Intermetallidlar

Intermetallidlar — hali unchalik yaxshi o‘rganilmagan, lekin, ajoyib xossalarga ega noyob birikmalardir. Nomidan ham ko‘rinib turibdiki, intermetallidlar — metallarning birikmalari bo‘ladi.

Bu tushunchaning turli xil tariflari keltirilgan. Lekin, nisbatan tushunarliroq va sodda ta’rifni XX-asrning 60-yillarida nemis kimyogari Shults tomonidan keltirilgan edi. U quyidagicha ifodalanadi: Intermetallid deb, kamida ikkita metalldan tashkil topgan va shuningdek, yana biror metalloidga ham ega bo‘lishi mumkin bo‘lgan kimyoviy birikmalardir. Intermetallid birikma kimyoviy jihatdan kristall strukturaga ega bo‘lishi lozim; lekin, uning kristall strukturasi tuzilishi, intermetallid tarkibidagi metallarning kristall strukturasidan farq qiladi.

«Intermetallid» tushunchasi ko‘pincha hatto olimlarning o‘zini orasida ham «qotishma» tushunchasi bilan adashtirib, yoki, aralashtirib ishlatiladi. Shuni unutmaslik kerakki, «qotishma»larning ham aksariyati aslida metallarning kimyoviy birikmalari bo‘ladi. Bunday chalkashlikning kelib chiqishiga sabab, intermetallid birikmalarni ham, xuddi qotishmalarni quyishdagi singari, ikki va undan ortiq metallarni birgalikda eritish orqali hosil qilinadi. Shu sababli ham, hatto kimyogar mutaxassislar va malakali metallurglar ham odatda qotishma va intermetallidning farqiga borishmaydi.

Agar intermetallid birikmalarga kimyoviy struktura nuqtai nazaridan chuqurroq nazar tashlasak, ularning aslida o‘ziga xos, alohida turkum kimyoviy birikmalar ekaniga guvoh bo‘lamiz. Intermetallid birikma kamida ikkita turdagi atomlarning birikishidan hosil bo‘ladi va ushbu atomlarning har ikkisi ham albatta metall bo‘lishi shart. Qolaversa, intermetallid tarkibiga birorta metalloid, masalan, germaniy, kremniy, yoki surma ham kirishi mumkin. Umuman olganda, intermetallid birikmaga uning biror xossasi nuqtai nazarida ta’rif berish ham qiyin. Biz metallar haqida gapirganimizda, uning xossalaridan sanab o‘tamiz va odatda, oson ishlov beriladigan (yumshoq), yoki, mo‘rt ekanligini aytamiz. Shuningdek, ushbu metallning elektr o‘tkazuvchanlik xususiyatini ham tilga olib, uni «yaxshi o‘tkazgich» deb atashimiz mumkin. Lekin, intermetallid birikma esa buning tamomila aksi bo‘lishi mumkin. Masalan, tarkibida aslida yaxshi elektr o‘tkazgich bo‘lgan metallga ega bo‘lgan intermetallidning o‘zi tokni umuman o‘tkazmaydigan, ya’ni, izolyator bo‘lishi ham mumkin (bunday misollar talaygina). Maqola boshida aytilganidek, intermetallidlar — hali yaxshi o‘rganilmagan kimyoviy birikmalar bo‘lib, intermetallidlar fizikasi va kimyosi shu choqqacha asosan faqat empirik yo‘l bilan rivojlanmoqda. Ya’ni, intermetallidlarni o‘rganishda kimyo fanida ham, fizikada ham hali tuzukroq sistematik nazariyaning o‘zi yo‘q. Olingan barcha zamonaviy ma’lumotlarni olimlar intermetallid birikmalarni sinab ko‘rish, kuzatish va tajribalarda qo‘llash orqali yig‘ishgan. Buning sababi juda oddiy. Intermetallidlarning kristall struktura tuzilishi va kimyoviy bog‘lanishlari orasidagi o‘zaro uzviylik aynan qayerdaligi, yoki aynan nimada namoyon bo‘lishini nazariy jihatdan asoslash juda mushkul. Ushbu mushkullikni yanada chigallashtiradigan jihat shuki, intermetallidlarning kristall struktura tuzilishi va elektronlarining tartiblanishidan kelib chiquvchi (elektronlarning energetik pog‘onalarda joylashuvidan) kimyoviy xossalarining o‘zaro bog‘liqlik qonuniyatlari ham hali juda murakkab bo‘lib, haligacha mukammal o‘rganilgan emas.

Masalan, o‘rta maktab kimyo darsliklaridan ham ma’lumki, elementlar orasida kovalent bog‘lanish degan tushuncha bor. Ya’ni, ikki xil atom o‘zaro birikma hosil qildi. Natijada ularning orbitalari birlashib, har ikkala atom o‘rtasida umumiylashdi. Bundan esa kimyoviy bog‘ yuzaga keldi va elektronlar orbitalar bo‘ylab tegishli tartib bilan joylashdi. Bunday tarzda yuzaga kelgan birikmalarni biz kovalent birikmalar deb ataymiz va ularning kimyoviy jihatdan struktura tuzilishini aniq ayta olamiz. Ya’ni, 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 ma’lumot bera oladilar va bunda, elektronlarning kationdan anionga deyarli to‘liq uzatilishi haqida so‘z qotishadi. 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 ba’zi anion zarralar orasidagi o‘zaro ta’siri ko‘rib chiqiladi. Kimyo bunday birikmalarni ligandlar deb ataydi va bunday birika, kompleks birikma hosil qiluvchi atrofida maydon yuzaga keltiradi deyiladi. Ko‘rib turibsizki, bu kabi birikmalarni nazariy asoslash va tuzilishini bayon qilishi nisbatan oson va tushunarli.

Lekin, intermetallidlarni bayon qilishda bilan bunday osonlik yo‘q. Bunda endi biroz o‘zgacha yondoshuv lozim.

Tarixga nazar tashlaydigan bo‘lsak, aslida, intermetallidlar insoniyatga juda qadimdan ma’lum. Lekin, yuqorida aytganimizdek, intermetallidlarni odamlar har doim «qotishma» deb atab kelishgan. Alkimyogarlar zamonasigacha ham, ba’zi intermetallidlarni sof metall deb o‘ylashgan. Masalan, latun haqida ko‘pchilik biladi va uni hamma qotishma deb o‘ylaydi. Bu esa xato. Chunki, latun aslida mis va ruxning kimyoviy birikmasidir. Shuningdek, bronza ham. Bronza ham mis va qalayning kimyoviy birikmasi bo‘ladi. Bronzaning esa turlari ko‘p. Turiga qarab, bronzalar ham har xil kimyoviy va fizik xossalar namoyon qiladi. Masalan, bir turdagi bronza yumshoq va oson ishlov beriladigan bo‘lib, undan ziynat buyumlari, ya’ni, taqinchoqlar yasaladi. Boshqa bir turdagi bronza esa mutlaqo boshqacha kimyoviy va fizik xossalarni namoyon qiladi. Masalan, akustik bronza jarangdor tovush chiqarishi tufayli, undan qo‘ng‘iroqlar yasaladi. Taqinchoq yasaydigan va qo‘ng‘iroq quyiladigan bronzaning kimyoviy tarkibi ham har xil. Shuning uchun ular turlicha xossalarga egadirlar. Intermetallidlar borasida shunga o‘xshash boshqa misollar ham bisyor.

Intermetallidning xossalari va kimyoviy strukturasi hamda, tarkibi o‘rtasidagi bog‘liqlik haqida biroz to‘xtalib o‘tsak.

Misol uchun, intermetallidning eng odatiy tuzilishini olib qaraymiz. Unda yuqori koordinatsion songa ega bo‘ladi. Metall o‘zi 10 yoki 12 ko‘rinishidagi koordinatsion songa ega bo‘lishi mumkin. Kam hollarda bundan ham katta koordinatsiya soniga ega bo‘lgan metallarni bilamiz. Kimyoviy bog‘ hosil qilishga moyil bo‘lgan metall, yoki, ishqoriy metallning orbitallar soniga nazar tashlasak, ularning atiga to‘qqizta ekanini va ular yoki valent hududda, yoki, valent-oldi faol energetik pog‘onada joylashishini ko‘ramiz. Bunga asosan esa, biz ko‘pi bilan to‘qqizta bog‘ni tushuntirib bera olamiz. Lekin, odatda, intermetallidlarda bunday bog‘lar bundan ancha ko‘p bo‘ladi.

Yana bir qiziq va murakkab tarafi shundaki, zamonaviy kimyoga ma’lum intermetallidlarda aynan bir turdagi metall atomlarining turli xil koordinatsion tarkib bilan mavjud bo‘lishi aniqlangan. Masalan, g‘aroyib magnit xossasiga ega bo‘lgan bir turdagi intermetallidda temir atomlarining birvarakayiga to‘rt xil koordinatsion son bilan, ya’ni, 6, 7, 8 va 9 holati bilan mavjud bo‘lishi ma’lum.

Bunday tarkibdagi kimyoviy strukturani elektron xossalarini o‘rganish juda qiyin va shu sababli ham, bunday birikmalarni tadqiq qilishda odatda empirik qoidalardan foydalanilmoqda. Empirik qoidalar o‘zi ham talaygina. Aytib o‘tilgan latun va bronzaning elektron xossalarini birinchi bo‘lib ingliz metallshunos olimi Uilyam Yum-Rozeri (1899-1968) 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 olishdi.

Lekin, ilm-fan o‘zi ham ilg‘or qadamlar bilan rivojlanmoqda va kimyogarlar qarshisida yangi-yangi intermetallidlar paydo bo‘lmoqda. Hozirda kimyo fanida intermetallidlarning o‘zining ichida ham alohida ichki turkum — kompleks metall qotishmalari oilasi yuzaga kelgan. Ular ham, aslida kimyoviy birikmalar bo‘lishiga qaramay, «qotishma» deb atalayotgani qiziq.

Intermetallid birikmalar hali yaxshi o‘rganilmagan bo‘lishiga qaramay, ularning amaliy ahamiyatini shubha ostiga olish to‘g‘ri emas. Ularning xossalarini mukammal tadqiq qilgan holda, keyinchalik, kelajakda insoniyatning amaliy ehtiyojlari uchun xizmat qilishga yo‘llash mumkin. Masalan, bronza va latun singari intermetallidlarning amaliy ahamiyatini biz yaxshi bilamiz. Bu ularning metallurgiya sohasidagi qo‘llanish jabhasidir. Intermetallidlar katta istiqbol bilan qo‘llanishi mumkin bo‘lgan yana bir soha — mikro- va nano-elektronikadir. Ba’zi intermetallidlar esa o‘ta o‘tkazuvchanlik xossasini ham namoyon etishi bu bora hali inqilobiy o‘zgarishlar ham bo‘lishi mumkinligiga umid bermoqda.

Chunki, hozirgi paytda ma’lum yuqori haroratli keramik va metallmas o‘ta o‘tkazgichlarning eng katta salbiy jihati shundaki, ular yuqori haroratda o‘ta o‘tkazuvchanlik xossasiga o‘tish jarayonida tok zichligiga bardosh bera olmaydi va kuchli magnit maydonlariga ham o‘ta ta’sirchan bo‘lib, magnit maydoni ta’sirida yana o‘zining o‘ta o‘tkazgich xossasini yo‘qotadi. Nb₃Sn, Nb₃Ge, V₃Ga, tarkibli intermetallidlar esa atiga 20 kelvin va undan yuqori haroratdayoq o‘ta o‘tkazgich xossasiga ega bo‘ladi va eng asosiysi, ular 30 teslagacha bo‘lgan magnit maydonlariga bardosh bera oladi. Bu juda yaxshi ko‘rsatkichdir. Shu sababli ham, bunday intermetallidlardan tayyorlangan o‘ta o‘tkazgichlarni Katta Adron Kollayderi singari o‘ta muhim ilmiy obyektlarda ham qo‘llaniladi.

Intermetallidlar qo‘llaniladigan yana bir qiziq va muhim soha bu — shakl hafizasiga (shakl xotirasiga) ega buyumlar va konstruksiyalar tayyorlash sohasidir. Ko‘pchilik yana o‘sha «qotishma» deb o‘ylaydigan va aslida titan va nikelning kimyoviy birikmasidan iborat intermetallid bo‘lgan 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 o‘zgartirilsa ham, soviganidan keyin u yana o‘zining avvalgi, boshlang‘ich shakliga kelib qoladi.

Shuningdek, intermetallidlarni qo‘llashda yana boshqa, ajoyib jihatlar ham mavjud. Masalan, har ikkisi ham oson ishlov beriladigan, yumshoq, yarqiroq va elektr tokini ham juda yaxshi o‘tkazadigan metallarni olamiz va ulardan intermetallid birikma hosil qilamiz. Boshlang‘ich metallar yumshoq, yarqiroq va elektr tokini ham juda yaxshi o‘tkazadigan bo‘lishiga qaramasdan, ulardan hosil bo‘lgan intermetallid mo‘rt, xira va tokni ham o‘tkazmaydigan bo‘lib chiqadi. Kimyoda bunday intermetallidlar allaqachon ma’lum va quvonarlisi shundaki, ularning kristall strukturasi ham ancha yaxshi o‘rganilgan. Masalan, ruteniy va galliyning RuGa₂ ko‘rinishidagi birikmasi, yoki, temir va galliyning FeGa₃ ko‘rinishidagi birikmasi shunday xossaga ega. Ular garchi metallardan tarkib topgan bo‘lsa-da, issiqlikni ham, elektr tokini ham juda yomon o‘tkazadi. Aynan shu xossasiga ko‘ra, bunday intermetallidlardan termoelektr o‘zgartirgichlar tayyorlanadi. Ya’ni, ular elektr energiyasini issiqlik energiyasiga va aksincha o‘zgartirib berishi mumkin. Aynan shu vazifani bajaradigan kompressor hamda, generatorlardan farqli o‘laroq, bunday intermetallidlardan tayyorlangan o‘zgartirgichlar shovqinsiz ishlaydi va qandaydir, doim nazorat talab etiladigan dinamik harakatdagi qismlarga ega bo‘lmaydi. Ya’ni, ularga doimiy nazorat va boshqaruv zarur emas. Shuningdek, ular muntazam texnik xizmat va ta’mir ham talab etmaydi. Shu jihatdan, bunday o‘zgartirgichlarning xizmat muddati yetarlicha uzoq (25-30) yilgacha bo‘lishi mumkin.

Maqola avvalida aytilganidek, intermetallid birikmalar hali unchalik ham yaxshi o‘rganilmagan bo‘lib, shunga ko‘ra, bu sohaga oid kelgusi tadqiqotlar hali biz uchun yana boshqa-boshqa, balki kutilmagan amaliy qo‘llash 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 bog‘liqliklar qonuniyatlarini o‘rganishda mushkulotlar paydo qiladi. Demoqchimizki, intermetallidlar fizikasi va kimyosi — kelajagi yorqin va amaliy ahamiyati ham katta bo‘lgan muhim fan sohasidir. Yosh kimyogar, fizik, va mexanik olimlar va tadqiqotchilar o‘z ilmiy faoliyatlarini ushbu mavzuga ham qaratishlari foydadan holi bo‘lmaydi.

Intermetallidlarni tadqiq qilish sohasida hozirgi asosiy dolzarb vazifa — bunday birikmalarda elektronlarning qay tariqa o‘zaro ta’sirlashishi mexanizmlarining tagiga yetishdir.