Фізичні властивості кристалічних тіл. тверді тіла
Тверді тіла.
Ввідміну від рідин тверді тіла володіють пружністю форми При будь-яких спробах змінити геометрію твердого тіла в ньому виникають пружні сили, що перешкоджають цьому впливу. Виходячи з особливостей внутрішньої структури твердих тіл, розрізняють кристалічні і аморфні тверді тіла. Кристали і аморфні тіла істотно розрізняються між собою за багатьма фізичними властивостями.
аморфні тілаза своєю внутрішньою структурою дуже нагадують рідини, тому їх часто називають переохолоджених рідин . Як і рідини, аморфні тіла структурно ізотропні. Їх властивості не залежать від розглянутого напрямку. Пояснюється це тим, що в аморфних тілах, так само, як і в рідинах зберігається ближній порядок (Координаційне число), а дальній (довжини і кути зв'язків) отсутствует.Етімі забезпечується повна однорідність всіх макрофізіческіх властивостей аморфного тіла. Типовими прикладами аморфних тіл є скла, смоли, бітуми, бурштин.
Кристалічні тіла, на відміну від аморфних, мають чітку впорядковану мікроструктуру, яка зберігається на макрорівні і проявляється зовні у вигляді дрібних зерен з плоскими гранями і гострими ребрами, званих кристалами.
Поширені в природі кристалічні тіла (метали і сплави, цукор і кухонна сіль, лід і пісок, камінь і глина, цемент і кераміка, напівпровідники і т д) зазвичай є полікристала, що складаються з хаотично орієнтованих, зрощених між собою монокрісталліков (кристаллитов), розміри яких становлять близько 1 мкм (10 -6 м) Однак іноді зустрічаються монокристали досить великих розмірів. Наприклад, монокристали гірського кришталю досягають людського зросту В сучасній техніці монокристали грають важливу роль, тому розроблена технологія їх штучного вирощування.
Усередині монокристалла атоми (іони) речовини розміщуються з дотриманням далекого порядку, в вузлах чітко орієнтованої в просторі геометричної структури, що отримала назву кристалічної решітки Кожна речовина утворює в твердому стані свою, індивідуальну по геометрії кристалічну решітку. Її форма визначається структурою молекул речовини. В решітці завжди може бути виділена елементарна осередок, яка зберігає всі її геометричні особливості, але включає в себе мінімально можливе число вузлів.
Монокристали кожного конкретного речовини можуть мати різні розміри. Однак всі вони зберігають однакову геометрію, яка проявляється в збереженні постійних кутів між відповідними гранями кристала. Якщо форма монокристалла буде примусово порушена, то він при подальшому вирощуванні з розплаву або просто при нагріванні обов'язково відновлює свою колишню форму. Причиною такого відновлення форми кристала є відоме умова термодинамічної стійкості - прагнення до мінімуму потенційної енергії. Для кристалів це умова сформульована незалежно один від одного Дж У. Гіббс, П Кюрі і Г. В. Вульфом у вигляді принципу: поверхнева енергія кристала повинна бути мінімальною.
Однією з найбільш характерних особливостей монокристалів є анізотропія їх багатьох фізико-механічних властивостей. Наприклад, твердість, міцність, крихкість, теплове розширення, швидкість поширення пружних хвиль, електропровідність і теплопровідність багатьох кристалів можуть залежати від напрямків в кристалі. У полікристалах анізотропія практично не проявляється тільки через хаотичну взаємної орієнтації утворюють їх дрібних монокрісталліков. Вона пов'язана з тим, що в кристалічній решітці відстані між вузлами в різних напрямках в загальному випадку виявляються суттєво різними.
Іншою важливою особливістю кристалів можна вважати те, що вони плавляться і кристалізуються при постійній температурі, в повній відповідності з термодинамічної теорії фазових переходів першого роду. У аморфних твердих тіл чітко виражений фазовий перехід відсутній. При нагріванні вони розм'якшуються плавно, в широкому інтервалі зміни температури Це означає, що у аморфних тіл немає певної регулярної структури і при нагріванні вона руйнується поетапно, тоді як кристали при нагріванні руйнують однорідну кристалічну решітку (з її далеким порядком) строго при фіксованих енергетичних умовах, а отже, і при фіксованій температурі.
Деякі тверді речовини здатні існувати стійко як в кристалічному, так і в аморфному станах. Характерним прикладом може служити скло. При досить швидкому охолодженні розплаву скло стає дуже в'язким і твердне, не встигаючи придбати кристалічну структуру. Однак при дуже повільному охолодженні, з витримкою на певному температурному рівні те ж саме скло кристалізується і набуває специфічні властивості (такі скла називають сіталл ). іншим типовим прикладом є кварц. У природі він зазвичай існує у вигляді кристала, а з розплаву завжди утворюється аморфний кварц (його так і називають плавленим кварцом ). Досвід показує, що чим складніше молекули речовини і чим сильніше їх міжмолекулярні зв'язки, тим легше при охолодженні отримати тверду аморфну \u200b\u200bмодифікацію.
Твердим тілом називається агрегатний стан речовини, що характеризується постійністю форми і об'єму, причому теплові руху частинок в них є хаотичні коливання частинок щодо положень рівноваги.
Тверді тіла поділяються на кристалічні і аморфні.
Кристалічні тіла - це тверді тіла, що мають впорядковане періодично повторюється розташування частинок.
Структура, для якої характерно регулярне розташування частинок з періодичної повторюваністю в тих вимірах, називається кристалічною решіткою.
малюнок 53.1
Характерною особливістю кристалів є їх анизотропность - залежність фізичних властивостей (пружних, механічних, теплових, електричних, магнітних) від напрямку. Анізотропія кристалів пояснюється тим, що щільність розташування частинок за різними напрямками неоднакова.
Якщо кристалічне тіло складається з єдиного кристала, воно називається монокристалом. Якщо тверде тіло складається з безлічі хаотично орієнтованих кристалічних зерен, воно називається полікристала. У полікристалах анізотропія спостерігається тільки для окремих дрібних кристаликів.
Тверді тіла, фізичні властивості яких однакові в усіх напрямках (ізотропні), називаються аморфними. Для аморфних тіл, як і для рідин, характерний ближній порядок в розташуванні частинок, але, на відміну від рідин, рухливість частинок в них довольномала.
Органічні аморфні тіла, молекули яких складаються з великого числа однакових довгих молекулярних ланцюжків, з'єднаних хімічними зв'язками, називаються полімерами (наприклад, каучук, поліетилен, гума).
Залежно від роду частинок, розташованих у вузлах кристалічної решітки і від характеру сил взаємодії між частинками, розрізняють 4 фізичних типу кристала:
іонні кристали, Наприклад, NaCl. У вузлах кристалічної решітки знаходяться іони різних знаків. Зв'язок між іонами обумовлена \u200b\u200bсилами кулонівського тяжіння і називається такий зв'язок іонної.
атомні кристали, Наприклад, З (Алмаз), Ge, Si. У вузлах решітки знаходяться нейтральні атоми, утримуються там завдяки нековалентним зв'язків, що виникають за рахунок обмінних сил, що мають чисто квантовий характер.
металеві кристали. У вузлах кристалічної решітки розташовуються позитивні іони металу. Валентні електрони в металах слабо пов'язані зі своїми атомами, вони вільно переміщаються по всьому об'єму кристала, утворюючи так званий «електронний газ». Він пов'язує між собою позитивно заряджені іони.
молекулярні кристали, наприклад, нафталін, - в твердому стані (сухий лід). Вони складаються з молекул, пов'язаних між собою силами Ван-дер-Ваальса, тобто сили взаємодії індукованих молекулярних електричних диполів.
§ 54. Зміна агрегатного стану
І в рідинах і в твердих тілах завжди є певна кількість молекул, енергія яких достатня для подолання тяжіння до інших молекул, і які здатні залишити поверхню рідини або твердого тіла. Такий процес для рідини називається випаровуванням (Або паротворенням), для твердих тіл - сублімацією (Або сублімацією).
конденсацією називається перехід речовини внаслідок його охолодження або стиснення з газоподібного стану в рідке.
малюнок 54.1
Якщо число молекул, що залишають рідину за одиницю часу через одиничну поверхню, дорівнює кількості молекул, які переходять з пари в рідину, то настає динамічна рівновага між процесами випаровування та конденсації. Пар, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченим.
плавленням називається перехід речовини з кристалічного 9твердого) стану в рідке. Плавлення відбувається при певній, зростаючої зі збільшенням зовнішнього тиску, температури плавлення Т пл.
малюнок 54.2
У процесі плавлення теплота Q, що повідомляється речовині, йде на здійснення роботи по руйнуванню кристалічної решітки, і тому (рис. 54.2, а) до розплавлення всього кристала.
Кількість теплоти L, необхідне для розплавлення 1 кг речовини, називається питомою теплотою плавлення.
Якщо рідина охолоджувати, то процес піде в зворотному напрямку (рис. 54.2, б), - кількість теплоти, що віддається тілом при кристалізації): спочатку температура рідини знижується, потім при постійній температурі, яка дорівнює Т пл , починається кристалізація.
Для кристалізації речовини необхідна наявність центрів кристалізації - кристалічних зародків, якими можуть бути як кристалики утворюється речовини, так і будь-які сторонні включення. Якщо в чистій рідині немає центрів кристалізації, то вона може бути охолоджена до температури, меншої температури кристалізації, утворюючи, при цьому переохолоджену рідина (ріс.б, - пунктир).
Аморфні тіла є переохолодженими рідинами.
Подробиці Категорія: Молекулярно-кінетична теорія Опубліковано 14.11.2014 17:19 Переглядів: 15569У твердих тілах частки (молекули, атоми і іони) розташовані настільки близько один до одного, що сили взаємодії між ними не дозволяють їм розлітатися. Ці частинки можуть лише здійснювати коливальні рухи навколо положення рівноваги. Тому тверді тіла зберігають форму і обсяг.
За своєю молекулярною структурою тверді тіла поділяються на кристалічні і аморфні .
Будова кристалічних тіл
Кристалічна решітка
Кристалічними називають такі тверді тіла, молекули, атоми чи іони в яких розташовуються в строго певному геометричному порядку, утворюючи в просторі структуру, яка називається кристалічною решіткою . Цей порядок періодично повторюється в усіх напрямках в тривимірному просторі. Він зберігається на великих відстанях і не обмежений в просторі. Його називають далеким порядком .
Типи кристалічних решіток
Кристалічна решітка - це математична модель, за допомогою якої можна уявити, як розташовані частки в кристалі. Подумки з'єднавши в просторі прямими лініями точки, в яких розташовані ці частинки, ми отримаємо кристалічну решітку.
Відстань між атомами, розташованими у вузлах цієї решітки, називається параметром решітки .
Залежно від того, які частки розташовані в вузлах, кристалічні решітки бувають молекулярні, атомні, іонні і металеві .
Від типу кристалічної решітки залежать такі властивості кристалічних тіл, як температура плавлення, пружність, міцність.
При підвищенні температури до значення, при якому починається плавлення твердої речовини, відбувається руйнування кристалічної решітки. Молекули отримують більше свободи, і тверде кристалічна речовина переходить в рідку стадію. Чим міцніші зв'язки між молекулами, тим вище температура плавлення.
молекулярна решітка
В молекулярних ґратах зв'язку між молекулами неміцні. Тому при звичайних умовах такі речовини знаходяться в рідкому або газоподібному стані. Тверде стан для них можливо тільки при низьких температурах. Температура їх плавлення (переходу з твердого стану в рідке) також низька. А при звичайних умовах вони знаходиться в газоподібному стані. Приклади - йод (I 2), «сухий лід» (двоокис вуглецю СО2).
атомна решітка
У речовинах, що мають атомну кристалічну решітку, зв'язку між атомами міцні. Тому самі речовини дуже тверді. Плавляться вони при високій температурі. Кристалічну атомну решітку мають кремній, германій, бор, кварц, оксиди деяких металів і саме тверде в природі речовина - алмаз.
іонна решітка
До речовин з іонним кристалічною решіткою відносяться лугу, більшість солей, оксиди типових металів. Так як сила тяжіння іонів дуже велика, то ці речовини здатні плавитися тільки при дуже високій температурі. Їх називають тугоплавкими. Вони мають високу міцність і твердістю.
металеві грати
У вузлах металевої решітки, яку мають всі метали і їх сплави, розташовані і атоми, і іони. Завдяки такій будові метали мають гарну ковкість і пластичністю, високою тепло- і електропровідністю.
Найчастіше форма кристала - правильний багатогранник. Грані і ребра таких багатогранників завжди залишаються постійними для конкретного речовини.
Одиночний кристал називають монокристалом . Він має правильну геометричну форму, Безперервну кристалічну решітку.
Приклади природних монокристалів - алмаз, рубін, гірський кришталь, кам'яна сіль, ісландський шпат, кварц. У штучних умовах монокристали отримують в процесі кристалізації, коли охолоджуючи до певної температури розчини або розплави, виділяють з них тверда речовина у формі кристалів. При повільній швидкості кристалізації ограновування таких кристалів має природну форму. Таким способом в спеціальних промислових умовах отримують, наприклад, монокристали напівпровідників або діелектриків.
Дрібні кристали, безладно зрощені один з одним, називаються полікристала . Найяскравіший приклад полікристала - камінь граніт. Всі метали також є полікристалів.
Анізотропія кристалічних тіл
У кристалах частки розташовані з різною щільністю за різними напрямками. Якщо ми з'єднаємо прямою лінією атоми в одному з напрямків кристалічної решітки, то відстань між ними буде однаковим на всьому цьому напрямку. У будь-якому іншому напрямку відстань між атомами теж постійно, але його величина вже може відрізнятися від відстані в попередньому випадку. Це означає, що на різних напрямках між атомами діють різні за величиною сили взаємодії. Тому і фізичні властивості речовини за цими напрямками також будуть відрізнятися. Це явище називається анізотропією - залежністю властивостей речовини від напрямку.
Електропровідність, теплопровідність, пружність, показник заломлення і інші властивості кристалічної речовини розрізняються залежно від напрямку в кристалі. По-різному в різних напрямках проводиться електричний струм, По-різному нагрівається речовина, по-різному переломлюються світлові промені.
У полікристалах явище анізотропії не спостерігається. Властивості речовини залишаються однаковими в усіх напрямках.
властивості рідин
1. Характеристика рідкого стану. Близький порядок.
2. Поверхневий натяг. Сили, що виникають на кривій поверхні. Формула Лапласа. Змочування і капілярні явища.
1. Характеристика рідкого стану. Рідкий стан, займає проміжне положення між газами і кристалами, Поєднує в собі деякі риси обох цих станів. для кристалічного стану характерно впорядковане розташування частинок (Атомів або молекул), в газах в цьому сенсі повний хаос. Згідно рентгенографическим дослідженням, щодо характеру розташування частинок рідини займають проміжне положення.
У розташуванні частинок рідини спостерігається так званий ближній порядок. Це означає, що по відношенню до будь-якої частинки розташування найближчих до неї сусідів є впорядкованим. Однак в міру віддалення від цієї частки розташування по відношенню до неї інших частинок стає все менш упорядкованим і досить швидко порядок в розташуванні частинок повністю зникає.
У кристалах має місце дальній порядок – впорядковане розташування частинок по відношенню до будь-якої частинки спостерігається в межах значного обсягу.
Оцінити структуру речовини дозволяє радіальна функція розподілу (В деяких підручниках вона називається парної функцією розподілу). Виберемо деяку молекулу як тіла відліку. Середнє число молекул в сферичному шарі об'ємом, що знаходяться на відстані r від обраної молекули (Рис. 10.1) позначимо dN (r). Імовірність виявити молекули в цьому сферичному шарі
випадку ідеального газу ніякі елементи обсягу не мають переваги і ймовірність знаходження частинки в даному обсязі пропорційно обсягу та g (r) \u003d1.
В ідеальному кристалі структура жорстка і все взаємні відстані є фіксованими (Рис. 10.2).
Піки відповідає вузлам решітки, а кінцева ширина лінії g (r) є наслідком коливань атомів щодо вузла в реальному кристалі.
більш згладжені, ніж у кристала). На далеких відстанях крива прагне до 1 як для ідеального газу.
впорядкована тільки орієнтація, Взаємне ж розташування, як і в звичайних рідинах, далекого порядку не виявляє.
2. Поверхневий натяг .
Молекули рідини розташовуються настільки близько один до одного, що сили тяжіння між ними мають значну величину. Взаємодія швидко зменшується з відстанню, починаючи з деякої відстані r (Радіус молекулярного дії). На кожну молекулу, що знаходиться в поверхневому шарі товщиною r , Буде діяти сила, спрямована всередину рідини (Рис. 10.5).
на збільшення потенційної енергії молекули. Тобто в поверхневому шарі молекули володіють додатковою потенційної енергією - поверхневої .
Через наявність діючих на молекули в поверхневому шарі сил, спрямованих всередину рідини, рідина прагне до скорочення своєї поверхні, Як якщо б вона була укладена в пружно розтягнуту плівку, яка прагне стиснутися (ніякої плівки насправді немає).
Уявімо плівку рідини (наприклад, мильну плівку), натягнуту на дротяну рамку, одна із сторін якої (перемичка) може переміщатися (Рис. 10.6). Завдяки прагненню поверхні зменшитися, на зволікання буде діяти сила. Вона спрямована по дотичній до поверхні рідини, перпендикулярно до ділянки контуру (довжина перемички), на який вона діє ().
рівну силі натягу плівки, тобто . Коефіцієнт 2 з'являється через те, що плівка має два поверхневих шару.
рідина поза полем зовнішніх сил буде приймати форму з мінімальною поверхнею, тобто форму кулі.
Тиск під викривленої поверхнею.
У разі викривленої поверхні сили поверхневого натягу прагнуть скоротити цю поверхню. (Рис. 10.7).
тиск в разі неіскрівлённой поверхні, причому\u003e 0 в разі опуклої поверхні, і<0, если поверхность вогнутая (в этом случае поверхностный слой, стремится сократиться, растягивает жидкость и давление уменьшается).
обчислимо додатковий тиск для сферичної поверхні рідини. Рассечём подумки сферичну краплю рідини діаметральної площиною на дві півкулі. Через поверхневого натягу
Лаплас узагальнив цю формулу на поверхню будь-якої форми.
Формула Лапласавиглядає так:
Змочування і капілярні явища.
Змочування - явище, що виникає при зіткненні рідини з поверхнею твердого тіла або іншої рідини. виражається, зокрема, в растекании рідини по твердій поверхні. Змочування викликає утворення меніска в капілярній трубці, визначає форму краплі на твердій поверхні і ін. (Зауважимо, що зазвичай змочування розглядають як результат межмолекурного взаємодії, однак змочування може бути результатом хімічної реакції, дифузійних процесів).
мірою змочування зазвичай служить крайової кут між дотичними до поверхні рідини. (Рис. 10.10). Якщо, то кажуть, що
де коефіцієнти поверхневого натягу рідини на кордонах: тверде тіло - газ, тверде тіло - рідина, рідина - газ. Скорочуючи на, отримаємо для крайового кута співвідношення:
(Наприклад, повне змочування буде при).
Змочування має важливе значення в промисловості. Гарне змочування необхідно при фарбуванні, прання, оброблення фотоматеріалів, пайку. Домішки сильно позначаються на величині поверхневого натягу. Наприклад, розчинення у воді мила зменшує її коефіцієнт поверхневого натягу майже в 1,5 рази (що, зокрема й обумовлює використання мила в якості миючого засобу). Незмочування може призводити до того, що з решета, нитки якого покриті парафіном (при невеликому рівні води), вода не виливається, спростовуючи відому приказку.
Капілярні явища.
Існування змочування і крайового кута призводить до того, що поблизу стінок посудини спостерігається викривлення поверхні рідини. Якщо рідина змочує стінки, поверхня має увігнуту форму, якщо не змочує - опуклу. Такого роду вигнуті поверхні рідини називаються меніском. (Рис. 10.11)
| змочування | незмочування |
| Мал. 10.11 |
Під викривленої поверхнею в капілярі тиск буде відрізнятися від тиску під плоскою поверхнею на величину. Між рідиною в капілярі і в широкому посудині встановлюється така різниця рівнів, щоб гідростатичний тиск врівноважувало капілярний тиск. У разі сферичної форми меніска
Радіус кривизни меніска висловимо через крайовий кут і радіус капіляра r , Тоді,
У разі змочування і висота підняття рідини в капілярі тим більше, чим менше радіус капіляра r .
Капілярний явище займає в житті людини виняткову роль. Постачання вологою рослин, дерев відбувається саме за допомогою капілярів, які є в кожній рослині. Капілярні явища можуть грати і негативну роль. Наприклад, в будівництві. Необхідність гідроізоляції фундаментів будівель викликана капілярними явищами.
Питання для самоконтролю
1.Охарактеризуйте рідкий стан в порівнянні з кристалами і газами.
2. Що таке дальній і ближній порядок?
3. Що дозволяє зробити радіальна функція розподілу? Намалюйте її для кристалів, рідин і газів.
4. Що таке коефіцієнт поверхневого натягу?
6. Що таке змочування? Що є мірою змочування? Наведіть приклади процесів, для яких необхідно хороше змочування.
7.От чого залежить висота підняття рідини в капілярі?
Лекція №5 (11)
Властивості твердих тіл
1. Аморфні і кристалічні тіла. Будова і типи кристалів. де
дефекти в кристалах.
2. Механічні властивості кристалів. Механізм пластичної деформа-
ції. Деформація пружного розтягування. Закон Гука.
Аморфні і кристалічні тіла.
В аморфних тілах існує ближній порядок розташування атомів. кристали мають далеким порядком розташування атомів. аморфні тіла ізотропні, кристалічні - анізотропні.
При охолодженні і нагріванні криві залежності температури від часу різні для аморфних і кристалічних тіл. Для аморфних тіл перехід з рідкого в твердий стан може бути десятки градусів. Для кристалів температура плавлення постійна. Можливі випадки, коли один і той же речовина, в залежності від умов охолодження, може бути отримано як в кристалічному, так і в аморфному твердому стані. Наприклад, скло при дуже повільному охолодженні розплаву може кристалізуватися. При цьому на кордонах дрібних утворюються кристалів буде відбуватися відображення і розсіювання світла, і закристалізуватися скло втрачає прозорість.
Кристалічна решітка. Основною властивістю кристалів є регулярність розташування в них атомів. Про сукупності точок, в яких розташовані атоми (точніше атомні ядра), говорять як про кристалічній решітці, А самі точки називаються вузлами решітки.
Основною характеристикою кристалічної решітки є просторова періодичністьїї структури: кристал як би складається з повторюваних частин (Осередків).
Ми можемо розбити кристалічну решітку на абсолютно однакові паралелепіпеди, що містять однакову кількість однаково розташованих атомів. Кристал є сукупність паралелепіпедів, Паралельно зсунутих по відношенню один до одного. Якщо змістити кристалічну решітку паралельно самій собі на відстань довжини ребра, то решітка суміститься сама з собою. Ці зміщення називаються трансляції, А симетрії решітки по відношенню до цих зсувів говорять як про трансляційної симетрії (Паралельний перенос, поворот щодо осі, дзеркальне відображення і т.п.).
Якщо в вершині якої-небудь елементарного осередку знаходиться атом, то такі ж атоми повинні, очевидно, перебувати і у всіх інших вершинах цієї та інших осередків. Сукупність однакових і однаково розташованих атомів називається гратами Браве даного кристала. Вона являє як би скелет кристалічної решітки, Що втілює собою всю її трансляційну симетрію, тобто всю її періодичність.
Класифікація різних типів симетрії кристалів грунтується, перш за все, на класифікації різних типів решіток Браве.
Найбільш симетричною гратами Браве є решітка, що має симетрію куба (Кубічна система). Існує три різних
| решітки Браве, що відносяться до кубічної системі: проста | , | ||
| об'ємно-центрована (В центрі куба - атом), гранецентрированная (крім атомів у вершинах - ще по атому в | |||
центрах всіх їх граней). Крім кубічної є тетрагональна, ромбічна, Моноклінна і інші (розглядати не будемо).
Решітка Браве, взагалі кажучи, не включає в себе всіх атомів в кристалі. Реальна кристалічна решіткаможе бути представлена \u200b\u200bяк сукупність кількох решіток Браве, всунути одна в іншу.
Фізичні типи кристалів.
За родом частинок, з яких побудована кристалічна решітка, за характером сил взаємодії між ними, розрізняють іонні, атомні, металеві та молекулярні кристали.
1. іонні кристали. У вузлах кристалічної решітки розташовуються поперемінно позитивні і негативні іони. Ці іони притягуються один до одного електростатичними (кулоновскими) силами. Приклад: решітка кам'яної солі (рис. 11.1).
| Мал. 11.1 |
2. атомні кристали. Типовими представниками є графіт і алмаз. зв'язок між атомами - ковалентная. У цьому випадку кожен з валентних електронів входить в електронну пару, яка б пов'язала даний атом з одним із сусідів.
3. металеві кристали. Грати складаються з позитивно заряджених іонів, Між якими знаходяться "Вільні" електрони. Ці електрони "колективізовані" і можуть розглядатися як свого роду "електронний газ". Електрони грають роль "цементу", утримуючи "+" іони, інакше грати розпалася б. Іони ж утримують електрони в межах решітки.
4. молекулярні кристали. Прикладом є лід. У вузлах - молекули, Які пов'язані між собою силами Ван-дер-Ваальса, Тобто силами взаємодії молекулярних електричних диполів.
Можуть бути одночасно кілька видів зв'язків (наприклад, в графіті - ковалентний, металева і Ван-дер-Ваальсовская).
Дефекти в кристалах.
У реальних кристалічних решітках існує відхилення від ідеального розташування атомів в гратах, які ми досі розглядали. Всі такі відхилення називаються дефектами кристалічної решітки.
точкові дефекти - такі, при яких порушується ближній порядок:
Інший вид дефектів - дислокації - лінійні дефекти кристалічної решітки, порушують правильне чергування атомних площин. вони порушують дальній порядок, Спотворюючи всю його структуру. Вони грають важливу роль в механічні властивості твердих тіл. Найпростіші типи дислокацій крайова і гвинтова. У разі крайової дислокації зайва кристалічна площину вдвинута між сусідніми шарами атомів (рис. 11.5).
У разі гвинтовий дислокації частина кристалічної решітки зрушена щодо іншої (рис. 11.6)
Залежно від фізичних властивостей і молекулярної структури виділяють два основні класи твердих тіл - кристалічні та аморфні.
визначення 1
Аморфні тіла володіють такою рисою, як изотропность. Це поняття означає, що вони відносно незалежні від оптичних, механічних та інших фізичних властивостей і напрямки, в якому на них впливають зовнішні сили.
Основна риса афморних тел - хаотичне розташування атомів і молекул, які збираються лише в невеликі локальні групи, не більше ніж по кілька частинок в кожній.
Це властивість зближує аморфні тіла з рідинами. До таких твердих тіл відносяться бурштин і інші тверді смоли, різні види пластика і скло. Під впливом високих температур аморфні тіла розм'якшуються, однак для їх перекладу в рідину необхідні сильні впливу тепла.
Всі кристалічні тіла мають чітку внутрішню структуру. Групи часток в одному і тому ж порядку періодично повторюються у всьому обсязі такого тіла. Щоб наочно уявити таку структуру, зазвичай використовують просторові кристалічні решітки. Вони складаються з певної кількості вузлів, які утворюють центри молекул або атомів конкретного речовини. Зазвичай така решітка побудована з іонів, що входять до складу потрібних молекул. Так, в кухонної солі внутрішня структура складається з іонів натрію і хлору, попарно об'єднаних в молекули. Подібні кристалічні тіла називаються іонними.
Малюнок 3. 6. 1. Кристалічна решітка кухонної солі.
визначення 2
У структурі кожного речовини можна виділити одну мінімальну складову - елементарну комірку.
Вся решітка, з якої складається кристалічне тіло, може бути складена шляхом трансляції (паралельного перенесення) такого осередку в певних напрямках.
Число видів кристалічних ґрат не нескінченно. Всього налічується 230 видів, більшість яких створено штучним шляхом або знайдено в природних матеріалах. Структурні решітки можуть приймати форми об'ємно зосереджених кубів (наприклад, у заліза), гранецентрированную кубів (у золота, міді), призми з шістьма гранями (магній, цинк).
У свою чергу кристалічні тіла поділяються на полікрісталли і монокристали. Більшість речовин відносяться до полікристалам, тому що вони складаються з так званих кристалітів. Це маленькі кристалики, зрощені між собою і орієнтовані хаотично. Монокристалічні речовини зустрічаються порівняно рідко, навіть серед штучних матеріалів.
визначення 3
Полікристали мають властивість ізотропності, тобто однаковими властивостями у всіх напрямках.
Полікристалічна структура тіла добре видно під мікроскопом, а у деяких матеріалів, наприклад, чавуну, і неозброєним поглядом.
визначення 4
поліморфізм - це можливість речовини існувати в декількох фазах, тобто кристалічних модифікаціях, які відрізняються один від одного фізичними властивостями.
Процес переходу в іншу модифікацію отримав назву поліфморного переходу.
Прикладом такого явища може бути перетворення графіту в алмаз, який в промислових умовах відбувається при високому тиску (до 100 000 атмосфер) і високих температурах
(До 2000 К).
Щоб вивчити структуру кристалічної решітки монокристала або полікристалічного зразка, використовується дифракція рентгенівського випромінювання.
Прості кристалічні решітки показані на малюнку нижче. Необхідно враховувати, що відстань між частинками так мало, що можна порівняти з розмірами самих цих частинок. Для наочності на схемах показані лише положення центрів.
Малюнок 3. 6. 2. Прості кристалічні решітки: 1 - проста кубічна решітка; 2 - гранецентрированная кубічна решітка; 3 - об'емноцентрірованная кубічна решітка; 4 - гексагональна решітка.
Найбільш простий є кубічна решітка: така структура складається з кубів з частинками в вершинах. Гранецентрована решітка має частки не тільки в вершинах, але і на гранях. Наприклад, кристалічна решітка кухонної солі являє собою дві гранецентрированную грати, вкладені одна в одну. Об'емноцентрірованная решітка має додаткові частки в центрі кожного куба.
У решіток металів є одна важлива риса. Іони речовини утримуються на своїх місцях завдяки взаємодії з газом вільних електронів. Так званий електронний газ утворюється за рахунок одного або декількох електронів, що віддаються атомами. Такі вільні електрони можуть переміщатися по всьому об'єму кристала.
Малюнок 3. 6. 3. Структура металевого кристала.
Якщо ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть її та натисніть Ctrl + Enter
Завантаження ...