olvadáspont a növekvő atom- vagy iontávolsággal csökken.

Amikor a kristály megolvad, az anyag fizikai tulajdonságai hirtelen, diszkontinuálisan megváltoznak. Azonban csak azoknak a kristályoknak van határozott olvadáspontjuk, melyek összetétele olvadékban is ugyanaz, mint szilárd halmazállapotban.

Az így viselkedő ásványokat kongruensen olvadóknak mondjuk (kősó, kvarc). Vannak viszont ásványok, főként a szilikátok között, melyek megolvadáskor összetevő vegyületeikre bomlanak, ezeket inkongruensen olvadó ásványoknak mondjuk (földpátok, gránátok).

Az izomorf elegykristályoknak sincsen határozott olvadáspontjuk, mert – az illető elegykristály összetételétől függő – hőmérséklet-intervallumban olvadnak.

Mivel a természetben előforduló ásványok nagy része izomorf elegy, ezért aránylag kevésnek van határozott olvadáspontja, így ennek a sajátságnak gyakorlatilag kevés határozóértéke van.

A víztartalmú ásványok, például a zeolitok hevítésre bizonyos hőmérsékleten elvesztik víztartalmukat, a szulfidok kéntartalmukat, a karbonátok hevítésekor pedig széndioxid szabadul fel. Azok az ásványok, melyek hevítésre kémiai összetételük megváltozása nélkül közvetlenül gőzzé alakulnak át, majd lehűlve változatlan összetételű kristályokká alakulnak, szublimálnak (cinnabarit, realgár).

Ha valamely ásvány hevítve olyan változást szenved, melynek során hő szabadulhat fel, – ezt nevezzük exoterm (hőtermelő) folyamatnak –, illetve hő nyelődhet el – ezt nevezzük endoterm (hőelnyelő) folyamatnak – a hőtartalom változásából következtethetünk az illető ásványra. Ha ezeket a hevítés során végbemenő folyamatokat pontosan regisztráljuk, meg tudjuk határozni a folyamatban résztvevő ásványokat. Ez az alapja az ún. termoanalitikának.




Copyright ©  Szakáll Sándor,  2011

A tananyag kifejlesztése a TÁMOP 4.1.2-08/1/A-2009-0033 pályázat keretében valósult meg.