Свойства кристаллических и аморфных. Кристаллические и аморфные вещества. Кристаллические аморфные тела кратко
Твердыми являются кристаллические и аморфные тела. Кристалл — так в древности называли лед. А потом стали называть кристаллом кварц и считая эти минералы окаменевшим льдом. Кристаллы бывают природными и Они используются в ювелирной промышленности, оптике, радиотехнике и электронике, в качестве опор для элементов в сверхточных приборах, как сверхтвердый абразивный материал.
Кристаллические тела характеризуются твердостью, имеют строго закономерное положение в пространстве молекул, ионов или атомов, в результате чего образуется трехмерная периодическая кристаллическая решетка (структура). Внешне это выражается определенной симметрией формы твердого тела и его определенными физическими свойствами. Во внешней форме кристаллические тела отражают симметрию, свойственную внутренней "упаковке" частиц. Это определяет равенство углов между гранями всех кристаллов, состоящих из одного и того же вещества.
В них равными будут и расстояния от центра до центра между соседствующими атомами (если они расположены на одной прямой, то это расстояние будет одинаковым на всей протяженности линии). Но для атомов, лежащих на прямой с другим направлением, расстояние между центрами атомов будет уже иным. Этим обстоятельством объясняется анизотропия. Анизотропность - главное, чем отличаются кристаллические тела от аморфных.
Более 90% твердых тел можно отнести к кристаллам. В природе они существуют в виде монокристаллов и поликристаллов. Монокристаллы — одиночные, грани которых представлены правильными многоугольниками; для них характерно наличие непрерывной кристаллической решетки и анизотропии физических свойств.
Поликристаллы — тела, состоящие из множества мелких кристаллов, "сросшихся" между собой несколько хаотично. Поликристаллами являются металлы, сахар, камни, песок. В таких телах (например, фрагмент металла) анизотропия обычно не проявляется из-за беспорядочного расположения элементов, хотя отдельно взятому кристаллу этого тела свойственна анизотропия.
Другие свойства кристаллических тел: строго определенная температура (наличие критических точек), прочность, упругость, электропроводность, магнитопроводность, теплопроводность.
Аморфные - не имеющие формы. Так дословно переводится это слово с греческого. Аморфные тела созданы природой. Например, янтарь, воск, К созданию искусственных аморфных тел причастен человек - стекло и смолы (искусственные), парафин, пластмассы (полимеры), канифоль, нафталин, вар. не имеют вследствие хаотичного расположения молекул (атомов, ионов) в структуре тела. Поэтому для какого-либо аморфного тела изотропны - одинаковы во всех направлениях. Для аморфных тел не существует критической точки температуры плавления, они постепенно размягчаются при нагревании и переходят в вязкие жидкости. Аморфным телам отведено промежуточное (переходное) положение между жидкостями и кристаллическими телами: при низких температурах они твердеют и становятся упругими, кроме того, могут раскалываться при ударе на бесформенные куски. При высоких температурах эти же элементы проявляют пластичность, становясь вязкими жидкостями.
Теперь вы знаете, что такое кристаллические тела!
Твердые те-ла в течение длительного вре-мени сохраняют свою форму и нужно приложить значительное усилие, чтобы изменить их объем.
В определении твердых тел мы, как пра-вило, связываем их свойства с внешними признаками — сохранением формы и объема. Тем не менее, между собой твердые тела различаются еще и внутренним строением. Одни из них имеют кристаллическое строе-ние — микрочастицы (атомы, ионы, моле-кулы), из которых они состоят, упорядоченно размещаются на значительных расстояниях, то есть сохраняют дальний порядок. Такие твердые тела называют кристаллическими. К ним относятся металлы, поваренная соль, са-хар, алмаз, графит, кварц и т. п.
Другие тела не имеют определенным об-разом упорядоченного размещения атомов, ионов или молекул и по своему внутрен-нему строению больше напоминают жид-кости, поскольку характеризуются ближним порядком размещения микрочастиц. Такие тела называют аморфными. Это — воск, стек-ло, различные смолы, пластмассы и т.п.
Кристаллические и аморфные тела можно различить визуаль-но: на изломе аморфные тела образуют поверхность непра-вильной формы, а кристаллы имеют плоские грани и ступенчатую поверхность.
Аморфное состояние довольно неустой-чивое, и со временем аморфные тела могут стать кристаллическими. Например, на са-харных леденцах, аморфных по своим свой-ствам, после продолжительного хранения образуются кристаллики сахара. Так же при определенных условиях кристаллические тела могут становиться аморфными. На-пример, быстрое остывание некоторых ме-таллов ведет к образованию их аморфного (стекловидного) состояния.
Аморфные тела имеют одинаковые свой-ства по различным направлениям межмолекулярных связей. Поэтому говорят, что они изотропны . С повышением температуры они «становятся мягче» и проявляют текучесть, однако не имеют, как кристаллические тела, фиксированной температуры плавления.
Слово «изотропный» происходит от гр. isos — ровный, одинако-вый; tropos — направление.
Кристаллические тела характеризуются определенным внутренним порядком разме-щения атомов и молекул, образующих раз-нообразные пространственные решетки, ко-торые называются кристаллическими. В зависимости от их формы разные моно-кристаллы вещества образовывают опреде-ленные геометрические формы. Так, моно-кристалл поваренной соли имеет форму ку-ба, лед — шестигранной призмы, алмаз — правильного шестигранника (рис. 3.12). Как правило, они незначительные по размеру, но в природе встречаются и большие мо-нокристаллы, например найдена глыба квар-ца высотой в рост человека.
В естественных условиях большинство кристаллических тел состоит из маленьких монокристаллов, которые в беспорядке сро-слись. Их называют поликристаллами. При-мером такого поликристалла является сне-жинка, приобретающая различные формы, однако крылышки ее всегда имеют шести-угольное направление. Материал с сайта
Монокристаллы отличаются анизотропией свойств, то есть их зависимостью от на-правления ориентации кристаллических гра-ней. Например, такой естественный мине-рал, как слюда, легко расслаивается на пла-стинки под действием силы вдоль одной плоскости, но проявляет значительную проч-ность в перпендикулярном направлении. По-ликристаллы — изотропны по своим свой-ствам. Это обусловливается хаотичностью ориентации монокристаллов, из которых они состоят.
Слово «анизотропный» в пере-воде с греческого означает «не-одинаковый по направлению».
Много кристаллических тел, одинаковых по своему химическому составу, имеют раз-личные физические свойства. Такое явление называется полиморфизмом. Например, по химической природе алмаз и графит — это углерод в двух разных модификациях. Они имеют различные по форме кристалличес-кие решетки, и потому силы взаимодействия между атомами в них разные. Этим объяс-няется, в частности, их разная твердость: графит — мягкий, алмаз — твердый минерал.
В лабораторных условиях по-лучают около десяти модифи-каций льда, хотя в природе су-ществует лишь одна.
На этой странице материал по темам:
Какие свойства присущи кристаллическим телам
Кристалические тела краткий доклад
Каким образом визуально можно отличить кристаллические от аморфного
Тверды телафизика кратко
Кристаллические аморфные тела кратко
Вопросы по этому материалу:
В зависимости от физических свойств и молекулярной структуры выделяют два основных класса твердых тел – кристаллические и аморфные.
Определение 1
Аморфные тела обладают такой чертой, как изотропность. Это понятие означает, что они относительно независимы от оптических, механических и других физических свойств и направления, в котором на них воздействуют внешние силы.
Основная черта афморных тел – хаотичное расположение атомов и молекул, которые собираются лишь в небольшие локальные группы, не более чем по несколько частиц в каждой.
Это свойство сближает аморфные тела с жидкостями. К таким твердым телам относятся янтарь и другие твердые смолы, различные виды пластика и стекло. Под воздействием высоких температур аморфные тела размягчаются, однако для их перевода в жидкость необходимы сильные воздействия тепла.
Все кристаллические тела имеют четкую внутреннюю структуру. Группы частиц в одном и том же порядке периодически повторяются во всем объеме такого тела. Чтобы наглядно представить такую структуру, обычно используют пространственные кристаллические решетки. Они состоят из определенного количества узлов, которые образуют центры молекул или атомов конкретного вещества. Обычно такая решетка построена из ионов, входящих в состав нужных молекул. Так, в поваренной соли внутренняя структура состоит из ионов натрия и хлора, попарно объединенных в молекулы. Подобные кристаллические тела называются ионными.
Рисунок 3 . 6 . 1 . Кристаллическая решетка поваренной соли.
Определение 2
В структуре каждого вещества можно выделить одну минимальную составляющую – элементарную ячейку .
Вся решетка, из которой состоит кристаллическое тело, может быть составлена путем трансляции (параллельного переноса) такой ячейки в определенных направлениях.
Число видов кристаллических решеток не бесконечно. Всего насчитывается 230 видов, большинство которых создано искусственным путем или найдено в природных материалах. Структурные решетки могут принимать формы объемно центрированных кубов (например, у железа), гранецентрированных кубов (у золота, меди), призмы с шестью гранями (магний, цинк).
В свою очередь кристаллические тела подразделяются на поликристаллы и монокристаллы. Большинство веществ относятся к поликристаллам, т.к. они состоят из так называемых кристаллитов. Это маленькие кристаллики, сросшиеся между собой и ориентированные хаотически. Монокристаллические вещества встречаются сравнительно редко, даже среди искусственных материалов.
Определение 3
Поликристаллы обладают свойством изотропности, то есть одинаковыми свойствами во всех направлениях.
Поликристаллическая структура тела хорошо видна под микроскопом, а у некоторых материалов, например, чугуна, и невооруженным взглядом.
Определение 4
Полиморфизм – это возможность вещества существовать в нескольких фазах, т.е. кристаллических модификациях, которые отличаются друг от друга физическими свойствами.
Процесс перехода в другую модификацию получил название полифморного перехода .
Примером такого явления может быть превращение графита в алмаз, который в промышленных условиях происходит при высоком давлении (до 100 000 атмосфер) и высоких температурах
(до 2000 К).
Чтобы изучить структуру кристаллической решетки монокристалла или поликристаллического образца, используется дифракция рентгеновского излучения.
Простые кристаллические решетки показаны на рисунке ниже. Необходимо учитывать, что расстояние между частицами так мало, что сопоставимо с размерами самих этих частиц. Для наглядности на схемах показаны только положения центров.
Рисунок 3 . 6 . 2 . Простые кристаллические решетки: 1 – простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка.
Наиболее простой является кубическая решетка: такая структура состоит из кубов с частицами в вершинах. Гранецентрированная решетка имеет частицы не только в вершинах, но и на гранях. Например, кристаллическая решетка поваренной соли представляет собой две гранецентрированные решетки, вложенные друг в друга. Объемноцентрированная решетка имеет дополнительные частицы в центре каждого куба.
У решеток металлов есть одна важная черта. Ионы вещества удерживаются на своих местах благодаря взаимодействию с газом свободных электронов. Так называемый электронный газ образуется за счет одного или нескольких электронов, отдаваемых атомами. Такие свободные электроны могут перемещаться по всему объему кристалла.
Рисунок 3 . 6 . 3 . Структура металлического кристалла.
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 14.11.2014 17:19 Просмотров: 16390В 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 (I 2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО 2).
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.
Твердые тела бывают кристаллическими и аморфными.
Поставим опыт
Рассмотрите через увеличительное стекло кристаллики поваренной соли или сахара: у них ровные, будто срезанные грани. Можно вырастить и большой кристалл: на рис. 7.6, а изображен такой кристалл поваренной соли. Замечательно красивы и при этом всегда очень «правильны» снежинки: это выращенные на небесах кристаллики льда. В основе их узора всегда лежит правильный шестиугольник (рис. 7.6, б).
Рис. 7.6. Кристаллические тела: а - кристалл поваренной соли, б - снежинка; кристаллические решетки: в - поваренной соли, г - льда
Поваренная соль, сахар и лед являются примерами кристаллических твердых тел. Правильная форма кристаллов обусловлена тем, что атомы или молекулы в кристаллах расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решетку.
Например, в кристалле поваренной соли строго чередуются атомы натрия и хлора, располагаясь в вершинах кубов, - поэтому кристаллы соли и имеют форму куба. А в кристалле льда молекулы воды располагаются в вершинах шестиугольников - вот почему узор любой снежинки имеет шестиугольный «каркас». На рис. 7.6, в схематически изображена кристаллическая решетка поваренной соли, а на рис. 7.6, г - кристаллическая решетка льда.
Аморфные тела. Примерами аморфных тел являются стеклянные предметы (рис. 7.7, а). Аморфные тела обладают текучестью, хотя и значительно меньшей, чем жидкости. При повышении температуры текучесть аморфных тел увеличивается. Благодаря этому из капли нагретого стекла (рис. 7.7, б) можно выдуть стеклянный сосуд (подобно тому, как из капли мыльной воды - мыльный пузырь).
Рис. 7.7. Примеры аморфных тел: а - стеклянный пузырек; б - капля полужидкого стекла; в - схематическое изображение молекулярного строения аморфного тела
На рис. 7.7, в схематически изображено молекулярное строение аморфного тела. Как вы видите, молекулярное строение аморфного тела напоминает молекулярное строение жидкости - этим и объясняется текучесть аморфных тел. Неслучайно слово «аморфный» происходит от греч. «амор-фос» - бесформенный.