Головна онлайн підручники База репетиторів Росії Тренажери з фізики Підготовка до ЄДІ 2017 онлайн
Глава 3. Молекулярна фізика і термодинаміка
Молекулярно-кінетична теорія
3.6. Кристалічні та аморфні тіла
За своїми фізичними властивостями і молекулярній структурі тверді тіла поділяються на два класи - аморфні і кристалічні.
Характерною особливістю аморфних тіл є їх изотропность, т. Е. Незалежність всіх фізичних властивостей (механічних, оптичних і т. Д.) Від напрямку зовнішнього впливу. Молекули і атоми в ізотропних твердих тілах розташовуються хаотично, утворюючи лише невеликі локальні групи, що містять кілька частинок (ближній порядок). За своєю структурою аморфні тіла дуже близькі до рідин ( см. §3.5 ). Прикладами аморфних тіл можуть служити скло, різні затверділі смоли (янтар), пластики і т. Д. Якщо аморфне тіло нагрівати, то воно поступово розм'якшується, і перехід в рідкий стан займає значний інтервал температур.
У кристалічних тілах частинки розташовуються в строгому порядку, утворюючи просторові періодично повторювані структури у всьому обсязі тіла. Для наочного уявлення таких структур використовуються просторові кристалічні решітки, у вузлах яких розташовуються центри атомів або молекул даної речовини. Найчастіше кристалічна решітка будується з іонів (позитивно і негативно заряджених) атомів, які входять до складу молекули даної речовини. Наприклад, решітка кухонної солі містить іони Na + і Cl-, не об'єднані попарно в молекули NaCl (рис. 3.6.1). Такі кристали називаються іонними.
Малюнок 3.6.1. Кристалічна решітка кухонної солі
У кожному просторової решітці можна виділити структурний елемент мінімального розміру, який називається елементарною клітинкою. Вся кристалічна решітка може бути побудована шляхом паралельного перенесення (трансляції) елементарної комірки за деякими напрямками.
Теоретично доведено, що всього може існувати 230 різних просторових кристалічних структур. Більшість з них (але не всі) виявлені в природі або створені штучно.
Кристалічні решітки металів часто мають форму шестигранної призми (цинк, магній), гранецентрированного куба (мідь, золото) або об'ємно центрованого куба (залізо).
Кристалічні тіла можуть бути монокристалами і полікристалів. Полікристалічні тіла складаються з багатьох зрощених між собою хаотично орієнтованих маленьких кристаликів, які називаються кристаллитами. Великі монокристали рідко зустрічаються в природі і техніці. Найчастіше кристалічні тверді тіла, в тому числі і ті, які виходять штучно, є полікристалів.
На відміну від монокристалів, полікристалічні тіла ізотропні, тобто. Е. Їх властивості однакові в усіх напрямках. Полікристалічна будова твердого тіла можна виявити за допомогою мікроскопа, а іноді воно видно і неозброєним оком (чавун).
Багато речовин можуть існувати в декількох кристалічних модифікаціях (фазах), що відрізняються фізичними властивостями. Це явище називається поліморфізмом. Перехід з однієї модифікації в іншу називається поліморфним переходом. Цікавим і важливим прикладом поліморфного переходу є перетворення графіту в алмаз. Цей перехід при виробництві штучних алмазів здійснюється при тисках 60-100 тисяч атмосфер і температурах 1500-2000 К.
Структури кристалічних решіток експериментально вивчаються за допомогою дифракції рентгенівського випромінювання на монокристалах або полікристалічних зразках.
На рис. 3.6.2 наведені приклади простих кристалічних решіток. Слід пам'ятати, що частинки в кристалах щільно упаковані, так що відстань між їх центрами приблизно дорівнює розміру часток. У зображенні кристалічних решіток вказується тільки положення центрів частинок.
Малюнок 3.6.2. Прості кристалічні решітки: 1 - проста кубічна решітка; 2 - гранецентрированная кубічна решітка; 3 - об'емноцентрірованная кубічна решітка; 4 - гексагональна решітка
У простій кубічної решітці частки розташовуються в вершинах куба. У гранецентрированной решітці частки розташовуються не тільки в вершинах куба, а й в центрах кожної його грані. Зображена на рис. 3.6.1 решітка кухонної солі складається з двох вкладених один в одного гранецентрированную решіток, що складаються з Na + і Cl-. В об'ємно-центрованої кубічної решітці додаткова частка розташовується в центрі кожної елементарної кубічної комірки.
Кристалічні структури металів мають важливу особливість. Позитивно заряджені іони металу, що утворюють кристалічну решітку, утримуються поблизу положень рівноваги силами взаємодії з «газом вільних електронів» (рис. 3.6.3). Електронний газ утворюється за рахунок одного або декількох електронів, відданих кожним атомом. Вільні електрони здатні блукати по всьому об'єму кристала.
Малюнок 3.6.3. Структура металевого кристала
Дивіться також: Математика , Аннглійскій мову , хімія , Біологія , фізика , Географія , Астрономія . А також: online підготовка до ЄДІ на College.ru, бібліотека ЕОРов і навчальні програми на Multiring.ru.
