Влажность воздуха. Характеристика жидкого состояния вещества. Характеристика твердого состояния вещества. Плавление и кристаллизация, страница 17

При изучении твердых веществ было обнаружено, что многие твердые тела в природе имеют гладкие плоские поверхности, расположенные под определенными углами, а иногда и форму правильных многогранников. Такие твердые тела называют монокристаллами (от греч. «mono» - один). Чаще всего монокристаллы имеют очень маленькие размеры, хотя, например, монокристаллы горного хрусталя иногда бывают величиной с человеческий рост.

У кристаллов каждого вида вещества углы между гранями имеют определенную величину. Измерив, эти углы у одного кристалла, мы будем знать, что у всех других кристаллов этого же вещества такие же углы, хотя по внешнему виду кристаллы могут оказаться различными.  Таким путем можно безошибочно узнавать, к какому виду вещества принадлежат те или иные кристаллы. Это метод определения вида вещества был разработан Е.С.Федоровым – основоположником  науки о кристаллах.

Изучение внутреннего строения кристаллов с помощью  рентгеновских лучей позволило установить, что частицы в кристаллах (молекулы, атомы и ионы) имеют правильное расположение, т.е. образуют кристаллическую (пространственную) решетку. Точки в кристаллической решетке, соответствующие наиболее устойчивому положению равновесия частиц твердого тела, называются узлами решетки.

Правильное расположение частиц в узлах решетки кристалла называют дальним порядком в расположении частиц.

Итак, в физике под твердыми телами подразумевают только такие вещества, у которых имеется кристаллическое строение. Иначе говоря, у твердого тела обязательно должен быть дальний порядок в расположении его частиц.

Анизотропия кристаллов.

Пространственная решетка и ее дефекты

Правильное расположение частиц в решетке кристаллов является причиной анизотропии кристаллов.

Которая заключается в зависимости, каких – либо свойств кристаллов от направления.

У многих кристаллов очень ярко выражена зависимость механической прочности кристалла от направления. Например, слюда легко расщепляется на пластинки, каменная соль раскалывается на кубики и т.д. Особенно заметно эта зависимость у графита. В каждом слое кристалла графита атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников, а расстояние между соседними слоями в 2,5 раза больше, чем расстояние между ближайшими атомами углерода в каждом слое. Поэтому слои в кристалле графита легко сдвигаются относительно друг друга. Соскальзыванием слоев графита мы пользуемся, когда, когда пишем карандашом. Это же свойство графита позволяет использовать его как смазочный материал (особенно часто он используется при высоких температурах). Отметим, что плоскости, по которым наиболее легко раскалывается кристаллическое вещество, называются плоскостями спайности. 

Если на поверхность кристалла кварца нанести слой воска и коснуться концом сильно нагретой проволоки середины грани крис­талла, то, воск расплав­ляется по эллипсу. Значит, теплопро­водность кристалла кварца зависит от направления. Такого рода опытами можно обнаружить зависимость от на­правления и многих других свойства кристаллов.

Отметим, что в кристаллах часто можно обнаружить и такие направ­ления, по которым те или иные свой­ства оказываются одинаковыми. Срежем верхнюю половину кристалла, изображенного на рисунке 23 а, и повторим предыдущий опыт, коснувшись проволочкой центра среза. При этом воск   расплавляется   по окружности (рисунке 23 б).

Напомним еще раз, что анизотропией обладают только монокристаллы. Большинство твердых веществ имеет поликрис­таллическое строение (от греческого «поли» — много), т. е. состоит из множества очень мелких кристалликов, иногда различи­мых только в микроскоп. Поскольку эти кристаллики относительно друг друга расположены хаотически, твердое тело в целом является изотропным, т. е. имеет одинаковые свойства по всем направле­ниям, хотя каждый отдельный кристаллик обладает анизотропией. Аморфные тела тоже изотропны, так как у них нет пространственной решетки. Различие между поликристаллическими и аморфными те­лами в этом отношении заключается в том, что у поликристалли­ческих тел всегда можно выделить столь малую часть тела, в которой обнаружится анизотропия, а аморфные вещества изотропны при любых размерах тела или его части.