Κρυσταλλική άμορφη κατάσταση ενός στερεού. Μάθημα βίντεο "Η κρυσταλλική κατάσταση της ύλης

Στη στερεή κατάσταση, οι περισσότερες ουσίες έχουν κρυσταλλική δομή. Είναι εύκολο να το επαληθεύσετε αυτό χωρίζοντας ένα κομμάτι ύλης και εξετάζοντας το προκύπτον κάταγμα. Συνήθως, σε ένα διάλειμμα (για παράδειγμα, σε ζάχαρη, θείο, μέταλλα), μικρές κρυστάλλινες όψεις που βρίσκονται σε διαφορετικές γωνίες είναι καθαρά ορατές, που αστράφτουν λόγω της διαφορετικής ανάκλασης του φωτός από αυτές. Σε περιπτώσεις όπου οι κρύσταλλοι είναι πολύ μικροί, η κρυσταλλική δομή της ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο.

Κάθε ουσία συνήθως σχηματίζει τέλεια κρυστάλλους ορισμένη μορφή. Για παράδειγμα, το χλωριούχο νάτριο κρυσταλλώνεται με τη μορφή κύβων (Εικ. 59, ένα),στυπτηρία - με τη μορφή οκταέδρων (Εικ. 59, σι)νιτρικό νάτριο - με τη μορφή πρισμάτων (Εικ. 59, σε)και τα λοιπά. Η κρυσταλλική μορφή είναι ένα από χαρακτηριστικές ιδιότητεςουσίες.

Ρύζι. 59.

ένα- χλωριούχο νάτριο; σι- στυπτηρία σε- νιτρικό νάτριο

Η ταξινόμηση των κρυσταλλικών μορφών βασίζεται στη συμμετρία των κρυστάλλων. Διάφορες περιπτώσεις συμμετρίας κρυσταλλικών πολύεδρων αντιμετωπίζονται αναλυτικά στα μαθήματα κρυσταλλογραφίας. Εδώ θα επισημάνουμε μόνο ότι ολόκληρη η ποικιλία των κρυσταλλικών μορφών μπορεί να μειωθεί σε επτά ομάδες, ή κρυσταλλικά συστήματα,που με τη σειρά τους υποδιαιρούνται σε τάξεις.

Πολλές ουσίες, ιδίως ο σίδηρος, ο χαλκός, το διαμάντι, το χλωριούχο νάτριο, κρυσταλλώνονται σε κυβικόςΣύστημα. Οι απλούστερες μορφές αυτού του συστήματος είναι ο κύβος, το οκτάεδρο, το τετράεδρο. Μαγνήσιο, ψευδάργυρος, πάγος, χαλαζίας κρυσταλλώνονται σε εξαγώνιοςΣύστημα. Οι κύριες μορφές αυτού του συστήματος είναι το εξαγωνικό πρίσμα και η διπυραμίδα.

Οι φυσικοί κρύσταλλοι, καθώς και οι κρύσταλλοι που λαμβάνονται τεχνητά, σπάνια αντιστοιχούν ακριβώς θεωρητικές μορφές. Συνήθως, όταν η τηγμένη ουσία στερεοποιείται, οι κρύσταλλοι συγχωνεύονται και επομένως το σχήμα καθενός από αυτά δεν είναι αρκετά σωστό. Με την ταχεία απελευθέρωση μιας ουσίας από ένα διάλυμα, λαμβάνονται επίσης κρύσταλλοι, το σχήμα των οποίων παραμορφώνεται λόγω ανομοιόμορφης ανάπτυξης υπό συνθήκες κρυστάλλωσης.

Ωστόσο, ανεξάρτητα από το πόσο ανομοιόμορφα αναπτύσσεται ο κρύσταλλος, όσο παραμορφωμένο κι αν είναι το σχήμα του, οι γωνίες στις οποίες συγκλίνουν οι όψεις του κρυστάλλου δεδομένης ουσίας, παραμένει το ίδιο. Αυτός είναι ένας από τους βασικούς νόμους της κρυσταλλογραφίας - ο νόμος της σταθερότητας των γωνιών όψεων.Ως εκ τούτου, όσον αφορά το μέγεθος διεδρικές γωνίεςσε έναν κρύσταλλο, είναι δυνατό να καθοριστεί σε ποιο κρυσταλλικό σύστημα και σε ποια κατηγορία ανήκει ένας δεδομένος κρύσταλλος.

Τα χαρακτηριστικά των κρυσταλλικών σωμάτων δεν περιορίζονται στο σχήμα των κρυστάλλων. Αν και η ουσία σε έναν κρύσταλλο είναι απολύτως ομοιογενής, πολλές από αυτές φυσικές ιδιότητες- αντοχή, θερμική αγωγιμότητα, σχέση με το φως κ.λπ. - δεν είναι πάντα ίδιες σε διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα στον κρύσταλλο. Αυτό σημαντικό χαρακτηριστικό κρυσταλλικές ουσίεςπου ονομάζεται ανισοτροπία.

Κόβουμε, για παράδειγμα, σε διαφορετικές κατευθύνσεις από ένα κυβικό κρύσταλλο ορυκτό αλάτιδύο ράβδους ίδιου πάχους (Εικ. 60) και προσδιορίστε την αντίσταση αυτών των ράβδων στη ρήξη. Αποδεικνύεται ότι για να σπάσει η δεύτερη ράβδος, απαιτείται δύναμη 2,5 φορές μεγαλύτερη από το να σπάσει η πρώτη ράβδος. Προφανώς, η ισχύς των κρυστάλλων αλατιού στην κατεύθυνση κάθετη προς τις όψεις του κύβου είναι 2,5 φορές μικρότερη από την κατεύθυνση των διαγωνίων.

Ρύζι. 60.

ένα- προς την κατεύθυνση κάθετη προς τις όψεις του κύβου. σι- προς την κατεύθυνση της διαγωνίου μιας από τις όψεις του κύβου

Σε πολλούς κρυστάλλους, η διαφορά μεταξύ της αντοχής σε διαφορετικές κατευθύνσεις είναι τόσο μεγάλη που κατά την πρόσκρουση ή το σπάσιμο, χωρίζονται κατά μήκος εκείνων των επιπέδων που είναι κάθετα στα οποία η αντοχή είναι ελάχιστη. Αυτή η ιδιότητα των κρυστάλλων ονομάζεται σχίσιμο.Ένα παράδειγμα της εκδήλωσης της διάσπασης μπορεί να είναι οι κρύσταλλοι μαρμαρυγίας, οι οποίοι, όπως είναι γνωστό, χωρίζονται στις λεπτότερες πλάκες.

Μια φυσική διαφορά στη δομή των περισσότερων στερεών υλικών (με εξαίρεση τους μονοκρυστάλλους), σε σύγκριση με υγρές και ιδιαίτερα αέριες (χαμηλού μοριακού βάρους) ουσίες, είναι η πιο περίπλοκη πολυεπίπεδη οργάνωσή τους (βλ. Πίνακας 4.1 και Εικ. 4.3). Αυτό οφείλεται στη μείωση της ομοιοπολικότητας και στην αύξηση της μεταλλικότητας και της ιοντικότητας των ομο- και ετεροπυρηνικών δεσμών των στοιχείων της μικροδομής τους (βλ. Σχ. 6.2 και 6.6 και Πίνακες 6.1-6.7), που οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των στοιχείων στη δομή της ύλης και του υλικού και μια αντίστοιχη αλλαγή της αθροιστικής της κατάστασης. Κατά τη μελέτη της δομικής ιεραρχίας των στερεών υλικών, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την ενότητα και τις διαφορές στα επίπεδα δομική οργάνωσηστερεά μεταλλικά και μη υλικά, λαμβάνοντας υπόψη τον βαθμό τάξης του όγκου του υλικού των στοιχείων που τα σχηματίζουν. Ιδιαίτερο νόημαέχει διαφορά στη δομή στερεών κρυσταλλικών και άμορφων σωμάτων, η οποία συνίσταται στην ικανότητα των κρυσταλλικών υλικών, σε αντίθεση με τα άμορφα σώματα, να σχηματίζουν ολόκληρη γραμμήπερισσότερο πολύπλοκες δομέςαπό το βασικό χημικό επίπεδο ηλεκτρονίων-πυρηνικών δομών.

άμορφη κατάσταση. Η ιδιαιτερότητα της άμορφης (μετάφρασης από τα ελληνικά - άμορφη) κατάσταση έγκειται στην παρουσία μιας ουσίας σε συμπυκνωμένη (υγρή ή στερεή) κατάστασημε την απουσία στη δομή του τρισδιάστατης περιοδικότητας στη διάταξη των στοιχείων (ατομικοί πυρήνες ή μόρια) που απαρτίζουν αυτή την ουσία. Ως αποτέλεσμα, τα χαρακτηριστικά της άμορφης κατάστασης οφείλονται στην απουσία παραγγελία μεγάλης εμβέλειας -αυστηρή επανάληψη προς όλες τις κατευθύνσεις του ίδιου δομικού στοιχείου (πυρήνας ή ατομικός πυρήνας, ομάδα ατομικών πυρήνων, μόρια κ.λπ.) σε εκατοντάδες και χιλιάδες περιόδους. Ταυτόχρονα, η ουσία στην άμορφη κατάσταση έχει παραγγελία μικρής εμβέλειας- συνέπεια στη διάταξη των γειτονικών στοιχείων της δομής, δηλ. μια σειρά που παρατηρείται σε αποστάσεις συγκρίσιμες με το μέγεθος των μορίων. Με την απόσταση, αυτή η συνοχή μειώνεται και εξαφανίζεται μετά από 0,5-1 nm. Οι άμορφες ουσίες διαφέρουν από τις κρυσταλλικές ως προς την ισοτροπία, δηλ. όπως ένα υγρό, έχουν την ίδια τιμή μιας δεδομένης ιδιότητας όταν μετρώνται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση εντός μιας ουσίας. Η μετάβαση μιας άμορφης ουσίας από Στερεάς κατάστασηςσε ένα υγρό δεν συνοδεύεται από απότομη αλλαγή στις ιδιότητες - αυτό είναι το δεύτερο σημαντικό χαρακτηριστικό, που διακρίνει άμορφη κατάσταση στερεόςαπό κρυσταλλικό. Σε αντίθεση με μια κρυσταλλική ουσία, η οποία έχει ένα ορισμένο σημείο τήξης, στο οποίο συμβαίνει μια απότομη αλλαγή στις ιδιότητες, μια άμορφη ουσία χαρακτηρίζεται από ένα διάστημα μαλακώματος και μια συνεχή αλλαγή στις ιδιότητες.

Οι άμορφες ουσίες είναι λιγότερο σταθερές από τις κρυσταλλικές. Οποιαδήποτε άμορφη ουσία θα πρέπει, καταρχήν, να κρυσταλλώνεται με την πάροδο του χρόνου και αυτή η διαδικασία θα πρέπει να είναι εξώθερμη. Συχνά, οι άμορφες και κρυσταλλικές μορφές είναι διαφορετικές καταστάσεις της ίδιας χημικής ουσίας ή υλικού στη σύνθεση. Έτσι, είναι γνωστές άμορφες μορφές ενός αριθμού ομοπυρηνικών ουσιών (θείο, σελήνιο κ.λπ.), οξείδια (B 2 Oe, Si0 2, Ge0 2 κ.λπ.).

Ωστόσο, πολλοί άμορφα υλικά, ιδιαίτερα τα περισσότερα οργανικά πολυμερή, δεν μπορούν να κρυσταλλωθούν. Στην πράξη, κρυστάλλωση άμορφων, ιδιαίτερα υψηλού μοριακών, ουσιών παρατηρείται πολύ σπάνια, καθώς οι δομικές αλλαγές αναστέλλονται λόγω του υψηλού ιξώδους αυτών των ουσιών. Επομένως, αν δεν καταφύγετε σε ειδικές μεθόδους, για παράδειγμα, σε παρατεταμένη έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία, η μετάβαση στην κρυσταλλική κατάσταση προχωρά με εξαιρετικά χαμηλό ρυθμό. Σε τέτοιες περιπτώσεις, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ουσία στην άμορφη κατάσταση είναι σχεδόν εντελώς σταθερή.

Σε αντίθεση με την άμορφη κατάσταση που είναι εγγενής σε ουσίες που είναι τόσο σε υγρή ή τηγμένη μορφή όσο και σε στερεά συμπυκνωμένη μορφή, γυάλινη κατάστασηαναφέρεται μόνο στη στερεά κατάσταση της ύλης. Ως αποτέλεσμα, σε υγρόή λυωμένοςουσίες μπορεί να είναι σε άμορφη κατάσταση με οποιοδήποτε προτιμώμενο τύπο σύνδεσης(ομοιοπολική, μεταλλική και ιοντική) και, επομένως, με μοριακή και μη μοριακή δομή. Ωστόσο σε στερεό άμορφο, ή ακριβέστερα, γυάλινη κατάσταση θα είναι κυρίως ουσίες που βασίζονται σε HMC που χαρακτηρίζονται κυρίως τύπος ομοιοπολικού δεσμούστοιχεία σε αλυσίδες μακρομορίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η στερεά άμορφη κατάσταση μιας ουσίας λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της υπερψύξης της υγρής της κατάστασης, η οποία εμποδίζει τις διαδικασίες κρυστάλλωσης και οδηγεί σε «πάγωμα» της δομής με μια σειρά στοιχείων μικρής εμβέλειας. Σημειώστε ότι η παρουσία μακρομορίων στη δομή των πολυμερών υλικών λόγω της επίδρασης του παράγοντα στερικού μεγέθους (εξάλλου, είναι ευκολότερο να δημιουργηθεί ένας κρύσταλλος από κατιόντα παρά από μόρια) οδηγεί σε μια πρόσθετη επιπλοκή της διαδικασίας κρυστάλλωσης. Επομένως, τα οργανικά (μεθακρυλικός πολυμεθυλεστέρας κ.λπ.) και τα ανόργανα (οξείδια πυριτίου, φωσφόρου, βορίου κ.λπ.) είναι ικανά να σχηματίζουν γυαλιά ή να πραγματοποιούν μια άμορφη κατάσταση σε στερεά υλικά. Είναι αλήθεια ότι σήμερα τα τήγματα μετάλλων με εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς ψύξης (>10 6 °C/s) μεταφέρονται σε άμορφη κατάσταση, λαμβάνοντας άμορφα μέταλλαή μεταλλικό γυαλίμε ένα σύνολο νέων πολύτιμων ιδιοκτησιών.

κρυσταλλική κατάσταση. Σε ένα κρυσταλλικό σώμα, παρατηρείται ως κοντά, και παραγγελία μεγάλης εμβέλειαςδιάταξη δομικών στοιχείων (ατομικοί πυρήνες ή σωματίδια με τη μορφή μεμονωμένων μορίων), δηλ. στοιχεία της δομής τοποθετούνται στο χώρο επάνω ορισμένη απόστασημεταξύ τους με γεωμετρικά σωστή σειρά, σχηματίζοντας κρύσταλλα -στερεά σώματα που έχουν φυσική μορφή κανονικά πολύεδρα. Αυτό το σχήμα είναι συνέπεια της διατεταγμένης διάταξης των στοιχείων στον κρύσταλλο, τα οποία σχηματίζουν μια τρισδιάστατη περιοδική χωρική στοίβαξη στη μορφή κρυσταλλικού πλέγματος.Μια ουσία σε κρυσταλλική κατάσταση χαρακτηρίζεται από περιοδική επανάληψη σε τρεις διαστάσεις της διάταξης των ατομικών πυρήνων ή μορίων στους κόμβους της. Ο κρύσταλλος είναι μια κατάσταση ισορροπίας των στερεών. Στον καθένα χημική ουσία, το οποίο βρίσκεται υπό δεδομένες θερμοδυναμικές συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση) σε κρυσταλλική κατάσταση, αντιστοιχεί σε μια ορισμένη κρυσταλλική ομοιοπολική ή μοριακή, μεταλλική και ιοντική δομή. Οι κρύσταλλοι έχουν τη μία ή την άλλη δομική συμμετρία ατομικών πυρήνων (κατιόντα σε μέταλλο ή κατιόντα και ανιόντα σε ιονικούς κρυστάλλους) ή μόρια, την αντίστοιχη μακροσκοπική συμμετρία της εξωτερικής μορφής, καθώς και ανισοτροπία ιδιοτήτων. Ανισοτροπία -Αυτή είναι η ανομοιότητα των ιδιοτήτων (μηχανικές, φυσικές, χημικές) ενός μόνο κρυστάλλου σε διαφορετικές κατευθύνσεις του κρυσταλλικού πλέγματος του. Ισοτροπία -Αυτή είναι η ομοιότητα των ιδιοτήτων μιας ουσίας στις διάφορες κατευθύνσεις της. Φυσικά, αυτά τα μοτίβα αλλαγής στις ιδιότητες μιας ουσίας καθορίζονται από τις ιδιαιτερότητες της αλλαγής ή της μη αλλαγής στη δομή τους. Τα πραγματικά κρυσταλλικά υλικά (συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων) είναι οιονεί ισοτροπικές δομές,εκείνοι. είναι ισότροπα σε μεσοδομικό επίπεδο (βλ. Πίνακα 4.1) και οι ιδιότητές τους είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή τα περισσότερα φυσικά ή τεχνητά κρυσταλλικά υλικά είναι πολυκρυσταλλικόουσίες, όχι μονοκρυστάλλους

(σαν διαμάντι). Αποτελούνται από ένας μεγάλος αριθμόςτα λεγόμενα δημητριακάή κρυσταλλίτες,των οποίων τα κρυσταλλογραφικά επίπεδα περιστρέφονται μεταξύ τους κατά μια ορισμένη γωνία α. Σε αυτή την περίπτωση, σε οποιαδήποτε κατεύθυνση της μεσοδομής του υλικού, περίπου ο ίδιος αριθμός κόκκων με διαφορετικό προσανατολισμόκρυσταλλογραφικά επίπεδα, γεγονός που οδηγεί στην ανεξαρτησία των ιδιοτήτων του από την κατεύθυνση. Κάθε κόκκος αποτελείται από μεμονωμένα στοιχεία - μπλοκ που περιστρέφονται μεταξύ τους σε γωνίες της τάξης των αρκετών λεπτών, γεγονός που εξασφαλίζει επίσης την ισοτροπία των ιδιοτήτων του ίδιου του κόκκου στο σύνολό του.

Οι κρυσταλλικές καταστάσεις της ίδιας ουσίας μπορεί να διαφέρουν ως προς τη δομή και τις ιδιότητες, και στη συνέχεια λένε ότι αυτή η ουσία υπάρχει σε διάφορες τροποποιήσεις. Η ύπαρξη πολλών κρυσταλλικών τροποποιήσεων σε μια δεδομένη ουσία ονομάζεται πολυμορφισμός,και η μετάβαση από τη μια τροποποίηση στην άλλη - πολυμορφικός μετασχηματισμός.Σε αντίθεση με τον πολυμορφισμό, αλλοτροπία- πρόκειται για την ύπαρξη ενός στοιχείου με τη μορφή διαφόρων «απλών» (ή, ακριβέστερα, ομοπυρηνικών) ουσιών, ανεξάρτητα από τις κατάσταση φάσης. Για παράδειγμα, οξυγόνο 0 2 και όζον O e - αλλοτροπικές μορφέςοξυγόνο, που υπάρχει σε αέρια, υγρή και κρυσταλλική κατάσταση. Ταυτόχρονα, το διαμάντι και ο γραφίτης - αλλοτροπικές μορφές άνθρακα - είναι ταυτόχρονα οι κρυσταλλικές του τροποποιήσεις, στην προκειμένη περίπτωση οι έννοιες «αλλοτροπία» και «πολυμορφισμός» συμπίπτουν για τις κρυσταλλικές μορφές του.

Συχνά υπάρχει και ένα φαινόμενο ισομορφισμός,στην οποία δύο ουσίες διαφορετικής φύσης σχηματίζουν κρυστάλλους της ίδιας δομής. Τέτοιες ουσίες μπορούν να αντικαταστήσουν η μία την άλλη στο κρυσταλλικό πλέγμα, σχηματίζοντας μεικτούς κρυστάλλους. Για πρώτη φορά, το φαινόμενο του ισομορφισμού καταδείχθηκε από τον Γερμανό ορυκτολόγο E. Mitscherlich το 1819 χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 και NH 4 H 2 P0 4. Οι μικτοί κρύσταλλοι είναι τέλεια ομοιογενή μείγματα στερεών - αυτά είναι υποκατάστατα στερεά διαλύματα.Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι ισομορφισμός είναι η ικανότητα να σχηματίζονται υποκατάστατα στερεά διαλύματα.

Παραδοσιακά κρυσταλλικές δομέςπαραδοσιακά χωρίζεται σε ομόδεσμο (συντονιστικό) και ετεροδεσμικό. ομο-δεσμικόςδομή έχουν, για παράδειγμα, διαμάντι, αλογονίδια αλκαλιμέταλλα. Ωστόσο, πιο συχνά κρυσταλλικές ουσίες έχουν ετεροκοσμικόςδομή; αυτήν χαρακτηριστικό- την παρουσία δομικών θραυσμάτων, εντός των οποίων οι ατομικοί πυρήνες συνδέονται με τους ισχυρότερους (συνήθως ομοιοπολικούς) δεσμούς. Αυτά τα θραύσματα μπορεί να είναι πεπερασμένες ομαδοποιήσεις στοιχείων, αλυσίδων, στρωμάτων, πλαισίων. Αντίστοιχα, διακρίνονται δομές νησίδας, αλυσίδας, στρώσεων και πλαισίου. Σχεδόν όλα έχουν νησιωτικές δομές. ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣκαι τέτοια ανόργανες ουσίες, όπως τα αλογόνα, 0 2, N 2, CO 2, N 2 0 4, κ.λπ. Τα μόρια παίζουν το ρόλο των νησιών, επομένως τέτοιοι κρύσταλλοι ονομάζονται μοριακοί. Συχνά πολυατομικά ιόντα (για παράδειγμα, θειικά, νιτρικά, ανθρακικά) δρουν ως νησίδες. Για παράδειγμα, οι κρύσταλλοι μιας από τις τροποποιήσεις Se (οι ατομικοί πυρήνες συνδέονται σε ατελείωτες σπείρες) ή οι κρύσταλλοι PdCl 2, που περιέχουν ατελείωτες κορδέλες, έχουν δομή αλυσίδας. πολυεπίπεδη δομή - γραφίτης, BN, MoS 2, κ.λπ. η δομή του πλαισίου είναι CaTYu 3 (οι ατομικοί πυρήνες του Ti και του Ο, ενωμένοι με ομοιοπολικούς δεσμούς, σχηματίζουν ένα ανοιχτό πλαίσιο, στα κενά του οποίου βρίσκονται οι ατομικοί πυρήνες του Ca). Μερικές από αυτές τις δομές ταξινομούνται ως ανόργανα (χωρίς άνθρακα) πολυμερή.

Ανάλογα με τη φύση του δεσμού μεταξύ ατομικών πυρήνων (στην περίπτωση των ομοκοσμικών δομών) ή μεταξύ δομικών θραυσμάτων (στην περίπτωση των ετεροκοσμικών δομών), διακρίνονται: ομοιοπολικά (για παράδειγμα, SiC, διαμάντι), ιοντικά, μεταλλικά (μέταλλα και διαμεταλλικές ενώσεις) και μοριακούς κρυστάλλους. Οι κρύσταλλοι της τελευταίας ομάδας, στην οποία τα δομικά θραύσματα συνδέονται με διαμοριακή αλληλεπίδραση, έχουν τον μεγαλύτερο αριθμό αντιπροσώπων.

Για ομοιοπολικήμονοκρύσταλλοι όπως το διαμάντι, το καρβορούνδιο κ.λπ. χαρακτηρίζονται από ανθεκτικότητα, υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, η οποία είναι συνέπεια της αντοχής και της κατεύθυνσης ομοιοπολικό δεσμόσε συνδυασμό με την τρισδιάστατη χωρική τους δομή (πολυμερικά σώματα).

ιωνικόςΟι κρύσταλλοι είναι σχηματισμοί στους οποίους η προσκόλληση στοιχείων μικροδομής με τη μορφή αντίθετων ιόντων οφείλεται κυρίως σε ιοντικούς χημικούς δεσμούς. Παράδειγμα ιοντικών κρυστάλλων είναι τα αλογονίδια των μετάλλων αλκαλίων και αλκαλικών γαιών, στις θέσεις κρυσταλλικού πλέγματος των οποίων υπάρχουν εναλλασσόμενα θετικά φορτισμένα κατιόντα μετάλλων και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα αλογόνου (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F^, Εικ. 7.1).

Ρύζι. 7.1.

ΣΤΟ μεταλλικά κρύσταλλαη πρόσφυση των ατομικών πυρήνων με τη μορφή κατιόντων μετάλλων οφείλεται κυρίως σε μεταλλικούς μη κατευθυντικούς χημικούς δεσμούς. Αυτός ο τύποςΟι κρύσταλλοι είναι χαρακτηριστικό των μετάλλων και των κραμάτων τους. Στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος υπάρχουν ατομικοί πυρήνες (κατιόντα) διασυνδεδεμένοι με ΟΕ (αέριο ηλεκτρονίων). Η δομή των μεταλλικών κρυσταλλικών σωμάτων θα συζητηθεί λεπτομερέστερα παρακάτω.

μοριακούς κρυστάλλουςαποτελείται από μόρια δεμένος φίλοςμε άλλες δυνάμεις van der Waals ή δεσμός υδρογόνου. Ένας ισχυρότερος ομοιοπολικός δεσμός δρα μέσα στα μόρια (το C να υπερισχύει του C και το C m). Οι μετασχηματισμοί φάσης των μοριακών κρυστάλλων (τήξη, εξάχνωση, πολυμορφικές μεταβάσεις) συμβαίνουν, κατά κανόνα, χωρίς την καταστροφή μεμονωμένων μορίων. Οι περισσότεροι μοριακοί κρύσταλλοι είναι κρύσταλλοι οργανικών ενώσεων (π.χ. ναφθαλίνη). Οι μοριακοί κρύσταλλοι σχηματίζουν επίσης ουσίες όπως H 2, αλογόνα όπως J 2, N 2, 0 2, S g, δυαδικές ενώσειςτύπου H 2 0, C0 2, N 2 0 4, οργανομεταλλικές ενώσεις και μερικές σύνθετες ενώσεις. Οι μοριακοί κρύσταλλοι περιλαμβάνουν επίσης κρυστάλλους όπως π.χ φυσικά πολυμερήόπως οι πρωτεΐνες (Εικόνα 7.2) και τα νουκλεϊκά οξέα.

Τα πολυμερή, όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, κατά κανόνα αναφέρονται επίσης σε ουσίες που σχηματίζουν μοριακούς κρυστάλλους. Ωστόσο, στην περίπτωση που η συσκευασία των μακρομορίων έχει διπλωμένη ή ινιδωτή διαμόρφωση, θα ήταν πιο σωστό να μιλάμε για ομοιοπολικούς μοριακούς κρυστάλλους(Εικ. 7.3).

Ρύζι. 7.2.

Ρύζι. 7.3.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά μήκος μιας από τις περιόδους πλέγματος (για παράδειγμα, η περίοδος ΜεΣτην περίπτωση του πολυαιθυλενίου, τα μακρομόρια του οποίου είναι σε διπλωμένη διαμόρφωση, σχηματίζοντας ένα έλασμα, δρουν ισχυροί χημικοί (Εικ. 7.3), κυρίως ομοιοπολικοί, δεσμοί. Ταυτόχρονα, κατά μήκος δύο άλλων περιόδων πλέγματος (για παράδειγμα, περίοδοι σικαι Μεστους ίδιους διπλωμένους κρυστάλλους πολυαιθυλενίου), δρουν ήδη ασθενέστερες δυνάμεις διαμοριακής αλληλεπίδρασης.

Η διαίρεση των κρυστάλλων σε αυτές τις ομάδες είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη, καθώς υπάρχουν σταδιακές μεταβάσεις από τη μια ομάδα στην άλλη καθώς αλλάζει η φύση του δεσμού στον κρύσταλλο. Για παράδειγμα, μεταξύ των διαμεταλλικών ενώσεων - ενώσεις μετάλλων μεταξύ τους - μπορεί κανείς να διακρίνει μια ομάδα ενώσεων στις οποίες μια μείωση του μεταλλικού συστατικού χημικός δεσμόςκαι η αντίστοιχη ανάπτυξη των ομοιοπολικών και ιοντικών συστατικών οδηγεί στο σχηματισμό χοληστερόλης σύμφωνα με τα κλασικά σθένη. Παραδείγματα τέτοιων ενώσεων είναι ενώσεις μαγνησίου με στοιχεία κύρια υποομάδα IV και V ομάδες Περιοδικό σύστημα, τα οποία είναι μεταβατικά μεταξύ μετάλλων και μη μετάλλων (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 As 2, Mg 3 Sb 7, Mg 3 Bi 7), στην κύρια ιδιαίτερα χαρακτηριστικάπου συνήθως αναφέρονται ως:

• το ετεροπυρηνικό κρυσταλλικό πλέγμα τους διαφέρει από τα ομοπυρηνικά πλέγματα των μητρικών ενώσεων.
• στη σύνδεσή τους, συνήθως διατηρείται μια απλή πολλαπλή αναλογία συστατικών, η οποία καθιστά δυνατή την έκφραση της σύνθεσής τους με έναν απλό τύπο A sh B;; , όπου Α και Β είναι τα αντίστοιχα στοιχεία. tκαι Π - πρώτοι αριθμοί;
• Οι ετεροπυρηνικές ενώσεις χαρακτηρίζονται από μια νέα ποιότητα δομής και ιδιοτήτων, σε αντίθεση με τις αρχικές ενώσεις.

σε κρύσταλλο δομικά στοιχεία(ιόντα, ατομικοί πυρήνες, μόρια) που σχηματίζουν έναν κρύσταλλο διατάσσονται τακτικά σε διαφορετικές κατευθύνσεις (Εικ. 7 Λα).Συνήθως, παρουσιάζεται σχηματικά μια χωρική εικόνα της δομής των κρυστάλλων (Εικ. 7.45), σημειώνοντας τα κέντρα βάρους με τελείες δομικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων των χαρακτηριστικών του πλέγματος.

Επίπεδα παράλληλα αεροπλάνα συντεταγμένων, που βρίσκεται σε απόσταση α, β, γτο ένα από το άλλο, διαιρέστε τον κρύσταλλο σε πολλά ίσα και παράλληλα προσανατολισμένα παραλληλεπίπεδα. Το μικρότερο από αυτά ονομάζεται στοιχειώδες κελί,ο συνδυασμός τους σχηματίζει ένα χωρικό κρυσταλλικού πλέγματος.Οι κορυφές του παραλληλεπίπεδου είναι οι κόμβοι του χωρικού πλέγματος· τα κέντρα βάρους των στοιχείων από τα οποία είναι χτισμένος ο κρύσταλλος συμπίπτουν με αυτούς τους κόμβους.

Τα χωρικά κρυσταλλικά πλέγματα περιγράφουν πλήρως τη δομή ενός κρυστάλλου. Για να περιγράψουμε το μοναδιαίο κελί του κρυσταλλικού πλέγματος, χρησιμοποιούνται έξι ποσότητες: τρία τμήματα, ίσες με τις αποστάσειςστο πλησιέστερο στοιχειώδη σωματίδιακατά μήκος των αξόνων συντεταγμένων α, β, γ,και τρεις γωνίες μεταξύ αυτών των τμημάτων a, (3, y.

Οι αναλογίες μεταξύ αυτών των ποσοτήτων καθορίζουν το σχήμα του κυττάρου, ανάλογα με το οποίο όλοι οι κρύσταλλοι χωρίζονται σε επτά συστήματα (Πίνακας 7.1).

Το μέγεθος της μονάδας κυψέλης του κρυσταλλικού πλέγματος υπολογίζεται από τα τμήματα α, β, s.Καλούνται περιόδους πλέγματος.Γνωρίζοντας τις περιόδους του πλέγματος, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η ακτίνα του ατομικού πυρήνα ενός στοιχείου. Αυτή η ακτίνα είναι ίση με το μισό της μικρότερης απόστασης μεταξύ των σωματιδίων στο πλέγμα.

Ο βαθμός πολυπλοκότητας του πλέγματος κρίνεται από τον αριθμό των δομικών στοιχείων,ανά ένα στοιχειώδες κελί. Σε ένα απλό χωρικό πλέγμα (βλ. Εικ. 7.4), υπάρχει πάντα ένα στοιχείο ανά κελί. Κάθε κελί έχει οκτώ κορυφές, αλλά

Ρύζι. 7.4. Διάταξη στοιχείων σε κρύσταλλο: ένα- εικόνα με την τοποθέτηση του όγκου του ατομικού πυρήνα του στοιχείου. β -χωρική εικόνα ενός στοιχειώδους κελιού και των παραμέτρων του

Πίνακας 7.1

Χαρακτηριστικά κρυσταλλικών συστημάτων

κάθε στοιχείο στην κορυφή αναφέρεται, με τη σειρά του, σε οκτώ κελιά. Έτσι, από τον κόμβο στο μερίδιο κάθε κελιού υπάρχει όγκος V 8 και υπάρχουν οκτώ κόμβοι στο κελί και, επομένως, υπάρχει ένα δομικό στοιχείο ανά κελί.

Σε πολύπλοκα χωρικά πλέγματα, υπάρχουν πάντα περισσότερα από ένα δομικά στοιχεία ανά κυψέλη, τα οποία είναι πιο κοινά στις πιο σημαντικές ενώσεις καθαρού μετάλλου (Εικ. 7.5).

Τα ακόλουθα μέταλλα κρυσταλλώνονται στο πλέγμα bcc: Fe a, W, V, Cr, Li, Na, K, κ.λπ. Fe y, Ni, Co a, Cu, Pb, Pt, Au, Ag, κ.λπ. κρυσταλλώνονται στο fcc πλέγμα Mg, Ti a, Co p, Cd, Zn, κ.λπ. κρυσταλλώνονται στο πλέγμα hcp.

Σύστημα, περίοδος και αριθμός δομικών στοιχείων,ανά μονάδα κυττάρου καθιστούν δυνατή την πλήρη αναπαράσταση της θέσης του τελευταίου στον κρύσταλλο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται πρόσθετα χαρακτηριστικά του κρυσταλλικού πλέγματος, λόγω της γεωμετρίας του και αντικατοπτρίζουν την πυκνότητα πλήρωσης του στοιχείου

Ρύζι. 7.5. Τύποι σύνθετων στοιχειωδών κυψελών κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ένα - BCC; 6 - HCC; σε- hcp σωματιδίων απόβαρου σε κρύσταλλο. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι η CF και ο συντελεστής συμπαγούς.

Ο αριθμός των πλησιέστερων σε ίση απόσταση στοιχειωδών σωματιδίων καθορίζει αριθμός συντονισμού.Για παράδειγμα, για ένα απλό κυβικό πλέγμα, το CF θα είναι 6 (Kb). στο πλέγμα ενός κύβου με κέντρο το σώμα (bcc) για κάθε ατομικό πυρήνα, ο αριθμός τέτοιων γειτόνων θα είναι ίσος με οκτώ (K8). για ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα (fcc), ο αριθμός CF είναι 12 (K 12).

Ο λόγος του όγκου όλων των στοιχειωδών σωματιδίων ανά ένα στοιχειώδες κύτταρο προς ολόκληρο τον όγκο του στοιχειώδους κυττάρου καθορίζει συντελεστής συμπαγούς.Για ένα απλό κυβικό πλέγμα, αυτός ο συντελεστής είναι 0,52, για bcc - 0,68 και fcc - 0,74.

• Sirotkin R.O. Η επίδραση της μορφολογίας στη συμπεριφορά απόδοσης των διαλυμάτων κρυσταλλοποιημένων πολυαιθυλενίων: διδακτορική διατριβή, Πανεπιστήμιο του Βόρειου Λονδίνου. - Λονδίνο, 2001.

Κρυσταλλική κατάστασηουσίες, που χαρακτηρίζονται από την παρουσία μεγάλης εμβέλειας τάξης στη διάταξη των σωματιδίων (άτομα, μόρια). Στην κρυσταλλική κατάσταση, υπάρχει επίσης μια τάξη μικρής εμβέλειας, η οποία χαρακτηρίζεται από σταθερή αριθμοί συντονισμούκαι μήκη χημικών συνδέσεις. Η αναλλοίωση των χαρακτηριστικών της τάξης μικρής εμβέλειας στην κρυσταλλική κατάσταση οδηγεί στη σύμπτωση των δομικών κυψελών κατά τη μετατοπιστική τους μετατόπιση και στο σχηματισμό μιας τρισδιάστατης περιοδικότητας της δομής (βλ. Κρύσταλλοι).

Λόγω της μέγιστης παραγγελίας της, η κρυσταλλική κατάσταση χαρακτηρίζεται από ένα ελάχιστο εσωτερική ενέργειακαι είναι μια κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας σε δεδομένες παραμέτρους - πίεση, θερμοκρασία, σύνθεση (στην περίπτωση στερεά διαλύματαΑυστηρά μιλώντας, μια εντελώς διατεταγμένη κρυσταλλική κατάσταση δεν μπορεί πραγματικά να πραγματοποιηθεί· μια προσέγγισή της λαμβάνει χώρα όταν η θερμοκρασία τείνει στους 0 Κ (ο λεγόμενος ιδανικός κρύσταλλος). αληθινά σώματαστην κρυσταλλική κατάσταση περιέχουν πάντα κάποια ελαττώματαπου παραβιάζουν την τάξη μικρής και μεγάλης εμβέλειας. Ιδιαίτερα πολλά παρατηρούνται σε στερεά διαλύματα, στα οποία μεμονωμένα σωματίδια και οι ομάδες τους καταλαμβάνουν στατιστικά διαφορετικές θέσεις στο χώρο.

Λόγω της τρισδιάστατης περιοδικότητας ατομική δομήτα κύρια χαρακτηριστικά είναι η ομοιογένεια και οι ιδιότητες και η συμμετρία, η οποία εκφράζεται, ιδίως, στο γεγονός ότι υπό ορισμένες συνθήκες σχηματισμού, οι κρύσταλλοι παίρνουν τη μορφή πολύεδρων (βλ. ανάπτυξη). Ορισμένες ιδιότητες στην επιφάνεια του κρυστάλλου και κοντά σε αυτόν διαφέρουν σημαντικά από αυτές τις ιδιότητες στο εσωτερικό του κρυστάλλου, ιδίως λόγω του σπασίματος της συμμετρίας. Η σύνθεση και, κατά συνέπεια, οι ιδιότητες αλλάζουν σε όλο τον όγκο του κρυστάλλου λόγω της αναπόφευκτης αλλαγής στη σύνθεση του μέσου καθώς ο κρύσταλλος μεγαλώνει. Έτσι, η ομοιογένεια των ιδιοτήτων, καθώς και η παρουσία μεγάλης εμβέλειας τάξης, αναφέρεται στα χαρακτηριστικά της «ιδανικής» κρυσταλλικής κατάστασης

Τα περισσότερα σώματα σε κρυσταλλική κατάσταση είναι πολυκρυσταλλικά και είναι μεσοαναπτύξεις ένας μεγάλος αριθμόςμικροί κρυσταλλίτες (κόκκοι) - τμήματα με μέγεθος της τάξης των 10 -1 -10 -3 mm, ακανόνιστο σχήμακαι με διαφορετικό προσανατολισμό. Οι κόκκοι χωρίζονται μεταξύ τους με διακοκκώδη στρώματα, στα οποία διαταράσσεται η σειρά των σωματιδίων. Στα διακοκκώδη στρώματα, η συγκέντρωση των ακαθαρσιών εμφανίζεται επίσης κατά την κρυστάλλωση. Λόγω του τυχαίου προσανατολισμού των κόκκων, το πολυκρυσταλλικό σώμα στο σύνολό του (ο όγκος που περιέχει έναν αρκετά μεγάλο αριθμό κόκκων) μπορεί να είναι ισότροπο, για παράδειγμα, να λαμβάνεται με το κρυσταλλικό με το τελευταίο. . Ωστόσο, συνήθως κατά τη διαδικασία, και ειδικά το πλαστικό, προκύπτει μια υφή. - πλεονεκτήματα, ο προσανατολισμός των κρυσταλλικών κόκκων προς μια ορισμένη κατεύθυνση, που οδηγεί σε ανισοτροπία των ιδιοτήτων.

Λόγω της κρυσταλλικής κατάστασης, πολλά πεδία που βρίσκονται στην περιοχή των σχετικά χαμηλών και υψηλών θερμοκρασιών μπορούν να ανταποκριθούν σε ένα σύστημα ενός συστατικού. Εάν υπάρχει μόνο ένα πεδίο της κρυσταλλικής κατάστασης και η ουσία δεν αποσυντίθεται χημικά με την αύξηση της θερμοκρασίας, τότε το πεδίο της κρυσταλλικής κατάστασης συνορεύει με τα πεδία και το αέριο κατά μήκος των γραμμών τήξης και εξάχνωσης - συμπύκνωσης, αντίστοιχα, και υγρού και αερίου (ατμός) μπορεί να είναι σε μετασταθερή (υπερψυγμένη) κατάσταση στο πεδίο, στην κρυσταλλική κατάσταση, ενώ η κρυσταλλική κατάσταση δεν μπορεί να είναι στο πεδίο ή στον ατμό, δηλαδή, η κρυσταλλική ουσία δεν μπορεί να υπερθερμανθεί πάνω από τη θερμοκρασία τήξης ή εξάχνωσης. Μερικά (μεσογόνα) μετατρέπονται σε κατάσταση υγρών κρυστάλλων όταν θερμαίνονται (βλ. υγρούς κρυστάλλους ). Εάν υπάρχουν δύο ή περισσότερα πεδία της κρυσταλλικής κατάστασης στο διάγραμμα ενός συστήματος ενός συστατικού, αυτά τα πεδία συνορεύουν κατά μήκος της γραμμής των πολυμορφικών μετασχηματισμών. Η κρυσταλλική ουσία μπορεί να υπερθερμανθεί ή να υπερψυχθεί κάτω από τη θερμοκρασία πολυμορφικού μετασχηματισμού. Σε αυτή την περίπτωση, η θεωρούμενη κρυσταλλική κατάσταση μπορεί να βρίσκεται στο πεδίο άλλων κρυσταλλικών τροποποιήσεων και είναι μετασταθερή.

Ενώ υγρό και ατμό λόγω της ύπαρξης κρίσιμο σημείοστη γραμμή εξάτμισης μπορούν να μετατρέπονται συνεχώς μεταξύ τους, το ζήτημα της δυνατότητας συνεχούς αμοιβαίου μετασχηματισμού της κρυσταλλικής κατάστασης δεν έχει επιλυθεί οριστικά. Για ορισμένες ουσίες, είναι δυνατό να εκτιμηθούν οι κρίσιμες παραμέτρους - πίεση και θερμοκρασία, στις οποίες τα DH pl και DV pl είναι ίσα με μηδέν, δηλαδή η κρυσταλλική κατάσταση και το υγρό δεν διακρίνονται θερμοδυναμικά. Αλλά στην πραγματικότητα, ένας τέτοιος μετασχηματισμός δεν παρατηρήθηκε για κανένα από αυτά (βλ. Κρίσιμη κατάσταση).

Μια ουσία από κρυσταλλική κατάσταση μπορεί να μεταφερθεί σε άτακτη κατάσταση (άμορφη ή υαλώδη) που δεν πληροί το ελάχιστο δωρεάν ενέργεια, όχι μόνο αλλάζοντας τις παραμέτρους της κατάστασης (πίεση, θερμοκρασία, σύνθεση), αλλά και από την κρούση ιοντίζουσα ακτινοβολίαή λεπτή λείανση. Το κρίσιμο μέγεθος σωματιδίου, στο οποίο δεν έχει πλέον νόημα να μιλάμε για την κρυσταλλική κατάσταση, είναι περίπου 1 nm, δηλ. της ίδιας σειράς με το μέγεθος του κελιού μονάδας.

Συγκεντρωτικές καταστάσειςουσίες.

Σε αυτή την ενότητα, θα εξετάσουμε συγκεντρωτικά κράτη, στο οποίο εδρεύει η ύλη γύρω μας και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων της ύλης, χαρακτηριστικές για κάθε μία από τις αθροιστικές καταστάσεις.

1. Στερεάς κατάστασης,

2. υγρή κατάσταση και

αέρια κατάσταση.

Συχνά διακρίνεται μια τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης - πλάσμα αίματος.

Μερικές φορές, η κατάσταση πλάσματος θεωρείται ένας από τους τύπους αέριας κατάστασης.

Πλάσμα - μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο, συχνότερα εμφανίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Πλάσμα αίματοςείναι η πιο κοινή κατάσταση της ύλης στο σύμπαν, αφού η ύλη των άστρων βρίσκεται σε αυτή την κατάσταση.

Για όλους κατάσταση συνάθροισηςχαρακτηριστικά γνωρίσματα στη φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων μιας ουσίας, η οποία επηρεάζει τις φυσικές και χημικές της ιδιότητες.

Κάθε ουσία μπορεί να βρίσκεται σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης. Όταν αρκετά χαμηλές θερμοκρασίεςόλες οι ουσίες είναι μέσα Στερεάς κατάστασης. Αλλά καθώς ζεσταίνονται, γίνονται υγρά, έπειτα αέρια. Με περαιτέρω θέρμανση, ιονίζονται (τα άτομα χάνουν μερικά από τα ηλεκτρόνια τους) και περνούν στην κατάσταση πλάσμα αίματος.

αέρια κατάσταση(από ολλανδικά. gas, πηγαίνει πίσω σε άλλα ελληνικά. Χάος ) χαρακτηρίζεται από ένα πολύ αδύναμους δεσμούςμεταξύ των συστατικών του σωματιδίων.

Τα μόρια ή τα άτομα που σχηματίζουν το αέριο κινούνται τυχαία και, ταυτόχρονα, βρίσκονται σε μεγάλες (σε σύγκριση με τα μεγέθη τους) αποστάσεις μεταξύ τους για την πλειονότητα του χρόνου. Εκ τούτου Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων αερίου είναι αμελητέες.

Το κύριο χαρακτηριστικό του αερίουείναι ότι γεμίζει όλο τον διαθέσιμο χώρο χωρίς να σχηματίζει επιφάνεια. Τα αέρια πάντα αναμειγνύονται. Το αέριο είναι μια ισότροπη ουσία, δηλαδή οι ιδιότητές του δεν εξαρτώνται από την κατεύθυνση.

Ελλείψει βαρύτητας πίεσητο ίδιο σε όλα τα σημεία του αερίου. Στο πεδίο των βαρυτικών δυνάμεων, η πυκνότητα και η πίεση δεν είναι ίδιες σε κάθε σημείο, μειώνονται με το ύψος. Αντίστοιχα, στο πεδίο της βαρύτητας, το μείγμα των αερίων γίνεται ανομοιογενές. βαριά αέριατείνουν να εγκαθίστανται χαμηλότερα και περισσότερο πνεύμονες- να πάω επάνω.

Το αέριο έχει υψηλή συμπιεστότητα- όταν η πίεση αυξάνεται, η πυκνότητά της αυξάνεται. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, διαστέλλονται.

Όταν συμπιέζεται, ένα αέριο μπορεί να μετατραπεί σε υγρό., αλλά η συμπύκνωση δεν συμβαίνει σε καμία θερμοκρασία, αλλά σε θερμοκρασία κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία. Κρίσιμη θερμοκρασίαείναι χαρακτηριστικό ενός συγκεκριμένου αερίου και εξαρτάται από τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων του. Έτσι, για παράδειγμα, αέριο ήλιομπορεί να υγροποιηθεί μόνο σε θερμοκρασίες χαμηλότερες 4,2Κ.

Υπάρχουν αέρια που όταν ψύχονται περνούν σε ένα στερεό σώμα παρακάμπτοντας την υγρή φάση. Η μετατροπή ενός υγρού σε αέριο ονομάζεται εξάτμιση και η άμεση μετατροπή ενός στερεού σε αέριο ονομάζεται εξάχνιση.

Στερεός

Στερεάς κατάστασηςσε σύγκριση με άλλες καταστάσεις συνάθροισης χαρακτηρίζεται από σταθερότητα σχήματος.

Διακρίνω κρυστάλλινοςκαι άμορφα στερεά.

Κρυσταλλική κατάσταση της ύλης

Σταθερότητα σχήματος στερεάλόγω του γεγονότος ότι το μεγαλύτερο μέρος της στερεάς κατάστασης έχει κρυσταλλική δομή.

Σε αυτή την περίπτωση, οι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων της ουσίας είναι μικρές και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ τους είναι μεγάλες, γεγονός που καθορίζει τη σταθερότητα της μορφής.

Είναι εύκολο να επαληθευτεί η κρυσταλλική δομή πολλών στερεών διασπώντας ένα κομμάτι ύλης και εξετάζοντας το προκύπτον κάταγμα. Συνήθως, σε ένα διάλειμμα (για παράδειγμα, σε ζάχαρη, θείο, μέταλλα κ.λπ.), μικρές κρυστάλλινες όψεις που βρίσκονται σε διαφορετικές γωνίες είναι καθαρά ορατές, που αστράφτουν λόγω της διαφορετικής ανάκλασης του φωτός από αυτές.

Σε περιπτώσεις όπου οι κρύσταλλοι είναι πολύ μικροί, η κρυσταλλική δομή της ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο.

Κρυσταλλικές μορφές

Κάθε ουσία σχηματίζεται κρυστάλλουςτέλεια καθορισμένη μορφή.

Η ποικιλία των κρυσταλλικών μορφών μπορεί να συνοψιστεί σε επτά ομάδες:

1. Τρικλινική(παραλληλεπίπεδο),

2.Μονοκλινική(πρίσμα με παραλληλόγραμμο στη βάση),

3. Ρομβικός (κυβοειδές),

4. τετράγωνος(ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο με τετράγωνο στη βάση),

5. Τριγωνικός,

6. Εξαγώνιος(πρίσμα με τη βάση της δεξιάς στο κέντρο
εξάγωνο),

7. κυβικός(κύβος).

Πολλές ουσίες, ιδίως ο σίδηρος, ο χαλκός, το διαμάντι, το χλωριούχο νάτριο, κρυσταλλώνονται σε κυβικό σύστημα. Οι απλούστερες μορφές αυτού του συστήματος είναι κύβος, οκτάεδρο, τετράεδρο.

Μαγνήσιο, ψευδάργυρος, πάγος, χαλαζίας κρυσταλλώνονται μέσα εξαγωνικό σύστημα. Οι κύριες μορφές αυτού του συστήματος είναι εξαγωνικά πρίσματα και διπυραμίδα.

Οι φυσικοί κρύσταλλοι, καθώς και οι κρύσταλλοι που λαμβάνονται τεχνητά, σπάνια αντιστοιχούν ακριβώς σε θεωρητικές μορφές. Συνήθως, όταν η λιωμένη ουσία στερεοποιείται, οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται μαζί και επομένως το σχήμα καθενός από αυτά δεν είναι αρκετά σωστό.

Ωστόσο, ανεξάρτητα από το πόσο ανομοιόμορφα αναπτύσσεται ο κρύσταλλος, όσο παραμορφωμένο κι αν είναι το σχήμα του, οι γωνίες στις οποίες συγκλίνουν οι όψεις του κρυστάλλου στην ίδια ουσία παραμένουν σταθερές.

Ανισοτροπία

Τα χαρακτηριστικά των κρυσταλλικών σωμάτων δεν περιορίζονται στο σχήμα των κρυστάλλων. Αν και η ουσία σε έναν κρύσταλλο είναι απολύτως ομοιογενής, πολλές από τις φυσικές της ιδιότητες - αντοχή, θερμική αγωγιμότητα, σχέση με το φως κ.λπ. - δεν είναι πάντα ίδιες σε διάφορες κατευθύνσεις μέσα στον κρύσταλλο. Αυτό το σημαντικό χαρακτηριστικό των κρυσταλλικών ουσιών ονομάζεται ανισοτροπία.

Εσωτερική δομή κρυστάλλων. Κρυσταλλικά πλέγματα.

Εξωτερική μορφήο κρύσταλλος το αντανακλά εσωτερική δομήκαι οφείλεται στη σωστή διάταξη των σωματιδίων που αποτελούν τον κρύσταλλο - μόρια, άτομα ή ιόντα.

Αυτή η διάταξη μπορεί να αναπαρασταθεί ως κρυσταλλικού πλέγματος- ένα χωρικό πλαίσιο που σχηματίζεται από τεμνόμενες ευθείες γραμμές. Στα σημεία τομής των γραμμών - κόμβοι πλέγματοςείναι τα κέντρα των σωματιδίων.

Ανάλογα με τη φύση των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος και με το ποιες δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ τους επικρατούν σε έναν δεδομένο κρύσταλλο, υπάρχουν τους παρακάτω τύπους κρυσταλλικά πλέγματα:

1. μοριακός,

2. ατομικός,

3. ιοντικόκαι

4. μέταλλο.

Τα μοριακά και ατομικά πλέγματα είναι εγγενή σε ουσίες με ομοιοπολικό δεσμό, ιοντικά - σε ιοντικές ενώσεις, μεταλλικά - σε μέταλλα και τα κράματά τους.

πυρηνικός κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των ατομικών δικτυωμάτων βρίσκονται άτομα. Συνδέονται μεταξύ τους ομοιοπολικό δεσμό.

Υπάρχουν σχετικά λίγες ουσίες που έχουν ατομικά πλέγματα. Ανήκουν σε διαμάντι, πυρίτιοκαι μερικές ανόργανες ενώσεις.

Αυτές οι ουσίες χαρακτηρίζονται από υψηλή σκληρότητα, είναι πυρίμαχες και πρακτικά αδιάλυτες σε οποιουσδήποτε διαλύτες. Αυτές οι ιδιότητες οφείλονται στην αντοχή τους. ομοιοπολικό δεσμό.

Μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα

Τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους των μοριακών πλεγμάτων. Συνδέονται μεταξύ τους διαμοριακές δυνάμεις.

Ουσίες με μοριακό πλέγμαπολλά. Ανήκουν σε αμέταλλα, με εξαίρεση τον άνθρακα και το πυρίτιο, όλα ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣμε μη ιοντικό δεσμό και πολλές ανόργανες ενώσεις.

Οι δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης είναι πολύ πιο αδύναμες από τις δυνάμεις των ομοιοπολικών δεσμών, επομένως οι μοριακοί κρύσταλλοι έχουν χαμηλή σκληρότητα, εύτηκτους και πτητικούς.

Ιωνικά κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των ιοντικών πλεγμάτων, εναλλάσσονται θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Συνδέονται μεταξύ τους με δυνάμεις ηλεκτροστατική έλξη.

Οι ιοντικές ενώσεις που σχηματίζουν ιοντικά πλέγματα περιλαμβάνουν τα περισσότερα άλατα και ένας μικρός αριθμός οξειδίων.

Με δύναμη ιοντικά πλέγματακατώτερο του ατομικού, αλλά υπερβαίνει το μοριακό.

Ιονικές ενώσειςέχουν συγκριτικά υψηλές θερμοκρασίεςτήξη. Η μεταβλητότητά τους στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι μεγάλη.

· Μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα

Στους κόμβους των μεταλλικών πλεγμάτων υπάρχουν άτομα μετάλλου, μεταξύ των οποίων τα κοινά ηλεκτρόνια αυτών των ατόμων κινούνται ελεύθερα.

Σελίδα 1

Η κρυσταλλική κατάσταση της ύλης χαρακτηρίζεται από μια τρισδιάστατη περιοδικότητα τοποθέτησης οικοδομικά υλικά. Σε αυτό το χαρακτηριστικό βασίζεται η περίθλαση. ακτινογραφίεςπέρασε μέσα από τον κρύσταλλο και ως εκ τούτου ολόκληρη η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ των κρυστάλλων.

Η κρυσταλλική κατάσταση της ύλης εμφανίζεται όταν πραγματοποιούνται τόσο μικρής εμβέλειας όσο και μεγάλης εμβέλειας τάξη μέσα σχετική θέσησωματίδια. Οι σύνδεσμοι, τα τμήματα μακρομορίων μπορούν να αλληλεπιδράσουν τόσο εντός όσο και διαμοριακών.

Η κρυσταλλική κατάσταση μιας ουσίας χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι σε αυτήν τα σωματίδια (άτομα, ιόντα ή μόρια) διατάσσονται, σε σταθερές αποστάσεις μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα κανονικό πλέγμα. ΣΤΟ άμορφη ύληδεν παρατηρείται σωστή σειρά στη διάταξη των σωματιδίων.

Η κρυσταλλική κατάσταση μιας ουσίας χαρακτηρίζεται από τη σωστή διάταξη στο χώρο των σωματιδίων που αποτελούν τον κρύσταλλο, το σχηματισμό ενός κρυσταλλικού ή χωρικού πλέγματος. Τα κέντρα των σωματιδίων στον κρύσταλλο ονομάζονται κόμβοι του χωρικού πλέγματος.

Η κρυσταλλική κατάσταση της ύλης χαρακτηρίζεται από μια αυστηρά κανονική, περιοδικά επαναλαμβανόμενη διάταξη όλων των ατόμων. Μια τέτοια εικόνα είναι ιδανική και ένας κρύσταλλος με μια τέτοια ιδανική διάταξη ατόμων ονομάζεται τέλειος. Σε έναν πραγματικό κρύσταλλο, υπάρχουν πάντα αποκλίσεις και παραβιάσεις της ιδανικής διάταξης των ατόμων. Αυτές οι παραβιάσεις ονομάζονται ατέλειες ή ελαττώματα.

Η κρυσταλλική κατάσταση μιας ουσίας χαρακτηρίζεται από μια τρισδιάστατη περιοδικότητα στην τοποθέτηση του δομικού υλικού. Είναι αυτό το χαρακτηριστικό που βρίσκεται στη βάση της περίθλασης των ακτίνων Χ που μεταδίδονται μέσω ενός κρυστάλλου, και ως εκ τούτου η βάση ολόκληρης της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ των κρυστάλλων.

Η κρυσταλλική κατάσταση της ύλης χαρακτηρίζεται από μια αυστηρά κανονική, περιοδικά επαναλαμβανόμενη διάταξη1 όλων των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ένας κρύσταλλος με μια τόσο ιδανική διάταξη ατόμων ονομάζεται τέλειος. Σε έναν πραγματικό κρύσταλλο, εντοπίζονται πάντα αποκλίσεις και παραβιάσεις της ιδανικής διάταξης των ατόμων. Αυτές οι παραβιάσεις ονομάζονται ατέλειες ή ελαττώματα της κρυσταλλικής δομής.

Η κρυσταλλική κατάσταση μιας ουσίας χαρακτηρίζεται από έναν αυστηρά καθορισμένο προσανατολισμό των σωματιδίων μεταξύ τους και από ανισοτροπία (διανυσματικότητα) ιδιοτήτων, όταν οι ιδιότητες ενός κρυστάλλου (θερμική αγωγιμότητα, αντοχή σε εφελκυσμό κ.λπ.) δεν είναι ίδιες σε διαφορετικές κατευθύνσεις .