Кристалды және аморфты денелер. Кристалдық денелер - білім гипермаркети Кристалды денелердің мысалдары

Кристалдыатомдары мен молекулалары дұрыс геометриялық тәртіпте орналасқан денелерді атайды, бірақ аморфты- атомдар мен молекулалар ретсіз орналасқан. Энергетикалық жағынан кристалдық және аморфты денелер арасында принципті айырмашылық бар, ол кристалдық денелердің балқу және қатаю процесі белгілі бір жылу эффектісімен бірге жүруінен тұрады. Аморфты денелерде мұндай жылу эффектісі болмайды.

Кристаллдық заттардың сипатты қасиеттері:

а) құрылымның біркелкілігі (кристалдың біркелкілігі – оның көлемінің барлық бөліктерінде атомдардың өзара орналасу заңдылығының біркелкілігі);

б) анизотропия (изотропты денелерде барлық қасиеттер - жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, сызат қаттылық және т.б. - кез келген бағытта бірдей, ал анизотропты денелерде барлық қасиеттер параллель емес бағытта бірдей емес, яғни, мысалы, бір бағытта электр тогы жылдамырақ өтеді, басқаларында - баяу);

в) симметрия.

Кристалды және аморфты заттардың құрылысындағы айырмашылық олардың қасиеттерінің айырмашылығын да анықтайды. Осылайша, бос энергияның көп қорына ие аморфты заттар бір құрамдағы кристалдық заттарға қарағанда химиялық белсендірек.

Шыны немесе шыны тәрізді қорытпакристалданусыз қатты күйге дейін салқындатылған бейорганикалық немесе органикалық синтез өнімі. Басқаша айтқанда, әйнек өте салқындатылған сұйықтық.

Аморфты және шыны тәрізді қорытпаларда ұзақ мерзімді тәртіп болмаған жағдайда, қысқа қашықтық тәртібі сақталады - заттың химиялық құрамын көрсететін атомдық бөлшектердің топтары. Мұндай топтар әдетте құрылымдық бірлік деп аталады. Шыны тәрізді материалдарға тән қасиеті олардың спектрдің әртүрлі аймақтарындағы мөлдірлігі болып табылады. Шынылардың әртүрлі түрлері бар.

Оксидті көзілдірік(мысалы, терезе шыны) спектрдің көрінетін аймағында мөлдір Na 2 O CaO 6SiO 2 + калий және қорғасын силикаттары (кристал) + бор оксиді (ыстыққа төзімді химиялық шыны) негізінде алынады. Ультракүлгін сәулелерге мөлдір емес.

Халькогенидті көзілдірік(халькогендер негізінде – күкірт, селен, теллур), спектрдің көрінетін және ИҚ аймақтарында мөлдір. Олар түнгі көру құрылғыларын, негізгі жады элементтерін жасау үшін қолданылады, ақпаратты жазу үшін (көшірме машиналарында), голографияда, ұзақ қашықтыққа және ғарыш кеңістігінде кескіндерді беру үшін қолданылады, толқын өткізгіштер ретінде пайдаланылады - талшықты-оптикалық кабель, атом реакторлары үшін қарсылық термометрлері .

Фторцирконатты көзілдірікОлар басқа фторидтерді қосу арқылы гафний және цирконий фторидтері негізінде жасалады және мөлдірлігінің кең диапазонына ие - УК-дан ИК-ке жақын спектрлік аймаққа дейін.

Фосфатты көзілдіріккальций ортофосфаты негізінде жасалған - спектрдің көрінетін және УК аймақтарында мөлдір (автомобильдердегі қараңғы терезелер).

Фуллерендер – «көміртек атомдары шардың немесе сфероидтың бетін үнемі жабатын кәдімгі алтыбұрыштардың немесе бесбұрыштардың төбелерінде орналасқан көміртегінің химиялық тұрақты жабық беттік құрылымдары».

Химиялық термодинамика- жүйелер мен заңдардың тұрақтылық шарттарын зерттейтін ғылым. Химиялық термодинамика термодинамика заңдарының химиялық және физика-химиялық құбылыстарға қолданылуын зерттейді.

Ол негізінен мыналарды қамтиды:

1) физикалық және химиялық процестердің жылу әсерлерін қоса алғанда, процестердің жылу баланстары;

2) жеке заттар мен қоспалар үшін фазалық тепе-теңдік;

3) химиялық тепе-теңдік.

Химиялық реакцияның жылу эффектісінемесе химиялық реакцияның пайда болуына байланысты жүйе энтальпиясының өзгеруі - химиялық реакция жүріп жатқан жүйе қабылдаған және реакция өнімдері температураны алған химиялық айнымалының өзгеруіне жатқызылған жылу мөлшері. әрекеттесуші заттар.

Жылу эффектісі тек жүріп жатқан химиялық реакцияның табиғатына тәуелді шама болуы үшін келесі шарттар орындалуы керек:

Реакция не тұрақты көлемде жүруі керек Q v (изохоралық процесс), немесе тұрақты қысымда Q p (изобарлық процесс).

Жүйеде P = const кезінде мүмкін болатын кеңейту жұмыстарынан басқа жұмыс орындалмайды.

Егер реакция стандартты жағдайларда T = 298,15 К = 25 С және P = 1 атм = 101325 Па орындалса, жылу эффектісі реакцияның стандартты жылу эффектісі немесе реакцияның стандартты энтальпиясы Δ деп аталады. Х rO. Термохимияда реакцияның стандартты жылуы стандартты түзілу энтальпиялары арқылы есептеледі.

Стандартты түзілу жылуы деп тұрақты стандарттық күйдегі жай заттар мен оның құрамдас бөліктерінен бір моль зат түзілу реакциясының жылу эффектісі түсініледі.

Мысалы, көміртек пен сутектен 1 моль метан түзілудің стандартты энтальпиясы реакцияның жылу эффектісіне тең: C(t) + 2H 2 (г) = CH 4 (г) + 74,9 кДж/моль.

Жылу бөлінетін реакциялар (энтальпия азаяды) деп аталады экзотермиялық. Жылу жұтылатын реакциялар (энтальпия артады) деп аталады эндотермиялық. Әдетте, экзотермиялық реакциялар - бұл өнімдердің бастапқы заттарға қарағанда күшті химиялық байланысы бар реакциялар, ал эндотермиялық реакциялар керісінше.

жылу эффектісін көрсететін химиялық реакциялардың теңдеулері термохимиялық теңдеулер деп аталады. Термиялық әсерден басқа, термохимиялық теңдеулер көбінесе заттардың фазалық күйін және полиморфты модификациясын көрсетеді.

Егер бірнеше реакциялар болса, соңғы жылу эффектісі арқылы есептеледі

Қатты денелер кристалды және аморфты болады.

Тәжірибе салайық

Ас тұзының немесе қанттың кристалдарын үлкейткіш әйнек арқылы қараңыз: олардың жиектері кесілгендей тегіс. Сіз сондай-ақ үлкен кристалды өсіре аласыз: суретте. 7.6 және ас тұзының осындай кристалы бейнеленген. Қар түйіршіктері өте әдемі және сонымен бірге әрқашан өте «дұрыс»: олар аспанда өсірілген мұз кристалдары. Олардың үлгісі әрқашан дұрыс алтыбұрышқа негізделген (7.6-сурет, б).

Күріш. 7.6. Кристалды денелер: а - ас тұзының кристалы, б - қар ұшқыны; кристалдық торлар: с – ас тұзы, г – мұз

Ас тұзы, қант және мұз кристалды қатты заттардың мысалдары болып табылады. Кристалдардың дұрыс пішіні кристалдардағы атомдардың немесе молекулалардың ретімен орналасып, кристалдық тор түзуіне байланысты.

Мысалы, ас тұзының кристалында натрий мен хлор атомдары қатаң кезектесіп, текшелердің төбесінде орналасады, сондықтан тұз кристалдары текше пішінді болады. Мұз кристалында су молекулалары алтыбұрыштардың шыңдарында орналасқан, сондықтан кез келген қар ұшқынының үлгісінде алтыбұрышты «қаңқа» болады. Суретте. 7.6, с схемалық түрде ас тұзының кристалдық торын көрсетеді, ал күріш. 7.6, d – мұздың кристалдық торы.

Аморфты денелер.Аморфты денелерге әйнек заттар мысал бола алады (7.7, а-сурет). Аморфты денелер сұйықтарға қарағанда әлдеқайда аз болса да, өтімділікке ие. Температура жоғарылаған сайын аморфты денелердің сұйықтығы артады. Осының арқасында шыны ыдысты қыздырылған шыны тамшысынан үрлеп шығаруға болады (7.7-сурет, б) (сабынды су тамшысынан сабын көпіршігі үрленгендей).

Күріш. 7.7. Аморфты денелердің мысалдары: а - шыны көпіршік; b - жартылай сұйық шыны тамшысы; в – аморфты дененің молекулалық құрылымының схемалық бейнесі

Суретте. 7.7, в аморфты дененің молекулалық құрылымын схемалық түрде бейнелейді. Көріп отырғаныңыздай, аморфты дененің молекулалық құрылымы сұйықтың молекулалық құрылымына ұқсайды - бұл аморфты денелердің сұйықтығын түсіндіреді. «Аморф» сөзінің грек тілінен шыққаны кездейсоқ емес. «амор-фос» - пішінсіз.

Қатты денелер тұрақты пішіні мен көлемімен сипатталады және кристалдық және аморфты болып бөлінеді.

Кристалды денелер

Кристалдық денелер (кристалдар) атомдары немесе молекулалары кеңістікте реттелген орындарды алатын қатты денелер.
Кристалдық денелердің бөлшектері кеңістікте қалыпты заңдылықты құрайды кристалдық кеңістік торы.

Кристаллдық күйдегі әрбір химиялық зат кристалдың физикалық қасиеттерін анықтайтын белгілі бір кристалдық торға сәйкес келеді.

Сіз білесіз бе?
Көптеген жылдар бұрын Санкт-Петербургте жылытылмаған қоймалардың бірінде ақ қалайы жылтыр түймелердің үлкен қоры болды. Кенет олар қараңғыланып, жылтырлығын жоғалтып, ұнтаққа айнала бастады. Санаулы күннің ішінде түйме таулары сұр ұнтақтың үйіндісіне айналды. «Қалайы обасы»- ақ қаңылтырдың бұл «ауруы» осылай аталды.
Бұл қалайы кристалдарындағы атомдардың ретін қайта құру ғана болды. Ақ сорттан сұрға өткен қаңылтыр ұнтаққа айналады.
Ақ қалайы да, сұр қалайы да қалайының кристалдары, бірақ төмен температурада олардың кристалдық құрылымы өзгереді, нәтижесінде заттың физикалық қасиеттері өзгереді.

Кристалдардың пішіні әртүрлі болуы мүмкін және олар тегіс жиектермен шектеледі.

Табиғатта бар:
A) монокристалдар- бұл дұрыс көпбұрыштар пішіні бар және үздіксіз кристалдық торы бар біртекті кристалдар

Ас тұзының монокристалдары:

б) поликристалдар- бұл ұсақ, хаотикалық орналасқан кристалдардан біріктірілген кристалдық денелер.
Қатты денелердің көпшілігі поликристалды құрылымға ие (металдар, тастар, құм, қант).

Висмут поликристалдары:

Кристалдардың анизотропиясы

Кристалдарда ол байқалады анизотропия- физикалық қасиеттердің (механикалық беріктік, электр өткізгіштік, жылу өткізгіштік, жарықтың сынуы мен жұтылуы, дифракция және т.б.) кристалдың ішіндегі бағытқа тәуелділігі.

Анизотропия негізінен монокристалдарда байқалады.

Поликристалдарда (мысалы, үлкен металл кесіндісінде) анизотропия қалыпты жағдайда болмайды.
Поликристалдар көптеген ұсақ кристалдық түйіршіктерден тұрады. Олардың әрқайсысында анизотропия болғанымен, олардың орналасуының бұзылуына байланысты поликристалды дене тұтастай алғанда анизотропиясын жоғалтады.

Кез келген кристалдық зат ериді және кристалданады Еру нүктесі: темір – 1530°, қалайы – 232°, кварц – 1713°, сынап – минус 38°.

Бөлшектер кристалдағы орналасу ретін ол балқи бастағанда ғана бұзуы мүмкін.

Бөлшектердің реті болғанша, кристалдық тор бар, кристал бар. Бөлшектердің құрылымы бұзылса, бұл кристалдың ерігенін - сұйыққа айналғанын немесе буланғанын - буға айналғанын білдіреді.

Аморфты денелер

Аморфты денелерде атомдар мен молекулалардың (шыны, шайыр, янтарь, канифоль) орналасуында қатаң тәртіп жоқ.

Аморфты денелерде байқалады изотропия- олардың физикалық қасиеттері барлық бағытта бірдей.

Сыртқы әсерлер кезінде аморфты денелер көрінеді бір мезгілдесерпімділік қасиеттері (соққы кезінде олар қатты заттар сияқты бөліктерге бөлінеді) және өтімділік (ұзақ әсер еткенде олар сұйықтық сияқты ағып кетеді).

Төмен температурада аморфты денелер қасиеттері бойынша қатты денелерге, ал жоғары температурада өте тұтқыр сұйықтықтарға ұқсайды.

Аморфты денелер арнайы балқу температурасы жоқ, демек, кристалдану температурасы.
Қыздырылған кезде олар бірте-бірте жұмсарады.

Аморфты денелер алады аралық позициякристалды қатты заттар мен сұйықтар арасында.

Дәл сол заткристалды және кристалды емес түрінде де болуы мүмкін.

Заттың сұйық балқымасында бөлшектер толығымен кездейсоқ қозғалады.
Мысалы, сіз қантты ерітсеңіз, онда:

1. балқыма баяу, тыныш қататын болса, онда бөлшектер біркелкі қатарға жиналып, кристалдар түзіледі. Осылайша түйіршіктелген қант немесе кесек қант алынады;

2. егер салқындату өте тез жүрсе, онда бөлшектердің қалыпты қатарға тұруға уақыты болмайды және балқыма кристалды емес қатып қалады. Сонымен, еріген қантты суық суға немесе өте суық тәрелкеге ​​құйсаңыз, қант кәмпит, кристалды емес қант пайда болады.

Керемет!

Уақыт өте келе кристалды емес зат «тозуы» мүмкін, дәлірек айтқанда, кристалдануы мүмкін, олардағы бөлшектер қалыпты қатарларға жиналады.

Тек әртүрлі заттар үшін кезең әртүрлі: қант үшін бірнеше ай, ал тас үшін миллиондаған жылдар.

Кәмпит екі-үш ай бойы тыныш жатсын, ол борпылдақ қабықпен жабылады. Оны үлкейткіш әйнекпен қараңыз: бұл қанттың кішкентай кристалдары. Кристаллдық емес қантта кристалдық өсу басталды. Тағы бірнеше ай күтіңіз - тек қыртысы ғана емес, бүкіл кәмпит кристалданады.

Тіпті біздің қарапайым терезе әйнегі кристалдануы мүмкін. Өте ескі әйнек кейде бұлыңғыр болады, өйткені онда кішкентай мөлдір емес кристалдар массасы пайда болады.

Шыны зауыттарында кейде пеште «ешкі» қалыптасады, яғни кристалды шыны блогы. Бұл хрусталь әйнек өте берік, пешті жою одан қыңыр «ешкіні» қағып алғанша оңайырақ.
Оны зерттей келе ғалымдар жаңа, өте берік шыны материалы – керамикалық шыны жасады. Бұл шынының көлемдік кристалдануы нәтижесінде алынған шыны-кристалды материал.

Қызық!

Әр түрлі кристалдық пішіндер болуы мүмкін бірдей зат.
Мысалы, көміртек.

Графиткристалдық көміртек болып табылады. Қарындаш сымдары графиттен жасалған, ол аздап басқан кезде қағазда із қалдырады. Графиттің құрылымы қабаттасқан. Графит қабаттары оңай ауысады, сондықтан жазу кезінде графит үлпектері қағазға жабысады.

Бірақ кристалдық көміртектің тағы бір түрі бар - алмаз.

Кристалдық денелер – атомдары ретті түрде орналасып, үш өлшемді периодтық кеңістіктік орналасуды – кристалдық торды құрайтын қатты денелер. Атомдардың орналасу реті ұзақ немесе қысқа диапазонды болуы мүмкін.

Аморфты денелердің кристалдық құрылымы болмайды және кристалдардан айырмашылығы, кристалдық беттерді түзу үшін бөлінбейді. Олар сондай-ақ жалпы изотропты (әр түрлі бағытта әртүрлі қасиеттерді көрсетпейді). Олардың белгілі бір балқу температурасы жоқ.

Кристаллдар атомдардың тепе-теңдік орындарының орналасуында кеңістіктік периодтылықпен сипатталады. Аморфты денелерде атомдар кездейсоқ орналасқан нүктелердің айналасында тербеледі.

2. Кристалл торы дегеніміз не?

Кристалл торы кристалдың құрылымын талдау үшін енгізілген көмекші геометриялық кескін болып табылады. Тор кенепке немесе торға ұқсас, бұл тор нүктелерін түйіндер деп атауға негіз береді. Тор – трансляция тобының әсерінен кристалдың кездейсоқ таңдалған бөлек нүктесінен пайда болатын нүктелердің (атомдардың) жиынтығы. Бұл орналасу әр нүктеге қатысты, қалғандарының бәрі бірдей орналасқандығымен ерекшеленеді. Оның кез келген тән аудармасын тұтастай алғанда торға қолдану оның параллельді тасымалдануы мен комбинациясына әкеледі. Талдауға ыңғайлы болу үшін тор нүктелері әдетте кристалға кіретін кез келген атомдардың орталықтарымен немесе молекулалардың орталықтарымен біріктіріледі.

3. Кристалл тор түйіндері дегеніміз не?

Бөлшектердің орналасу нүктелері

кристалдық тордың түйіндері деп аталады.

Орналасатын бөлшектердің түріне байланысты

кристалдық тордың түйіндері және табиғаты

Олардың арасындағы байланыстың 4 түрі бар

кристалдық торлар: иондық, атомдық,

молекулалық, металдық.

4.Монокристалдар мен поликристалдардың айырмашылығы неде?

Монокристалл – үздіксіз кристалдық торы бар және қасиеттерінің анизотропиясымен сипатталатын жеке біртекті кристалл.

Поликристал - бұл кез келген заттың ұсақ кристалдарының жиынтығы, олардың пішіні дұрыс емес болғандықтан кейде кристаллиттер немесе кристаллдар деп аталады.

5.Кристалдарды қалай жіктеуге болады?

Кристалдардың түрлері

Идеал және нақты кристалды ажырату керек.

Идеал кристал - бұл толық, өзіне тән симметрия, идеалдандырылған тегіс тегіс жиектері бар математикалық нысан.

Нағыз кристалда әрқашан тордың ішкі құрылымында әртүрлі ақаулар, беттеріндегі бұрмаланулар мен бұзылулар болады және ерекше өсу жағдайларына, қоректену ортасының гетерогенділігіне, зақымданулар мен деформацияларға байланысты көп қырлы симметрия төмендейді. Нағыз кристалдың міндетті түрде кристаллографиялық беттері және дұрыс пішіні болмайды, бірақ ол өзінің негізгі қасиетін – кристалдық тордағы атомдардың дұрыс орналасуын сақтайды.

6.Иондық байланыс дегеніміз не?

Иондық байланыс, электроваленттік байланыс, гетеровалентті байланыс, қарама-қарсы зарядталған иондар арасындағы электростатикалық әсерлесуге негізделген химиялық байланыс түрлерінің бірі.

7.Ковалентті байланыс дегеніміз не?

Коваленттік байланыс – екі атом арасындағы химиялық байланыстың бір түрі, оны ортақ электронды жұп (әр атомнан бір электрон) жүзеге асырады. Қ.с. молекулаларда да (агрегацияның кез келген күйінде), кристалдық торды құрайтын атомдар арасында да болады.

8. Кристалдың қандай түрлері бар. жүйелерді білесіз бе?

Кеңістіктік симметрияға байланысты барлық кристалдық торлар жеті кристалдық жүйеге бөлінеді.

1. триклиникалық жүйе – ең кіші симметрия, бірдей бұрыштар, бірдей ұзындықтағы осьтер жоқ;

2. моноклиникалық жүйе – екі тік бұрыш, бірдей ұзындықтағы осьтер жоқ;

3. ромбтық жүйе – үш тік бұрыш (сондықтан ортогональ), бірдей ұзындықтағы осьтер жоқ;

4. алтыбұрышты жүйе – бір жазықтықта ұзындығы бірдей екі ось 120° бұрышта, үшінші ось тік бұрышта;

5. тетрагональды жүйе – ұзындығы бірдей екі ось, үш тік бұрыш;

6. тригональды жүйе – ұзындығы бірдей үш ось және 90°-қа тең емес үш бірдей бұрыш;

7. кубтық жүйе – симметрияның ең жоғары дәрежесі, тік бұрыштағы бірдей ұзындықтағы үш ось.

Кристалдық денелер және олардың қасиеттері

Қатты денелерде бөлшектер (молекулалар, атомдар және иондар) бір-біріне жақын орналасқаны сонша, олардың арасындағы өзара әсерлесу күштері олардың бір-бірінен ұшып кетуіне мүмкіндік бермейді.

Бұл бөлшектер тек тепе-теңдік күйінің айналасында тербелмелі қозғалыстар жасай алады. Сондықтан қатты денелер пішіні мен көлемін сақтайды.

Молекулалық құрылымына қарай қатты денелер бөлінеді кристалдықЖәне аморфты.

Кристалдық денелердің құрылысы

Кристалды жасуша

Кристаллдық - бұл кеңістікте құрылымды құрайтын, қатаң анықталған геометриялық тәртіпте орналасқан қатты денелер, молекулалар, атомдар немесе иондар. кристалдық тор .

Бұл тәртіп үш өлшемді кеңістікте барлық бағытта периодты түрде қайталанады. Ол ұзақ қашықтықта сақталады және кеңістікте шектелмейді. Ол деп аталады ұзақ жолмен .

Кристалл торларының түрлері

Кристалл торы - бөлшектердің кристалда қалай орналасатынын көрсету үшін қолданылатын математикалық модель. Бұл бөлшектер орналасқан кеңістіктегі нүктелерді түзу сызықтармен ойша байланыстыра отырып, кристалдық торды аламыз.

Осы тордың орындарында орналасқан атомдар арасындағы қашықтық деп аталады тор параметрі .

Түйіндерде қандай бөлшектер орналасқанына байланысты кристалдық торлар болады молекулалық, атомдық, иондық және металлдық.

Кристалдық денелердің балқу температурасы, серпімділігі және беріктігі сияқты қасиеттері кристалдық тордың түріне байланысты.

Температура қатты дененің балқуы басталатын мәнге көтерілгенде, кристалдық тор бұзылады.

Молекулалар көбірек еркіндікке ие болады, ал қатты кристалды зат сұйық сатыға өтеді. Молекулалар арасындағы байланыс неғұрлым күшті болса, балқу температурасы соғұрлым жоғары болады.

Молекулалық тор

Молекулалық торларда молекулалар арасындағы байланыс күшті болмайды. Сондықтан қалыпты жағдайда мұндай заттар сұйық немесе газ тәрізді күйде болады.

Қатты күй олар үшін төмен температурада ғана мүмкін. Олардың балқу температурасы да (қатты күйден сұйыққа өту) төмен. Ал қалыпты жағдайда олар газ күйінде болады.

Мысалы, йод (I2), «құрғақ мұз» (көмірқышқыл газы CO2).

Атомдық тор

Атомдық кристалдық торы бар заттарда атомдар арасындағы байланыс күшті болады.

Сондықтан заттардың өзі өте қатты. Олар жоғары температурада ериді. Кремний, германий, бор, кварц, кейбір металдардың оксидтері және табиғаттағы ең қатты зат — алмаздың кристалдық атомдық торы бар.

Иондық тор

Иондық кристалдық торы бар заттарға сілтілер, көптеген тұздар және типтік металдардың оксидтері жатады.

Иондардың тарту күші өте күшті болғандықтан, бұл заттар өте жоғары температурада ғана балқи алады. Олар отқа төзімді деп аталады. Олардың беріктігі мен қаттылығы жоғары.

Металл гриль

Барлық металдар мен олардың қорытпаларында болатын металл торының түйіндерінде атомдар да, иондар да орналасады.

Осы құрылымның арқасында металдар жақсы иілгіштік пен иілгіштікке, жоғары жылу және электр өткізгіштікке ие.

Көбінесе кристалды пішіні қалыпты көпбұрыш болып табылады.

Мұндай көп қырлылардың беттері мен жиектері белгілі бір зат үшін әрқашан тұрақты болып қалады.

Монокристал деп аталады монокристал . Оның тұрақты геометриялық пішіні, үздіксіз кристалдық торы бар.

Табиғи монокристалдардың мысалдары алмаз, рубин, тас кристалы, тас тұзы, Исландия шпаты, кварц болып табылады. Жасанды жағдайларда монокристалдар ерітінділерді салқындату немесе белгілі бір температураға дейін балқыту арқылы олардан кристалл түріндегі қатты зат оқшауланған кезде кристалдану процесі арқылы алынады.

Баяу кристалдану жылдамдығымен мұндай кристалдардың кесілуі табиғи пішінге ие болады. Осылайша, ерекше өндірістік жағдайларда жартылай өткізгіштердің немесе диэлектриктердің монокристалдары алынады.

Кездейсоқ біріктірілген шағын кристалдар деп аталады поликристалдар . Поликристалдың ең жарқын мысалы - гранит тас. Барлық металдар да поликристалды.

Кристалдық денелердің анизотропиясы

Кристаллдарда бөлшектер әртүрлі тығыздықтағы әртүрлі бағытта орналасады.

Егер атомдарды кристалдық тордың бір бағыты бойынша түзу сызықпен қосатын болсақ, онда олардың арасындағы қашықтық осы бағыттың барлығында бірдей болады. Кез келген басқа бағытта атомдар арасындағы қашықтық та тұрақты, бірақ оның мәні алдыңғы жағдайдағы қашықтықтан өзгеше болуы мүмкін. Бұл әр түрлі бағыттағы атомдар арасында әртүрлі шамадағы әрекеттесу күштерінің әрекет ететінін білдіреді. Сондықтан бұл бағыттардағы заттың физикалық қасиеттері де әр түрлі болады.

Бұл құбылыс деп аталады анизотропия зат қасиеттерінің бағытқа тәуелділігі.

Кристаллдық заттың электр өткізгіштігі, жылу өткізгіштігі, серпімділігі, сыну көрсеткіші және басқа да қасиеттері кристалдағы бағытқа байланысты өзгереді. Электр тогы әртүрлі бағытта әр түрлі өткізіледі, зат әртүрлі қызады, ал жарық сәулелері әртүрлі сындырады.

Поликристалдарда анизотропия құбылысы байқалмайды.

Заттың қасиеттері барлық бағытта бірдей болып қалады.

Қатты денелердің сипаттамасы.

Молекулалар (немесе атомдар) қатаң тәртіппен орналасады. Молекулалар арасындағы қашықтық ≈ молекуланың диаметріне тең. Қатты денелердің атомдары немесе молекулалары белгілі бір тепе-теңдік позицияларының айналасында тербеледі.

Сондықтан қатты денелер тек көлемді ғана емес, сонымен қатар пішінді де сақтайды. Егер тепе-теңдік позицияларының орталықтарын қатты дененің атомымен немесе иондарымен байланыстырсаңыз, кристалдық тор деп аталатын тұрақты кеңістік торын аласыз.

Атомдары немесе молекулалары рет-ретімен орналасып, периодты қайталанатын ішкі құрылымды құрайтын қатты денелер деп аталады. кристалдар. Сондықтан кристалдардың жиектері тегіс болады (ас тұзының дәнінің бір-бірімен тік бұрыш жасайтын тегіс жиектері бар).

Кристалдық денелердің физикалық қасиеттері әртүрлі бағытта бірдей емес, параллель бағытта бірдей.

Кристалдардың анизотропиясы –Бұл физикалық қасиеттердің кристалда таңдалған бағытқа тәуелділігі.

Мысалы, әртүрлі бағыттағы кристалдардың әртүрлі механикалық беріктігі (слюда бөлігі бір бағытта оңай қабыршақтанады, бірақ оны пластиналарға перпендикуляр бағытта бұзу әлдеқайда қиын). Көптеген кристалдар жылу мен электр тогын әртүрлі бағытта әр түрлі өткізеді. Кристалдардың оптикалық қасиеттері де бағытқа байланысты. Мысалы, кварц және турмалин кристалдары оларға түсетін сәулелердің бағытына байланысты жарықты әртүрлі түрде сындырады.

Ас тұзының кристалы бөлінгенде, ол тік бұрыштармен қиылысатын тегіс беттермен шектелген бөліктерге ұсақталады.

Бұл жазықтықтар үлгідегі арнайы бағыттарға перпендикуляр; осы бағыттар бойынша оның күші минималды.

Кристалдардың механикалық, жылулық, электрлік және оптикалық қасиеттерінің анизотропиясы атомдардың, молекулалардың немесе иондардың реттелген орналасуымен олардың арасындағы өзара әрекеттесу күштері мен атом аралық қашықтықтардың әртүрлі бағытта тең емес болуымен түсіндіріледі.

Кристалдық денелер болып бөлінеді монокристалдарЖәне поликристалдар.

Монокристалдар – бұл монокристалдардың қалыпты геометриялық пішіні бар және олардың қасиеттері әртүрлі бағытта (анизотропия) әртүрлі.

Монокристалдар кейде геометриялық дұрыс сыртқы пішінге ие болады, бірақ монокристалдың негізгі ерекшелігі оның бүкіл көлемі бойынша мерзімді қайталанатын ішкі құрылым болып табылады.

Поликристалды дене деп бір-бірімен біріктірілген хаотикалық бағытталған ұсақ кристалдар – кристаллиттер жиынтығын айтады. Шойынның поликристалдық құрылымын, мысалы, сынған үлгіні үлкейткіш әйнекпен қарау арқылы анықтауға болады. Поликристалды дененің әрбір шағын монокристалы анизотропты, бірақ поликристалды дене изотропты.

Поликристалдар –бұл көп мөлшердегі ұсақ балқытылған кристалдардан (металдар, қанттың бір бөлігі) тұратын қатты заттар.

Поликристалдардың ішіндегі барлық бағыттар тең, ал поликристалдардың қасиеттері барлық бағытта бірдей (изотропия).

Аморфтыфизикалық қасиеттері барлық бағытта бірдей денелер деп аталады. Аморфты денелердің мысалдарына қатайтылған шайыр, кәріптас және шыны ыдыстардың бөліктері жатады. Аморфты денелер изотроптыденелер.

Аморфты денелердің физикалық қасиеттерінің изотропиясы оларды құрайтын атомдар мен молекулалардың ретсіз орналасуымен түсіндіріледі. Аморфты денелерде атомдардың орналасу реті қатаң болмайды, бір құрылымдық элементтің барлық бағыттарында қатаң қайталану болмайды.

Кристалдық денелерден айырмашылығы, аморфты денелер үшін арнайы балқу температурасы жоқ.

Аморфты денелердің қасиеттері.Барлық аморфты денелер изотропты, яғни. олардың физикалық қасиеттері барлық бағытта бірдей (шыны, шайыр, пластик және т.б.).

Сыртқы әсерлер кезінде аморфты денелер қатты заттар сияқты серпімділік және сұйық сияқты өтімділік қасиеттерін де көрсетеді (Күшті әсерде шайырдың бір бөлігі бөліктерге бөлінеді, ал шайыр қатты бетінде ұзақ уақыт бойы шайыр бірте-бірте таралады және температура неғұрлым жоғары болса, бұл соғұрлым тезірек болады.).

Тақырып 5.2 Қатты денелердің механикалық қасиеттері. Деформация түрлері. Серпімділік, беріктік, иілгіштік, сынғыштық. Гук заңы. Балқу және кристалдану.

Жердің және планеталардың ішкі құрылысы*

Қатты дененің деформациясысыртқы күштердің әсерінен дененің пішінінің немесе көлемінің өзгеруі деп аталады.

Деформация түрлері.

Серпімді деформациялар– бұл сыртқы күштердің әрекеті (серіппе, резеңке шнур) тоқтағаннан кейін және дене өзінің бастапқы пішінін қалпына келтіргеннен кейін толығымен жойылатын деформациялар.

Пластикалық деформациялар– бұл сыртқы күштердің әрекеті (пластилин, саз, қорғасын) тоқтағаннан кейін жойылмайтын және дене бастапқы пішінін қалпына келтірмейтін деформациялар.

Механикалық кернеусерпімділік күшінің модулінің F дененің көлденең қимасының ауданына қатынасы деп аталады:

;

Гук заңы:шағын деформациялар кезінде кернеу ұзаруға тура пропорционал болады.

Кіші деформациялар үшін Гук заңы орындалады (ОА диаграммасының бөлімі).

1) , Қайда — серпімділік модулі немесе Янг модулі (ол материалдың серпімді деформацияға төзімділігін сипаттайды); — салыстырмалы деформация (салыстырмалы ұзару); бастапқы ұзындық, ∆l – дененің абсолютті ұзаруы.

2) , Қайда — қаттылық коэффициенті.

Кернеу диаграммасы. (күріш.)Созылу деформациясын зерттеу үшін стержень арнайы құрылғылардың көмегімен керілуге ​​ұшырайды, содан кейін үлгінің ұзаруы және онда пайда болатын кернеу өлшенеді. Тәжірибе нәтижелері бойынша кернеудің салыстырмалы ұзаруға тәуелділігінің графигі сызылады, ол созылу диаграммасы деп аталады (сурет).

OA ауданы – пропорционалды деформация; — пропорционалдық шегі (Гук заңы әлі де орындалатын максималды кернеу); егер сіз жүктемені арттырсаңыз, деформация сызықты емес болады, бірақ жүктемені алып тастағаннан кейін дененің пішіні мен өлшемі іс жүзінде қалпына келтіріледі.

(АВ графигі – серпімді деформация); — серпімділік шегі; Жүктеме ұлғайған сайын деформация тез артады және диаграммадағы С нүктесіне сәйкес келетін белгілі бір кернеу мәнінде ұзару жүктемені арттырмай іс жүзінде артады.

Бұл құбылыс деп аталады өтімділікматериал (CD бөлімі). Үлгінің үзілуі кернеу шекті беріктік деп аталатын максималды мәнге жеткеннен кейін пайда болады (үлгі сәтсіздікке дейін сыртқы жүктемені арттырмай созылады).

Қатысты ақпарат:

Сайтта іздеу:

ҚАТТЫ ЗАТТАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ ЖӘНЕ ҚАСИЕТТЕРІ

Теориялық ақпарат

Зат үш агрегаттық күйде болуы мүмкін: газ тәрізді, сұйық және қатты.

Плазманы көбінесе материяның төртінші күйі деп атайды. Зат қасиеттерінің оның агрегаттық күйіне тәуелділігі кестеде көрсетілген. 33.

1-кесте

Әртүрлі агрегаттық күйдегі заттардың қасиеттері

Заттың агрегаттық күйі молекулалар арасында әрекет ететін күштермен, бөлшектер арасындағы қашықтықпен және олардың қозғалыс сипатымен анықталады.

IN қиын күйде бөлшектер бір-біріне қатысты белгілі бір орынды алады.

Заттың сығылғыштығы мен механикалық беріктігі төмен, өйткені молекулаларда қозғалыс еркіндігі жоқ, тек тербеліс бар. Қатты денені құрайтын молекулалар, атомдар немесе иондар деп аталады құрылымдық бірліктер.

Қатты заттар болып бөлінеді аморфты және кристалды
(Кесте

34). Кристалдық заттар қатаң белгіленген температурада балқиды T балқу, аморфты заттардың анық анықталған балқу температурасы болмайды; қыздырған кезде олар жұмсартады (жұмсарту интервалымен сипатталады) және сұйық немесе тұтқыр күйге өтеді (Cурет 2).

кесте 2

Аморфты және кристалды заттардың салыстырмалы сипаттамасы

18. Қыздырғанда заттардың көлемінің өзгеруі? А- кристалдық; б– аморфты

Аморфты заттардың ішкі құрылымы молекулалардың кездейсоқ орналасуымен сипатталады (кесте. 34). Заттың кристалдық күйі кристалды құрайтын бөлшектердің кеңістікте дұрыс орналасуын және түзілуін болжайды. кристалдық (кеңістіктік)торларКристалдық денелердің негізгі ерекшелігі олардың анизотропия– қасиеттерінің ұқсас еместігі (жылу және электр өткізгіштік, механикалық беріктік, еру жылдамдығы және т.б.) г.) ​​әртүрлі бағытта, ал аморфты денелер - изотропты. Қатты кристалдар– барлық бағытта бірдей құрылымдық элементтің (бірлік ұяшық) қатаң қайталануымен сипатталатын үш өлшемді түзілімдер. Бірлік ұяшығыкристалда шексіз рет қайталанатын параллелепипед түріндегі кристалдың ең кіші көлемін білдіреді. Бірлік ұяшығы осьтер мен бұрыштардың көмегімен анықталады (Cурет 19).

Кристалдық торлардың негізгі параметрлері бар.

Кристалл торының энергиясы Экр., кДж/моль,– бұл газ тәріздес күйдегі және бір-бірінен олардың өзара әрекеттесуін болдырмайтын қашықтықта бөлінген микробөлшектерден (атомдардан, молекулалардан, иондардан) 1 моль кристалдың түзілуі кезінде бөлінетін энергия.

Тор тұрақты d,– химиялық байланыс арқылы қосылған кристалдағы екі бөлшектің центрінің арасындағы ең аз қашықтық.

Үйлестіру нөмірі c.n.

– кеңістіктегі орталық бөлшекті қоршаған, онымен химиялық байланыс арқылы байланысқан бөлшектердің саны.

Кристалл бөлшектері орналасқан нүктелер деп аталады кристалдық тор түйіндері

Кристалл пішіндерінің әртүрлілігіне қарамастан, оларды қатаң және бір мағыналы түрде жіктеуге болады. Кристалл пішіндерін жүйелеуді ресейлік академик енгізді А.В. Гадолин(1867), ол кристалдардың симметриялық ерекшеліктеріне негізделген. Кристалдардың геометриялық пішініне сәйкес келесі жүйелер (жүйелер) мүмкін: текшелік, тетрагональды, орторомбты, моноклиндік, триклиниктік, алтыбұрышты және ромбоэдрлік (Cурет 2).

Күріш. 20. Негізгі кристалдық жүйелер

Бір заттың әртүрлі кристалдық пішіндері болуы мүмкін, олар ішкі құрылымымен, демек, физикалық және химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді. Бұл құбылыс деп аталады полиморфизм .

Изоморфизм– табиғаты әртүрлі екі зат бір құрылымның кристалдарын түзеді. Мұндай заттар аралас кристалдар түзе отырып, кристалдық торда бірін-бірі алмастыра алады.

Кристалл торының түйіндерінде орналасқан бөлшектердің түріне және олардың арасындағы байланыстардың түріне байланысты кристалдар төрт түрге бөлінеді: молекулалық, атомдық, иондық және металлдық (Cурет 1).

21. Кристалдардың түрлері

Молекулалардан (полярлы және полюссіз) тұратын кристалдық торлар деп аталады молекулалық . Мұндай кристалдық торлардағы молекулалар бір-бірімен салыстырмалы түрде әлсіз сутегі, молекулааралық және электростатикалық күштер арқылы байланысады. Сондықтан молекулалық торы бар заттардың қаттылығы төмен және балқу температуралары төмен. Олар суда аз ериді, электр тогын өткізбейді, ұшқыштығы жоғары.

Молекулалық торлары бар заттардың мысалы ретінде мұз, қатты көмірқышқыл газы («құрғақ мұз»), қатты галогенсутек, бір- (асыл газдар), екі- (F2, Cl2, Br2, J2, H2, N2, O2) , үш- (O3), төрт- (Р4), сегіз- (S8) атомдық молекулалар.

Көптеген кристалдық органикалық қосылыстардың молекулалық торы да болады.

Түйіндерінде жеке атомдары бар кристалдық торлар деп аталады атомдық (ковалентті) .

Мұндай торлардағы атомдар бір-бірімен күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысқан.

Атомдық кристалдық торы бар кристалдың мысалы ретінде көміртектің модификацияларының бірі алмазды келтіруге болады (21-сурет). Бұл кристал көміртек атомдарынан тұрады, олардың әрқайсысы көршілес төрт атоммен (cn = 4) байланысқан.

Атомдық кристалдық торы бар заттардың саны көп.

Олардың барлығының балқу температурасы жоғары, сұйықтарда ерімейді, беріктігі жоғары, қаттылығы жоғары, электр өткізгіштігінің кең диапазоны бар (изоляторлар мен жартылай өткізгіштерден электронды өткізгіштерге дейін). Атомдық кристалдық тор негізгі топшалардың (Si, Ge, B, C) III және IV топтарының элементтеріне тән.

Иондардан тұратын кристалдық торлар деп аталады иондық . Олар иондық байланыстары бар заттардан түзіледі. Иондық кристалдық тордың түзілу мысалына натрий хлоридінің кристалы (Na Cl) (күріш.

21). Иондық кристалдық торы бар заттардың қаттылығы, сынғыштығы жоғары, отқа төзімді және ұшқыштығы төмен. Иондық кристалдардың балқуы иондардың бір-біріне қатысты геометриялық дұрыс бағдарлануының бұзылуына және олардың арасындағы байланыс беріктігінің әлсіреуіне әкеледі. Сондықтан мұндай кристалдардың балқымалары мен ерітінділері электр тогын өткізеді. Иондық кристалдық торлары бар заттар полярлы сұйықтықтарда оңай ериді және диэлектриктер болып табылады.

Иондық кристалдық торлар көптеген тұздарды, оксидтерді және негіздерді құрайды.

Металл атомдары мен иондарынан металл байланыс арқылы қосылған кристалдық тор (21-сурет) деп аталады. металл .

Металл тор, әдетте, өте берік. Бұл металдардың көпшілігіне тән қаттылықты, төмен құбылмалылықты және жоғары балқу және қайнау температураларын түсіндіреді.

Ол сондай-ақ металдардың электр және жылу өткізгіштік, жылтырлық, иілгіштік, пластикалық, мөлдірлік, фотоэффект сияқты сипаттамалық қасиеттерін анықтайды. Таза металдар мен қорытпаларда металдық кристалдық тор болады.

Қатты денелер кристалдық және аморфты денелер. Кристалл - ежелгі дәуірде мұз деп аталды. Содан кейін олар кварцты кристал деп атай бастады және бұл минералдарды тасталған мұз деп санады. Кристалдар табиғи болып табылады және зергерлік өнеркәсібінде, оптикада, радиотехникада және электроникада, аса дәлдіктегі аспаптардағы элементтерге тірек ретінде, ультра қатты абразивті материал ретінде қолданылады.

Кристалдық денелер қаттылықпен сипатталады және молекулалар, иондар немесе атомдар кеңістігінде қатаң тұрақты орынға ие болады, нәтижесінде үш өлшемді периодты кристалдық тор (құрылым) пайда болады. Сыртқы жағынан бұл қатты дене пішінінің белгілі бір симметриясымен және оның белгілі бір физикалық қасиеттерімен көрінеді. Сыртқы пішінінде кристалдық денелер бөлшектердің ішкі «орауына» тән симметрияны көрсетеді. Бұл бір заттан тұратын барлық кристалдардың беттерінің арасындағы бұрыштардың теңдігін анықтайды.

Оларда көрші атомдар арасындағы орталықтан орталыққа дейінгі қашықтықтар да тең болады (егер олар бір түзуде орналасса, онда бұл қашықтық сызықтың бүкіл ұзындығы бойынша бірдей болады). Бірақ бағыты басқа түзу сызықта жатқан атомдар үшін атомдардың центрлерінің арасындағы қашықтық әртүрлі болады. Бұл жағдай анизотропияны түсіндіреді. Анизотропия - кристалдық денелер мен аморфты денелердің негізгі айырмашылығы.

Қатты заттардың 90%-дан астамын кристалдарға жатқызуға болады. Табиғатта олар монокристалдар және поликристалдар түрінде болады. Монокристалдар – беттері дұрыс көпбұрыштармен бейнеленген монокристалдар; Олар үздіксіз кристалдық тордың болуымен және физикалық қасиеттердің анизотропиясымен сипатталады.

Поликристалдар – біршама ретсіз «бірге өскен» көптеген ұсақ кристалдардан тұратын денелер. Поликристалдар - бұл металдар, қант, тастар, құм. Мұндай денелерде (мысалы, металдың фрагменті) анизотропия әдетте элементтердің кездейсоқ орналасуына байланысты пайда болмайды, дегенмен анизотропия осы дененің жеке кристалына тән.

Кристалдық денелердің басқа қасиеттері: қатаң анықталған температура (критикалық нүктелердің болуы), беріктік, серпімділік, электр өткізгіштік, магниттік өткізгіштік, жылу өткізгіштік.

Аморфты - пішіні жоқ. Бұл сөз грек тілінен сөзбе-сөз аударылады. Аморфты денелерді табиғат жаратады. Мысалы, янтарь, балауыз.Адамдар жасанды аморфты денелерді – шыны және шайырлар (жасанды), парафин, пластмассалар (полимерлер), канифоль, нафталин, вар жасауға қатысады. дене құрылымындағы молекулалардың (атомдардың, иондардың) ретсіз орналасуына байланысты болмайды. Сондықтан кез келген аморфты дене үшін олар изотропты – барлық бағытта бірдей. Аморфты денелер үшін сыни балқу температурасы жоқ, олар қыздырылғанда бірте-бірте жұмсарып, тұтқыр сұйықтықтарға айналады. Аморфты денелерге сұйықтар мен кристалды денелер арасында аралық (өтпелі) орын беріледі: төмен температурада олар қатып, серпімді болады, сонымен қатар соқтығысқанда пішінсіз бөліктерге бөлінуі мүмкін. Жоғары температурада дәл осы элементтер тұтқыр сұйықтықтарға айнала отырып, пластикалық қасиеттерін көрсетеді.

Енді сіз кристалдық денелердің не екенін білесіз!