Кристаллические и аморфные вещества. Кристаллические и аморфные тела: строение и свойства Твердые тела кристаллические и аморфные

В природе существуют две разновидности твердых тел, различающи­еся по своим свойствам, - кристаллические и аморфные.

Кристаллические тела остаются твердыми, т.е. сохраняют придан­ную им форму до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обрат­ном направлении. Так, у чистых металлов переход из одного состояния в другое протекает (рис. 1.1) при определенной температуре плавления.

Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении.

Кристаллическое состояние твердого тела более стабильно, чем аморфное.

Аморфные твёрдые тела в отличие от жидкостей имеют пониженную подвиж­ность частиц (вязкость бесконечно велика), это как бы застывшие жидкости. Аморфное состояние можно зафиксировать во многих орга­нических и неорганических веществах ускоренным охлаждением из жид­кого состояния. Однако при повторном нагреве, длительной выдерж­ке 20...25°С, а в некоторых случаях при деформации нестабильность аморфного твердого тела проявляется в частичном или полном переходе в кристаллическое состояние.

Примерами такого перехода могут служить помутнение неорганических стекол при нагреве, частичная кристаллизация плавленого янтаря при нагреве, а также резины при растяжении, сопровождающаяся упрочнением.

Рис.1.1 Кривая охлаждения при кристаллизации металлов

Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением в пространстве частиц, из которых они составлены (ионов, атомов, молекул).

Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов, молекул или ионов (т.е. частиц, образующих кристаллическую решётку), ха­рактера их взаимодействия в кристалле, от пространственного располо­жения частиц. Все эти детали строения кристаллов описывает понятие «структура» .

В зависимости от размеров структурных составляющих и применяе­мых методов их выявления используют следующие понятия: тонкая струк­тура, микро- и макроструктура.

Тонкая структура описывает расположение частиц в кристалле; изучают её дифракционными методами (рентгено­графия, электронография, нейтронография). Анализируя дифракционную картину, получаемую при взаимодействии частиц кристалла с коротки­ми волнами (? = 10 -10 .. 10 -12 м) рентгеновских лучей (или волн элек­тронов, нейтронов), можно получить информацию, позволяющую установить строение кристаллов.

Большинство материалов состоит из мелких кристалликов (зерен). Наблюдать такие мелкие структурные составляющие - микроструктуру можно с помощью оптического (до 10 -7 м) или электронного (до 2?10 -10 м) микроскопа.

Микроскопические методы дают возможность определить размеры и форму кристаллов, наличие различных по своей природе кристаллов, их распределение и относительные объёмные содержания, форму инородных включений и микропустот, ориентирование кристаллов, наличие специ­альных кристаллографических признаков (двойникование, линии сколь­жения и др.). Это далеко не полное перечисление тех сведений, которые можно получить при помощи микроскопа.

Изучая строение кристаллов - макроструктуру - невооруженным глазом или при небольших увеличениях с помощью лупы, можно выявить характер излома, усадочные раковины, поры, размеры и форму крупных кристаллов. Используя специально приготовленные образцы (шлифованные и травленые), обнаруживают трещины, химическую неоднородность, волокнистость.

Исследование макроструктуры, несмотря на свою простоту, является очень ценным методом изучения материалов.

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:

Как жидкости, но и форму. Они находятся преимущественно в кристаллическом состоянии.
Кристаллы - это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы (рис.12.1 ).

Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического твердого тела - льда (рис.12.2 ).

Анизотропия кристаллов . Однако правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла. Главное - это зависимость физических свойств кристалла от выбранного в кристалле направления.
Прежде всего бросается в глаза различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки (рис.12.3 ), но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее.

Так же легко расслаивается в одном направлении кристалл графита. Когда вы пишете карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге. Это происходит потому, что кристаллическая решетка графита имеет слоистую структуру. Слои образованы рядом параллельных сеток, состоящих из атомов углерода (рис.12.4 ). Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между слоями сравнительно велико - примерно в 2 раза больше, чем длина стороны шестиугольника, поэтому связи между слоями менее прочны, чем связи внутри них.

Многие кристаллы по-разному проводят тепло и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей.
Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией . Все кристаллические тела анизотропны.
Монокристаллы и поликристаллы. Кристаллическую структуру имеют металлы. Именно металлы преимущественно используются в настоящее время для изготовления орудий труда, различных машин и механизмов.
Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строение никак не проявляется ни во внешнем виде этого куска, ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии.
Дело здесь в том, что обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом маленьких кристалликов. Под микроскопом или даже с помощью лупы их нетрудно рассмотреть, особенно на свежем изломе металла (рис.12.5 ). Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объеме, значительно превышающем объем отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.

Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим . Одиночные кристаллы называют монокристаллами .
Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров - монокристалл.
В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело.
К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, также имеет поликристаллическую структуру.
Большинство кристаллических тел - поликристаллы, так как они состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы - монокристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям (анизотропия).

???
1. Все ли кристаллические тела анизотропны?
2. Древесина анизотропна. Является ли она кристаллическим телом?
3. Приведите примеры монокристаллических и поликристаллических тел, не упомянутых в тексте.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

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.

Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 14.11.2014 17:19 Просмотров: 16390

В 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.