Noyob birikma — intermetallid xossalari to’liq malumot oling

Intermetallidlar hali unchalik yaxshi oʻrganilmagan. Shunga qaramay ular ajoyib xossalarga ega noyob birikmalardir. Nomidan ham koʻrinib turibdiki, intermetallidlar metallarning birikmasi boʻladi. Bu tushunchaning turli xil taʼriflari keltirilgan. Lekin nisbatan tushunarliroq va sodda taʼrif XX asrning 60-yillarida nemis kimyogari Shults tomonidan keltirilgan edi. U quyidagicha ifodalanadi: ʼʼIntermetallid deb kamida ikkita metalldan tashkil topgan va yana biror metalloidga ham ega boʻlishi mumkin boʻlgan kimyoviy birikmalarga aytiladiʼʼ. 

Intermetallid birikma kimyoviy jihatdan kristall strukturaga ega boʻlishi lozim, lekin uning kristall strukturasi tuzilishi intermetallid tarkibidagi metallarning kristall strukturasidan farq qiladi. “Intermetallid” tushunchasi koʻpincha olimlarning oʻzini orasida ham “qotishma” tushunchasi bilan adashtirib yoki aralashtirib ishlatiladi. Shuni unutmaslik kerakki, qotishmalarning ham aksariyati, aslida, metallarning kimyoviy birikmalari boʻladi. Bunday chalkashlikning kelib chiqishiga sabab intermetallid birikmalarni ham xuddi qotishmalarni quyishdagi singari ikki va undan ortiq metallarni birgalikda eritish orqali hosil qilinadi. Shu tufayli hatto kimyogar mutaxassislar va malakali metallurglar ham, odatda, qotishma hamda intermetallidning farqiga bormaydi.

Agar intermetallid birikmalarga kimyoviy struktura nuqtai nazaridan chuqurroq nazar tashlasak, ularning, aslida, oʻziga xos alohida turkum kimyoviy birikmalar ekaniga guvoh boʻlamiz. Intermetallid birikma kamida ikkita turdagi atomlarning birikishidan hosil boʻladi va ushbu atomlarning har ikkisi ham, albatta, metall boʻlishi shart. Qolaversa, intermetallid tarkibiga birorta metalloid, masalan, germaniy, kremniy yoki surma ham kirishi mumkin. Umuman olganda, intermetallid birikmaga uning biror xossasi nuqtai nazarida taʼrif berish ham qiyin. Biz metallar haqida gapirganimizda uning xossalarini sanab oʻtamiz va oson ishlov beriladigan (yumshoq) yoki moʻrt ekanligini aytamiz. Shuningdek, ushbu metallning elektr oʻtkazuvchanlik xususiyatini ham tilga olib, uni “yaxshi oʻtkazgich” deb atashimiz mumkin. Intermetallid birikma esa buning tamomila aksi boʻlishi ehtimoli mavjud. Masalan, tarkibida yaxshi elektr oʻtkazgich metallga ega boʻlgan intermetallidning oʻzi tokni umuman oʻtkazmaydigan, yaʼni izolyator boʻlishi ham mumkin (bunday misollar talaygina).

Maqola boshida aytilganidek, intermetallidlar hali yaxshi oʻrganilmagan kimyoviy birikmalar boʻlib, intermetallidlar fizikasi va kimyosi shu choqqacha, asosan, empirik yoʻl bilan rivojlanmoqda. Intermetallidlarni oʻrganishda kimyo fanida ham, fizikada ham hali tuzukroq sistematik nazariyaning oʻzi yoʻq. Olingan barcha zamonaviy maʼlumotlarni olimlar intermetallid birikmalarni sinab koʻrish, kuzatish va tajribalarda qoʻllash orqali toʻplagan. Buning sababi juda oddiy. Intermetallidlarning kristall struktura tuzilishi va kimyoviy bogʻlanishlari orasidagi oʻzaro uzviylik aynan qayerdaligi yoki aynan nimada namoyon boʻlishini nazariy jihatdan asoslash juda mushkul. Ushbu mushkullikni yanada chigallashtiradigan jihat shuki, intermetallidlarning kristall struktura tuzilishi va elektronlarining tartiblanishidan kelib chiquvchi (elektronlarning energetik pogʻonalarda joylashuvidan) kimyoviy xossalarining oʻzaro bogʻliqlik qonuniyatlari ham hali juda murakkab boʻlib, haligacha mukammal oʻrganilgan emas. Masalan, oʻrta maktab kimyo darsliklaridan ham maʼlumki, elementlar orasida kovalent bogʻlanish degan tushuncha bor.

Kovalent bogʻlanish / wikipedia.org

Ikki xil atom oʻzaro birikma hosil qildi. Natijada ularning orbitalari birlashib, har ikkala atom oʻrtasida umumiylashdi. Bundan esa kimyoviy bogʻ yuzaga keldi va elektronlar orbita boʻylab, tegishli tartib bilan joylashdi.

Bunday tarzda yuzaga kelgan birikmalarni biz kovalent birikmalar deb ataymiz va ularning kimyoviy jihatdan struktura tuzilishini aniq ayta olamiz. Kimyogar mutaxassis biror kovalent birikma haqida gapirayotib, uning qancha orbital va qancha elektronga ega ekanligini aytib bera oladi. Shuningdek, kimyogarlar ion birikmalar haqida ham batafsil maʼlumot beroladi va bunda elektronlarning kationdan anionga deyarli toʻliq uzatilishi haqida soʻz qotadi. Boz ustiga, zamonaviy kimyo undan-da murakkab holatlarni, masalan, D-metallarning kompleks birikmalarini ham batafsil ifodalab berishi mumkin. Unda D-orbitalli metallning ushbu orbitasidagi elektronlari bilan baʼzi anion zarralar orasidagi oʻzaro taʼsiri koʻrib chiqiladi. Kimyo bunday birikmalarni ligandlar deb ataydi va bunday birikma kompleks birikma hosil qiluvchi atrofida maydon yuzaga keltiradi deyiladi. Koʻrib turibsizki, bu kabi birikmalarni nazariy asoslash va tuzilishini bayon qilishi nisbatan oson, tushunarli.

Lekin intermetallidlarni bayon qilishda bunday osonlik yoʻq. Bunda endi biroz oʻzgacha yondashuv lozim. Tarixga nazar tashlaydigan boʻlsak, aslida, intermetallidlar insoniyatga juda qadimdan maʼlum. Lekin yuqorida aytganimizdek, intermetallidlarni odamlar har doim “qotishma” deb atab kelgan. Alkimyogarlar zamonasigacha ham baʼzi intermetallidlarni sof metall deb oʻylashgan. Masalan, latun haqida koʻpchilik biladi va uni hamma qotishma deb oʻylaydi. Bu esa xato. Chunki latun, aslida, mis va ruxning kimyoviy birikmasidir. Shuningdek, bronza ham.

Bronza ham mis va qalayning kimyoviy birikmasi boʻladi. Bronzaning esa turlari koʻp. Turiga qarab bronzalar ham har xil kimyoviy va fizik xossalarni namoyon qiladi. Masalan, bir turdagi bronza yumshoq va oson ishlov beriladigan boʻlib, undan ziynat buyumlari, yaʼni taqinchoqlar yasaladi. Boshqa bir turdagi bronza esa mutlaqo boshqacha kimyoviy va fizik xossalarni namoyon qiladi. Masalan, akustik bronza jarangdor tovush chiqarishi tufayli undan qoʻngʻiroqlar yasaladi.

Taqinchoq yasaydigan va qoʻngʻiroq quyiladigan bronzaning kimyoviy tarkibi ham har xil. Shuning uchun ular turlicha xossalarga egadir. Intermetallidlar borasida shunga oʻxshash boshqa misollar ham bisyor.

Intermetallidning xossalari va kimyoviy strukturasi hamda tarkibi oʻrtasidagi bogʻliqlik haqida biroz toʻxtalib oʻtsak. Misol tariqasida intermetallidning eng odatiy tuzilishini olib qaraymiz. Unda yuqori koordinatsion songa ega boʻladi. Metall oʻzi 10 yoki 12 koʻrinishidagi koordinatsion songa ega boʻlishi mumkin. Bundan ham katta koordinatsiya soniga ega boʻlgan metallarni ham bilamiz. Kimyoviy bogʻ hosil qilishga moyil boʻlgan metall yoki ishqoriy metallning orbitalar soniga nazar tashlasak, ularning atigi toʻqqizta ekanini, ular valent hududda yoki valentoldi faol energetik pogʻonada joylashishini koʻramiz. Bunga esa biz koʻpi bilan toʻqqizta bogʻni tushuntirib bera olamiz. Odatda, intermetallidlarda bunday bogʻlar bundan ancha koʻp boʻladi. Yana bir qiziq va murakkab tarafi shundaki, zamonaviy kimyoga maʼlum intermetallidlarda aynan bir turdagi metall atomlarining turli xil koordinatsion tarkib bilan mavjud boʻlishi aniqlangan. Masalan, gʻaroyib magnit xossasiga ega boʻlgan, bir turdagi intermetallidda temir atomlarining birvarakayiga toʻrt xil koordinatsion son bilan, yaʼni 6, 7, 8 va 9 holati bilan mavjud boʻlishi maʼlum.

Bunday tarkibdagi kimyoviy strukturaning elektron xossalarini oʻrganish juda qiyin va shu tufayli ham bunday birikmalarni tadqiq qilishda, odatda, empirik qoidalardan foydalanilmoqda. Empirik qoidalar oʻzi ham talaygina. Aytib oʻtilgan latun va bronzaning elektron xossalarini birinchi boʻlib ingliz metallshunos olim Uilyam Yum-Rozeri (1899–1968-yillar) bayon qilib bergan edi. Avstriyalik olima Xelga Novotni esa qiziqarli tarzda chimney ladder deb nomlangan kristall struktura va elektron xossalarning qonuniyatlarini ochib bergan. Hozirda olimlar Sintl fazalarining kristall struktura xossalarini anchayin tushunib oldi.

Uilyam Yum-Rozeri / wikipedia.org

Lekin ilm-fan oʻzi ham ilgʻor qadamlar bilan rivojlanmoqda va kimyogarlar qarshisida yangidan yangi intermetallidlar paydo boʻlmoqda. Hozirda kimyo fanida intermetallidlar ichida ham alohida ichki turkum kompleks metall qotishmalari oilasi yuzaga kelgan. Ular ham, aslida, kimyoviy birikmalar boʻlishiga qaramay qotishma deb atalayotgani qiziq. Intermetallid birikmalar hali yaxshi oʻrganilmagan boʻlishiga qaramay, ularning amaliy ahamiyatini shubha ostiga olish toʻgʻri emas. Ularning xossalarini mukammal tadqiq qilgan holda keyinchalik kelajakda insoniyatning amaliy ehtiyojlari uchun xizmat qilishga yoʻllash mumkin. Masalan, bronza va latun singari intermetallidlarning amaliy ahamiyatini biz yaxshi bilamiz. Bu ularning metallurgiya sohasidagi qoʻllanish jabhasidir. Intermetallidlar katta istiqbol bilan qoʻllanishi mumkin boʻlgan yana bir soha mikroelektronika va nanoelektronikadir. Baʼzi intermetallidlar esa oʻta oʻtkazuvchanlik xossasini ham namoyon etishi hali inqilobiy oʻzgarishlar ham boʻlishi mumkinligiga umid bermoqda.

Chunki hozirgi paytda maʼlum yuqori haroratli keramik va metallmas oʻtkazgichlarning eng katta salbiy jihati shundaki, ular yuqori haroratda oʻta oʻtkazuvchanlik xossasiga oʻtish jarayonida tok zichligiga bardosh bera olmaydi va kuchli magnit maydonlariga ham oʻta taʼsirchan boʻlib, magnit maydoni taʼsirida yana oʻzining oʻta oʻtkazgich xossasini yoʻqotadi. Nb₃Sn, Nb₃Ge, V₃Ga tarkibli intermetallidlar esa atigi 20 Kelvin va undan yuqori haroratdayoq oʻta oʻtkazgich xossasiga ega boʻladi va, eng asosiysi, ular 30 teslagacha boʻlgan magnit maydonlariga bardosh bera oladi. Bu juda yaxshi koʻrsatkichdir. Shu sababli ham bunday intermetallidlardan tayyorlangan oʻta oʻtkazgichlar Katta adron kollayderi singari oʻta muhim ilmiy obyektlarda ham qoʻllaniladi.

Intermetallidlar qoʻllanadigan yana bir qiziq va muhim soha shakl hofizasiga (shakl xotirasiga) ega buyum va konstruksiyalar tayyorlash sohasidir. Koʻpchilik yana oʻsha qotishma deb oʻylaydigan, aslida, titan va nikelning kimyoviy birikmasidan iborat intermetallid boʻlgan nitinol shunday xossaga ega. Unda titan va nikel teng mol nisbatidagi kristall strukturali birikma hosil qiladi. Bunday kristall panjara yuqori darajali haroratlarda shakllanadi va uni toblash ham mumkin. Agar uni qizdirib, keyin shakli oʻzgartirilsa ham soviganidan keyin u yana oʻzining avvalgi, boshlangʻich shakliga kelib qoladi.

Shuningdek, intermetallidlarni qoʻllashda yana boshqa ajoyib jihatlar ham mavjud. Masalan, har ikkisi ham oson ishlov beriladigan, yumshoq, yarqiroq va elektr tokini ham juda yaxshi oʻtkazadigan metallarni olamiz. Ulardan intermetallid birikma hosil qilamiz. Boshlangʻich metallar yumshoq, yarqiroq va elektr tokini ham juda yaxshi oʻtkazadigan boʻlishiga qaramasdan, ulardan hosil boʻlgan intermetallid moʻrt, xira va tokni ham oʻtkazmaydigan boʻlib chiqadi.

Kimyoda bunday intermetallidlar allaqachon maʼlum va quvonarlisi shundaki, ularning kristall strukturasi ham ancha yaxshi oʻrganilgan. Masalan, ruteniy va galliyning RuGa₂ koʻrinishidagi birikmasi yoki temir va galliyning FeGa₃ koʻrinishidagi birikmasi shunday xossaga ega. Ular garchi metallardan tarkib topgan boʻlsa-da, issiqlikni ham, elektr tokini ham juda yomon oʻtkazadi. Aynan shu xossasiga koʻra, bunday intermetallidlardan termoelektr oʻzgartirgichlar tayyorlanadi.

Ular elektr energiyasini issiqlik energiyasiga va, aksincha, oʻzgartirib berishi mumkin. Aynan shu vazifani bajaradigan kompressor hamda generatorlardan farqli oʻlaroq, bunday intermetallidlardan tayyorlangan oʻzgartirgichlar shovqinsiz ishlaydi va qandaydir doim nazorat talab etiladigan dinamik harakatdagi qismlarga ega boʻlmaydi. Ularga doimiy nazorat va boshqaruv zarur emas. Shuningdek, ular muntazam texnik xizmat va taʼmir ham talab etmaydi. Shu jihatdan bunday oʻzgartirgichlarning xizmat muddati yetarlicha uzoq — 25–30-yilgacha boʻlishi mumkin. Maqola avvalida aytilganidek, intermetallid birikmalar hali unchalik ham yaxshi oʻrganilmagan. Shunga koʻra, bu sohaga oid kelgusi tadqiqotlar hali biz uchun yana boshqa, kutilmagan amaliy qoʻllash sohalarini ochib berar. Hozirgi zamon kimyo fanida intermetallidlarning tabiatini tadqiq qilish darajasi hali ularni muayyan klassifikatsiya bilan tasniflash imkonini bermayotir. Bu esa ularning tarkibiy tuzilishi, elektron tartiboti, kristall strukturasi hamda birikmaning funksional xossalari orasidagi bogʻliqliklar qonuniyatini oʻrganishda qiyinchiliklar paydo qiladi.

Demoqchimizki, intermetallidlar fizikasi va kimyosi kelajagi yorqin, amaliy ahamiyati ham katta boʻlgan muhim fan sohasidir. Yosh kimyogar, fizik va mexanik olimlar, tadqiqotchilar oʻz ilmiy faoliyatlarini ushbu mavzuga ham qaratishlari foydadan xoli boʻlmaydi. Intermetallidlarni tadqiq qilish sohasida hozirgi asosiy dolzarb vazifa — bunday birikmalarda elektronlarning qay tariqa oʻzaro taʼsirlanishi mexanizmlarining tagiga yetish.

Maqola orbita.uz saytidan olindi. Original maqola → Intermetallidlar
Muqova surat: freepik.com