Свойства кристаллических тел


Назовите отличие аморф. тел от кристалл.

Кристаллические тела — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Порядок атомов может быть дальний и ближний.

Аморфные тела не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней. Также они, как правило, изотропны (не обнаруживают различных свойств в разных направлениях). Не имеют определённой точки плавления.

Кристаллы характеризуются пространственной периодичностью в расположении равновесных положений атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек.

2.Что такое кристаллическая решётка?

Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек (атомов), которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению. Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с центрами молекул.

3.Что такое узлы кристаллической решётки?

Точки размещния частиц

называют узлами кристаллической решѐтки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в

узлах кристаллической решѐтки, и характера

связи между ними различают 4 типа

кристаллических решѐток: ионные, атомные,

молекулярные, металлические.

4.Чем отличаются монокристаллы от поликристаллов?

Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств

Поликристалл — агрегат мелких кристаллов какого-либо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами.

5.Как можно классифицировать кристаллы?

Виды кристаллов

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

Идеальный кристалл- Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.

Реальный кристалл- Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

6.Что такое ионная связь?

Ионная связь, электровалентная связь, гетеровалентная связь, один из видов химической связи, в основе которого лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами.

7.Что такое ковалентная связь?

Ковалентная связь, один из видов химической связи между двумя атомами, которая осуществляется общей для них электронной парой (по одному электрону от каждого атома). К. с. существует как в молекулах (в любых агрегатных состояниях), так и между атомами, образующими решетку кристалла.

8. Какие типы кристалл. систем Вы знаете?

В зависимости от пространственной симметрии, все кристаллические решётки подразделяются на семь кристаллических систем.

1. триклинная сингония — наименьшая симметрия, нет одинаковых углов, нет осей одинаковой длины;

2. моноклинная сингония — два прямых угла, нет осей одинаковой длины;

3. ромбическая сингония — три прямых угла (поэтому ортогонально), нет осей одинаковой длины;

4. гексагональная сингония — две оси одинаковой длины в одной плоскости под углом 120°, третья ось под прямым углом;

5. тетрагональная сингония — две оси одинаковой длины, три прямых угла;

6. тригональная сингония — три оси одинаковой длины и три равных угла, не равных 90°;

7. кубическая сингония — высшая степень симметрии, три оси одинаковой длины под прямым углом.

Кристаллические тела и их свойства

Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 14.11.2014 17:19 Просмотров: 13360

В твёрдых телах частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены настолько близко друг к другу, что силы взаимодействия между ними не позволяют им разлетаться.

Эти частицы могут лишь совершать колебательные движения вокруг положения равновесия. Поэтому твёрдые тела сохраняют форму и объём.

По своей молекулярной структуре твёрдые тела разделяются на кристаллические и аморфные.

Строение кристаллических тел

Кристаллическая решётка

Кристаллическими называют такие твёрдые тела, молекулы, атомы или ионы в которых располагаются в строго определённом геометрическом порядке, образуя в пространстве структуру, которая называется кристаллической решёткой.

Этот порядок периодически повторяется по всем направлениям в трёхмерном пространстве. Он сохраняется на больших расстояниях и не ограничен в пространстве. Его называют дальним порядком.

Типы кристаллических решёток

Кристаллическая решётка — это математическая модель, с помощью которой можно представить, как расположены частицы в кристалле. Мысленно соединив в пространстве прямыми линиями точки, в которых расположены эти частицы, мы получим кристаллическую решётку.

Расстояние между атомами, расположенными в узлах этой решётки, называется параметром решётки.

В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах, кристаллические решётки бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические.

От типа кристаллической решётки зависят такие свойства кристаллических тел, как температура плавления, упругость, прочность.

При повышении температуры до значения, при котором начинается плавление твёрдого вещества, происходит разрушение кристаллической решётки.

Молекулы получают больше свободы, и твёрдое кристаллическое вещество переходит в жидкую стадию. Чем прочнее связи между молекулами, тем выше температура плавления.

Молекулярная решётка

В молекулярных решётках связи между молекулами не прочные. Поэтому при обычных условиях такие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии.

Твёрдое состояние для них возможно только при низких температурах. Температура их плавления (перехода из твёрдого состояния в жидкое) также низкая. А при обычных условиях они находится в газообразном состоянии.

Примеры — иод (I2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО2).

Атомная решётка

В веществах, имеющих атомную кристаллическую решётку, связи между атомами прочные.

Поэтому сами вещества очень твёрдые. Плавятся они при высокой температуре. Кристаллическую атомную решётку имеют кремний, германий, бор, кварц, оксиды некоторых металлов и самое твёрдое в природе вещество — алмаз.

Ионная решётка

К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся щёлочи, большинство солей, оксиды типичных металлов.

Так как сила притяжения ионов очень велика, то эти вещества способны плавиться только при очень высокой температуре. Их называют тугоплавкими. Они обладают высокой прочностью и твёрдостью.

Металлическая решётка

В узлах металлической решётки, которую имеют все металлы и их сплавы, расположены и атомы, и ионы.

Благодаря такому строению металлы обладают хорошей ковкостью и пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.

Чаще всего форма кристалла — правильный многогранник.

Грани и рёбра таких многогранников всегда остаются постоянными для конкретного вещества.

Одиночный кристалл называют монокристаллом. Он имеет правильную геометрическую форму, непрерывную кристаллическую решётку.

Примеры природных монокристаллов — алмаз, рубин, горный хрусталь, каменная соль, исландский шпат, кварц. В искусственных условиях монокристаллы получают в процессе кристаллизации, когда охлаждая до определённой температуры растворы или расплавы, выделяют из них твёрдое вещество в форме кристаллов.

При медленной скорости кристаллизации огранка таких кристаллов имеет естественную форму. Таким способом в специальных промышленных условиях получают, например, монокристаллы полупроводников или диэлектриков.

Мелкие кристаллики, беспорядочно сросшиеся друг с другом, называются поликристаллами. Ярчайший пример поликристалла — камень гранит. Все металлы также являются поликристаллами.

Анизотропия кристаллических тел

В кристаллах частицы расположены с различной плотностью по разным направлениям.

Если мы соединим прямой линией атомы в одном из направлений кристаллической решётки, то расстояние между ними будет одинаковым на всём этом направлении. В любом другом направлении расстояние между атомами тоже постоянно, но его величина уже может отличаться от расстояния в предыдущем случае. Это означает, что на разных направлениях между атомами действуют разные по величине силы взаимодействия. Поэтому  и физические свойства вещества по этим направлениям также будут отличаться.

Это явление называется анизотропией — зависимостью свойств вещества от направления.

Электропроводность, теплопроводность, упругость, показатель преломления и другие свойства кристаллического вещества различаются в зависимости от направления в кристалле. По-разному в разных направлениях проводится электрический ток, по-разному нагревается вещество, по-разному преломляются световые лучи.

В поликристаллах явление анизотропии не наблюдается.

Свойства вещества остаются одинаковыми по всем направлениям.

Характеристика твердых тел.

Молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно. Расстояние между молекулами ≈ диаметру молекулы. Атомы или молекулы твердых тел колеблются около определенных положений равновесия.

Поэтому твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Если соединить центры положений равновесия атомом или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Твердые тела, в которых атомы или молекулы располо­жены упорядочение и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, назы­ваются кристаллами. Поэтому кристаллы имеют плоские грани (Крупинка поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы).

Физические свойства кристал­лических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных на­правлениях.

Анизотропия кристаллов – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления.

Например, различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям (Кусок слюды легко расслаивается в одном направлении, но разорвать его в направлении перпендикулярном пластинкам гораздо сложнее). Многие кристаллы по — разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Например, кристаллы кварца и турмалина по – разному преломляют свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Кристалл поваренной соли при раскалывании дробится на части, ограниченные пло­скими поверхностями, пересе­кающимися под прямыми угла­ми.

Эти плоскости перпендику­лярны особым направлениям в образце, по этим направлениям его прочность минимальна.

Анизотропия механических, тепловых, электрических и оп­тических свойств кристаллов объ­ясняется тем, что при упоря­доченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаи­модействия между ними и меж­атомные расстояния оказывают­ся неодинаковыми по различным направлениям.

Кристаллические тела делят­ся на монокристаллы и поли­кристаллы.

Монокристаллы это одиночные кристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям (анизотропия).

Монокристаллы ино­гда обладают геометрически пра­вильной внешней формой, но главный признак монокристалла — периодически повторяю­щаяся внутренняя структура во всем его объеме.

Поликристал­лическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентиро­ванных маленьких кристаллов — кристаллитов. Поликристалличе­скую структуру чугуна, напри­мер, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый ма­ленький монокристалл поликри­сталлического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изо­тропно.

Поликристаллы– это твердые тела состоящие из большого числа маленьких сросшихся кристалликов (металлы, кусок сахара).

Все направления внутри поликристаллов равноправны и свойства поликристаллов одинаковы по всем направлениям (изотропия).

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направле­ниям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердев­шей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела яв­ляются изотропными телами.

Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется бес­порядочностью расположения со­ставляющих их атомов и моле­кул. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов, нет строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры.

Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет.

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства по всем направлениям одинаковы (стекло, смола, пластмасса и т.д.).

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости (При сильном ударе кусок смолы раскалывается на кусочки, а при длительном нахождении смолы на твердой поверхности, смола постепенно растекается, и чем выше температура, тем быстрее это происходит.).

Тема 5.2 Механические свойства твердых тел. Виды деформаций. Упругость, прочность, пластичность, хрупкость. Закон Гука. Плавление и кристаллизация.

Внутреннее строение Земли и планет*

Деформацией твердого теланазывается изменение формы или объема тела под действием внешних сил.

Виды деформации.

Упругие деформацииэто деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил (пружина, резиновый шнур) и тело восстанавливает свою первоначальную форму.

Пластические деформации это деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил (пластилин, глина, свинец) и тело не восстанавливает свою первоначальную форму.

Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости F к площади поперечного сечения S тела:

;

Закон Гука:при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению .

Закон Гука выполняется при небольших деформациях ( участок ОА диаграммы).

1) , где — модуль упругости или модуль Юнга (он характеризует сопротивляемость материала упругой деформации); — относительная деформация (относительное удлинение); — начальная длина, ∆l – абсолютное удлинение тела.

∆l= l – l0

2) , где — коэффициент жесткости.

Диаграмма растяжения. (рис.)Для исследования деформации растяжения стержень при помощи специальных устройств подвергают растяжению, а затем измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение. По результатам опытов вычерчивают график зависимости напряжения от относительного удлинения , получивший название диаграммы растяжения (рис.).

Участок ОА – пропорциональная деформация; — предел пропорциональности (максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука); если увеличивать нагрузку, то деформация становится нелинейной, но после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются.

(Участок АВ- упругая деформация); — предел упругости; По мере увеличения нагрузки деформация нарастает все быстрее и при некотором значении напряжения, соответствующем на диаграмме точке С, удлинение нарастает практически без увеличения нагрузки.

Это явление называется текучестью материала (участок СD). Разрыв образца происходит после того, как напряжение достигает максимального значения , называемого пределом прочности (образец растягивается без увеличения внешней нагрузки вплоть до разрушения ).

Дата добавления: 2016-12-03; просмотров: 906 | Нарушение авторских прав

Похожая информация:

Поиск на сайте:

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВО ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА

Теоретические сведения

Вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Плазму часто называют четвертым агрегатным состоянием. Зависимость свойств вещества от агрегатного состояния указана в табл. 33.

Таблица 1

Свойства веществ в разных агрегатных состояниях

Состояние Свойство
Газообразное 1.

Способность принимать объем и форму сосуда 2. Сжимаемость 3. Быстрая диффузия (хаотичное движение молекул) 4. Екинетич. > Епотенц.

Жидкое 1.

Способность принимать форму той части сосуда, которую занимает вещество 2. Неспособность расширяться до заполнения сосуда 3. Незначительная сжимаемость 4. Медленная диффузия 5. Текучесть 6. Екинетич. = Епотенц.

Твердое 1. Способность сохранять свойственную форму и объем 2.

Незначительная сжимаемость (под давлением) 3. Очень медленная диффузия за счет колебательных движений частиц 4. Отсутствие текучести 5. Екинетич. < Епотенц.

Агрегатное состояние вещества определяется силами, действующими между молекулами, расстоянием между частицами и характером их движения.

В твердом состоянии частицы занимают определенное положение относительно друг друга.

Вещество обладает низкой сжимаемостью, механической прочностью, поскольку молекулы не имеют свободы движения, а только колебания. Молекулы, атомы или ионы, образующие твердое вещество, называют структурными единицами.

Твердые вещества делятся на аморфные и кристаллические
(табл.

34). Кристаллические вещества плавятся при строго определенной температуре Тпл, аморфные – не имеют резко выраженной температуры плавления; при нагревании они размягчаются (характеризуются интервалом размягчения) и переходят в жидкое или вязкотекучее состояние рис.

Таблица 2

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ

Вещество Характеристика
Аморфное 1.

Ближний порядок расположения частиц 2. Изотропность физических свойств 3. Отсутствие конкретной точки плавления 4. Термодинамическая нестабильность (большой запас внутренней энергии) 5. Текучесть Примеры: янтарь, стекло, органические полимеры и др.

Кристаллическое 1. Дальний порядок расположения частиц 2.

Анизотропность физических свойств 3. Конкретная температура плавления 4. Термодинамическая устойчивость (малый запас внутренней энергии) 5. Есть элементы симметрии Примеры: металлы, сплавы, твердые соли, углерод (алмаз, графит) и др.

Рис.

18. Изменение объема веществ при нагревании: а – кристаллических; б – аморфных

Внутреннее строение аморфных веществ характеризуется беспорядочным расположением молекул(табл.

34). Кристаллическое состояние вещества предполагает правильное расположение в пространстве частиц, составляющих кристалл, и образованиемкристаллической (пространственной) решетки Основной особенностью кристаллических тел является их анизотропия – неодинаковость свойств (тепло-, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и т.

д.) по разным направлениям, в то время как аморфные тела – изотропны. Твердые кристаллы – трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (элементарной ячейки) во всех направлениях. Элементарная ячейка представляет собой наименьший объем кристалла в виде параллелепипеда, повторяющегося в кристалле бесконечное число раз. Задают элементарную ячейку с помощью осей и углов (рис. 19).

Существуют основные параметры кристаллических решеток.

Энергия кристаллической решетки Екр., кДж/моль, –это энергия, которая выделяется при образовании 1 моля кристалла из микрочастиц (атомы, молекулы, ионы), находящихся в газообразном состоянии и удаленных друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие.

Константа кристаллической решетки d, [A0] –наименьшее расстояние между центром двух частиц в кристалле, соединенных химической связью.

Координационное число к.ч.

–число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называются узлами кристаллической решетки

Несмотря на многообразие форм кристаллов, их можно строго и однозначно классифицировать. Систематизация форм кристаллов была введена русским академиком А.В. Гадолиным (1867), она основана на особенностях симметрии кристаллов. В соответствии с геометрической формой кристаллов возможны следующие их системы (сингонии): кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, триклинная, гексагональная и ромбоэдрическая (рис.

20).

Рис. 20. Основные системы кристаллов

Одно и то же вещество может иметь различные кристаллические формы, которые отличаются по внутреннему строению, а значит, и по физико-химическим свойствам. Такое явление называется полиморфизмом.

Изоморфизмдва разных по природе вещества образуют кристаллы одинаковой структуры. Такие вещества могут замещать друг друга в кристаллической решетке, образуя смешанные кристаллы.

В зависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки и типа связей между ними кристаллы бывают четырех типов: молекулярные, атомные, ионные и металлические (рис.

21).

Рис.

21. Виды кристаллов

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных) называются молекулярными. Молекулы в таких кристаллических решетках соединены между собой сравнительно слабыми водородными, межмолекулярными и электростатическими силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления. Они малорастворимы в воде, не проводят электрический ток и обладают высокой летучестью.

Примерами веществ с молекулярными решетками являются лед, твердый углекислый газ («сухой лед»), твердые галогенводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F2, Cl2, Br2, J2, H2, N2,O2), трех- (O3), четырех- (P4), восьми- (S8) атомными молекулами.

Большинство кристаллических органических соединений также имеют молекулярную решетку.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называют атомными (ковалентными).

Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями.

Примером кристалла с атомной кристаллической решеткой может служить алмаз (рис. 21) – одна из модификаций углерода. Данный кристалл состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами (к.ч. = 4).

Число веществ с атомной кристаллической решеткой велико.

Все они имеют высокую температуру плавления, не растворимы в жидкостях, обладают высокой прочностью, твердостью, имеют широкий диапазон электропроводимости (от изоляторов и полупроводников до электронных проводников). Атомная кристаллическая решетка характерна для элементов III и IV групп главных подгрупп (Si, Ge, B, C).

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером образования ионной кристаллической решетки может служить кристалл хлорида натрия (NaCl) (рис.

21). Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают высокой твердостью, хрупкостью, являются тугоплавкими и малолетучими. Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и ослаблению прочности связи между ними. Поэтому расплавы, растворы таких кристаллов проводят электрический ток. Вещества с ионными кристаллическими решетками легко растворяются в полярных жидкостях, являются диэлектриками.

Ионные кристаллические решетки образуют многие соли, оксиды, основания.

Кристаллическая решетка, состоящая из атомов и ионов металлов, соединенных металлической связью (рис. 21), называется металлической.

Металлическая решетка является, как правило, весьма прочной. Этим объясняются свойственные большинству металлов твердость, малая летучесть, высокая температура плавления и кипения.

Она же обусловливает такие характерные свойства металлов как электро- и теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, непрозрачность, фотоэффект. Металлической кристаллической решеткой обладают чистые металлы и сплавы.

Читайте также:

Свойства кристаллических и аморфных веществ

Одно из основных свойств кристалла — однородность. Однородным должно считаться тело, в котором на конечных расстояниях от любой его точки найдутся другие, эквивалентные ей не только в физическом отношении, но и геометрическом; т.

е. находятся в таком же окружении, как и исходные, поскольку размещением материальных частиц в кристаллическом пространстве «управляет» пространственная решетка, можно считать, что грань кристалла — это материализованная плоская узловая решетка, а ребро — материализованный узловой ряд. Как правило, хорошо развитые грани кристалла определяются узловыми сетками с наибольшей густотой расположения узлов.

Точка, в которой сходятся три и более граней, называется вершиной кристалла.

Анизотропность — это способность кристалла проявлять различные свойства в разных направлениях. Поскольку различные направления в кристаллической структуре вещества, построенного по закону трехмерной периодичности, могут и иметь неодинаковые расстояния между атомами (узлами), а следовательно, и разные по силе химические связи, то и свойства по таким направлениям могут отличаться, а сами кристаллы будут анизотропны относительно этих свойств.

Если свойство не изменяется в зависимости от направления, то вещество изотропно.

Способность самоограняться, т. е. при определенных условиях принимать естественную многогранную форму. В этом также проявляется его правильное внутреннее строение.

Именно это свойство отличает кристаллическое вещество от аморфного. Иллюстрацией этому служит пример. Два выточенных из кварца и стекла шарика опускают в раствор кремнезема. В результате шарик кварца покроется гранями, а стеклянный останется круглым.

Кристаллы построены из материальных частиц — ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. Для описания порядка расположения частиц в пространстве их стали отождествлять с точками.

Из такого подхода постепенно сформировалось представление о пространственной, или кристаллической, решетке как о бесконечном трехмерном периодическом образовании. В ней выделяют узлы (отдельные точки, центры тяжести атомов и ионов), ряды (ряд— совокупность узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки (плоскости, проходящие через любые три узла).

Таким образом, кристаллическое вещество имеет строго закономерное (решетчатое, или ретикулярное) внутреннее строение (от лат. reticulum — сеточка).

Одна из главнейших особенностей кристаллических структур — закономерная повторяемость в пространстве их узлов, рядов и плоских сеток. Отсюда характерные свойства кристаллических веществ:

а)однородность строения (однородностью кристалла назовём одинаковость узора взаимного расположения атомов во всех частях его объема); 
б) анизотропия (в изотропных телах все свойства — теплопроводность, электропроводность, твёрдость царапания и т.д.

— одинаковы в любом направлении, а в анизотропных телах все свойства неодинаковы в непараллельных направлениях, т.е., например, в одном направлении электрический ток проходит быстрее, в другом — медленнее) 
в) симметричность. 

Важным свойством кристаллических веществ является способность самоограняться.

При свободном росте из растворов кристаллы, как правило, ограничиваются плоскими гранями и прямыми ребрами, принимая многогранную форму.


Срез минерала родохрозит

Были исследованы возможные простейшие варианты построения кристаллических решеток в соответствии с законами их симметрии. О. Бравэ доказал, что существует только 14 типов полиэдров, из которых можно "собрать" любую пространственную решетку, а Е.С.Федоров установил, что для этих решеток имеется 230 симметрийных законов расположения частиц.

Разные количественные соотношения химических элементов в минералах, 14 типов кристаллических решеток и 230 законов расположения частиц, — все это дает бесконечное число реальных структур и минералов.

Твердые тела могут существовать в двух существенно различных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, и, соответственно, свойствами. Это кристаллическое и аморфное состояние твердых тел монокристаллом или просто кристаллом.

В других случаях тело представляет собой множество мелких кристалликов, причудливо сросшихся между собой, например, кусок рафинада. Такие тела называют поликристаллическими.

Процесс кристаллизации не совершается мгновенно, а требует определенного времени. Иногда одно и то же вещество может затвердевать как в кристаллической, так и в аморфной форме.

Например, если расплавленный доменный шлак охлаждать медленно, то он затвердевает в кристаллической форме, а если охлаждать быстро, выливая расплав в холодную воду, то шлак затвердевает в аморфной форме.

При быстром охлаждении (например, расплавленного кварца) может произойти затвердевание без кристаллизации с сохранением хаотического (неупорядоченного) расположения атомов. Так образуется аморфное вещество — в данном случае кварцевое стекло. При этом свойства материала существенно различаются.

Аморфные тела можно рассматривать как сильно охлажденные жидкости с очень высоким коэффициентом вязкости. У них наблюдаются слабо выраженные свойства текучести.

Например, куски воска или битума, находящиеся в воронке, со временем принимают ее форму. Поэтому, строго говоря, твердыми следует называть только кристаллические тела.

Таким образом, кристаллическими называют тела, в которых атомы и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке, а аморфными — в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно.

Стеклообразные тела также относятся к разряду аморфных, так как внутри них нет кристаллов.

Аморфные тела можно рассматривать как сильно охлажденные жидкости с очень высоким коэффициентом вязкости. У них наблюдаются слабо выраженные свойства текучести. Например, куски воска или битума, находящиеся в воронке, со временем принимают ее форму. Поэтому, строго говоря, твердыми следует называть только кристаллические тела.

Отсюда следуют основные различия в свойствах кристаллических и аморфных тел.

Если наблюдать процесс плавления и затвердевания кристаллических и аморфных тел, то можно заметить, что кристаллические тела имеют точку плавления Гпл, при которой вещество находится в устойчивом состоянии в обеих фазах — в твердой и жидкой, аморфные же тела, постепенно размягчаясь при нагревании, не имеют определенной температуры, соответствующей переходу твердой фазы в жидкую.

Таким образом, с энергетической стороны имеет место принципиальное различие между кристаллическими и аморфными телами, состоящее в том, что процесс плавления и затвердевания кристаллических тел сопровождается определенным тепловым эффектом.

У аморфных же тел этого теплового эффекта нет.

Различие в строении кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах.

Так, аморфные вещества, обладая большим запасом свободной энергии, химически более активны, чем кристаллические вещества такого же состава. Например, расплав доменного шлака, используемый для получения шлакопортландцемента, охлаждают по специальному ускоренному режиму для получения гранулированного шлака стеклообразного строения, обладающего повышенной химической активностью.

Аморфное строение имеют горные породы, применяемые в качестве активных минеральных добавок к цементам (туфы, пемзы, опоки, трепелы, диатомиты), смолы, пластмассы и др.

Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т.

д.) от направления внешнего воздействия. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур.

В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела.

Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества.

Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl. Такие кристаллы называются ионными.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию стекол, например при получении ситаллов и шлакоситаллов, стеклокремнезита.

Физические свойства твердого тела можно разделить на две категории: одна из них включает такие свойства, как плотность, удельная теплоемкость, которые не связаны с выбором какого-либо направления внутри твердого тела; свойства же другой категории — механическая прочность, модуль деформаций, термический коэффициент расширения, коэффициент теплопроводности и другие — могут быть различными для разных направлений в твердом теле.



Кристаллические тела обладают различными свойствами в различных направлениях.

Это явление, называемое анизотропией, объясняется тем, что в кристаллических решетках расстояние между атомами (ионами), а следовательно, и взаимодействие их между собой в различных направлениях неодинаковы; свойства металлов определяются взаимодействием атомов (ионов).

Если взять одиночный кристалл меди (или, как его называют, монокристалл) и вырезать из него образцы в различных направлениях (рис. 4), то свойства таких образцов будут различны.

Прочность может изменяться в 2–2,5 раза, пластичность, т.е.

способность деформироваться, — в 5–6 раз, в зависимости от направления, в котором был вырезан образец.

Однако такое различие свойств наблюдается только у монокристаллов.

Монокристаллы больших размеров получают искусственным путем.

В естественных условиях металлы являются телами поликристаллическими,т.е. они состоят из большого числа по-разному ориентированных мелких кристалликов.

Обычно размер каждого мелкого кристаллика определяется долями миллиметра.

Каждый кристаллик расположен по-своему, но свойства по всем направлениям оказываются примерно равными.

Другой особенностью кристаллов является существование вполне определенных плоскостей — плоскостей скольжения (спайности), по которым происходит перемещение атомов (ионов) кристаллической решетки при механическом воздействии.

Очень хорошо плоскости спайности выявляются у кристаллов слюды, которая расщепляется по этим плоскостям.

Важным свойством чистых металлов как кристаллических тел является наличие определенной температуры плавления. Аморфные тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при изменяющейся температуре, а кристаллические — при постоянной температуре.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *