ТВЕРДІ ТІЛА

Кристалічні тіла

Тіла, для яких спостерігається сталість форми і об'єму, відносяться до твердих тіл. Однак ці ознаки твердого тіла, як сталість форми і об'єму, є чисто зовнішніми ознаками. З урахуванням внутрішньої будови твердим тілом вважається таке тіло, для якого характерно періодично правильніше просторове розташування молекул (атомів або іонів). Вся сукупність періодично правильно розташованих в просторі структурних частинок тіла утворює кристалічну решітку різного типу (рис. 19).

Мал. 19

Причому порядок в розташуванні частинок поширюється на відстані, у багато разів перевершують відстані між молекулами. У подібних випадках кажуть, що має місце дальній порядок в розташуванні частинок, що складають тіло. Прийнято проводити прямі лінії між впорядковано розташованими частками; якщо їх сприймати як матеріальні точки, то виникне просторова решітка, в якій місця розташування частинок називаються вузлами решітки.

Як приклад на рис. 20 показаний елемент просторової решітки у вигляді куба, званий осередком решітки.

Мал. 20

На перетині ребер осередку знаходиться вузол кристалічної решітки. Хоча і прийнято говорити, що молекули розташовуються у вузлах решітки, насправді вони вагаються щодо вузлів решітки, які є їх рівноважним положеннями.

Проста кубічна осередок (рис. 20, а) характерна для кристалічної решітки кухонної солі, де в вузлах, чергуючись, розташовуються іони натрію (N a ) і іони хлору (CI). На рис. 20, б наведено ще один тип просторової кубічної комірки, де вузлом є також точка перетину двох просторових діагоналей. Така об'ємно центрована кубічна осередок характерна для кристалічної решітки заліза, вольфраму, молібдену та багатьох інших металів і сплавів. Часто зустрічається кубічна осередок, де вузлами є точки перетину діагоналей граней куба (крім ребер куба) (рис. 20, в). Для кристалічної решітки міді, алюмінію характерні саме такий осередок, звана 1ранецентрірованной кубічної осередком.

Відображенням упорядкованого просторового розташування структурних частинок в тілі є правильна форма тіл, що зустрічаються в природі і званих кристалами. Багато, очевидно, зустрічали кристали кварцу, слюди; розміри кристалів гірського кришталю іноді досягають росту людини. На прикладі цих кристалів добре спостерігаються плоскі поверхні, що обмежують тіло; кути між цими поверхнями мають строго певні значення. Тіла в формі правильних багатогранників називаються монокристалами (грец. Monos - один, єдиний).

Однією з головних специфічних особливостей монокристалів є анізотропія фізичних властивостей. Так, якщо в монокристалі заліза взяти напрямок уздовж ребра куба і уздовж просторової діагоналі осередку (рис. 20, б), то електропровідність, магнітні властивості будуть сильно відрізнятися: намагнічування уздовж ребра куба здійснюється значно легше, ніж в напрямку просторової діагоналі.

Анізотропія спостерігається в монокристалах для таких властивостей як теплопровідність, пружність і т.д. Пояснюється анізотропія фізичних властивостей тим, що в кожному обраному напрямку всередині монокристала число молекул на одиницю довжини буде різним.

Можна поставити питання про те, чому зазвичай нс спостерігається прояв анізотропії? Справа тут в тому, що використовувані в техніці метали складаються з конгломерату зрощених між собою дрібних монокристалів, видимих в мікроскоп. Тільки іноді кристалики спостерігаються на свіжому зламі металу і видно неозброєним оком. Ці дрібні і мікроскопічні монокристали називаються кристаллитами або зернами. Кожен кристаліт в межах свого обсягу володіє анізотропією властивостей, як і монокристал значних розмірів. Оскільки при виплавці металу кристалітів зрощуються безладним чином, то в такому металі у всіх напрямках кожне з властивостей усредняется і проявляється однаково, тобто анізотропія властивостей вже не має місця.

Метал, що складається з безладно орієнтованих, зрощених між собою кристаллитов, називається полікристалічним або полікристалів (грец. Poly - багато). Застосовуючи спеціальні методи, можна отримати поодинокі кристали, тобто монокристали практично будь-якого металу. Злитки металів і сплавів при металургійному виробництві є полікрістал- лическими матеріалами.

Для всіх кристалічних тіл, як в монокристаллическом, так і в напівкристалічних стані характерно певне значення температури плавлення. Це пов'язано з тим, що при переході в рідкий стан при плавленні тіла вся підводиться енергія, яка вимірюється деякою кількістю теплоти, йде на збільшення молекулярно-потенційної енергії рідини для руйнування кристалічної решітки і ослабленні міжмолекулярних зв'язків.

При плавлення речовина знаходиться в рідкому і твердому станах одночасно і це триває до тих пір, поки йде процес перетворення речовини з твердого стану в рідину.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >