- Кристалічні тіла і їх властивості Подробиці Опубліковано 14.11.2014 17:19 Переглядів: 15427 У твердих...
- Типи кристалічних решіток
- молекулярна решітка
- атомна решітка
- іонна решітка
- металеві грати
- Анізотропія кристалічних тіл
Кристалічні тіла і їх властивості
Подробиці Опубліковано 14.11.2014 17:19 Переглядів: 15427
У 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
У молекулярних гратах 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 (I2), «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.
