Reklama

Кристаллические и аморфные тела

По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела делятся на два классабесформенные و кристаллические الجسم. Соответствующей особенностью бесформенных тел является их изотропность, другими словами независимость всех физических параметров (الميكانيكية, оптических и т. д.) от направления. Молекулы и атомы в изотропных жестких телах размещаются беспорядочно, образуя только маленькие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок).

По собственной структуре бесформенные тела очень близки к жидкостям (см.§3.5). Примерами бесформенных тел могут служить стекло, разные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если бесформенное тело нагревать, то оно равномерно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значимый интервал температур. В кристаллических телах частички размещаются в серьезном порядке, образуя пространственные временами повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для приятного представления таких структур употребляются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых размещаются центры атомов либо молекул данного вещества.

В большинстве случаев кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и негативно заряженных) ذرات, которые входят в состав молекулы данного вещества. على سبيل المثال, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис. 3.6.1). Такие кристаллы именуются ионными.

Кристаллическая решетка поваренной соли. 1
Набросок 3.6.1. Кристаллическая решетка поваренной соли.

В каждой пространственной решетке можно выделить структурный элемент малого размера, который именуется простой ячейкой. Вся кристаллическая решетка может быть построена методом параллельного переноса (трансляции) простой ячейки по неким фронтам. На теоретическом уровне подтверждено, что всего может существовать 230 разных пространственных кристаллических структур. Большая часть из их (но не все) обнаружены в природе либо сделаны искусственно. Кристаллические решетки металлов нередко имеют форму шестигранной призмы (الزنك, المغنيسيوم), гранецентрированного куба (النحاس, الذهب) либо объемно центрированного куба (الحديد).

Кристаллические тела могут быть монокристаллами و поликристаллами. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся меж собой хаотически нацеленных малеханьких кристалликов, которые именуются кристаллитами. Огромные монокристаллы изредка встречаются в природе и технике. В большинстве случаев кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами. В отличие от монокристаллов, поликристаллические тела изотропны, другими словами их характеристики схожи во всех направлениях. Поликристаллическое строение твердого тела можно найти при помощи микроскопа, а время от времени оно видно и невооруженным глазом (الحديد).

Многие вещества могут существовать в нескольких кристаллических модификациях (фазах), отличающихся физическими качествами. Это явление именуется полиморфизмом. Переход из одной модификации в другую именуется полиморфным переходом. Увлекательным и принципиальным примером полиморфного перехода является перевоплощение графита в алмаз. Этот переход при производстве искусственных алмазов осуществляется при давлениях 60–100 тыщ атмосфер и температурах 1500–2000 إلى.

Структуры кристаллических решеток экспериментально изучаются при помощи дифракции рентгеновского излучения на монокристаллах либо поликристаллических образчиках. На рис. 3.6.2 приведены примеры обычных кристаллических решеток. Следует держать в голове, что частички в кристаллах плотно упакованы, так что расстояние меж их центрами примерно равно размеру частиц. В изображении кристаллических решеток указывается только положение центров частиц.

Обыкновенные кристаллические решетки 2
Набросок 3.6.2. Обыкновенные кристаллические решетки: 1 – обычная кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка.

في обычный кубической решетке частички размещаются в верхушках куба. في гранецентрированной решетке частички размещаются не только лишь в верхушках куба, да и в центрах каждой его грани. Изображенная на рис. 3.6.1 решетка поваренной соли состоит из 2-ух вложенных друг в друга гранецентрированных решеток, состоящих из Na+ и Cl–. في объемноцентрированной кубической решетке дополнительная частичка размещается в центре каждой простой кубической ячейки. Кристаллические структуры металлов имеют важную особенность. Положительно заряженные ионы металла, образующие кристаллическую решетку, удерживаются поблизости положений равновесия силами взаимодействия с «газом свободных электронов» (рис. 3.6.3). Электрический газ появляется за счет 1-го либо нескольких электронов, отданных каждым атомом. Свободные электроны способны плутать по всему объему кристалла.

Структура железного кристалла. 3
Набросок 3.6.3. Структура железного кристалла.
Reklama