ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности кристаллического состояния твердых тел из "Основы физической химии Издание 2" Из различных твердых веществ наиболее изучены вещества, находящиеся в кристаллическом состоянии. Твердые вещества, не обладающие кристаллической структурой, называются аморфными. По существу они являются переохлажденными жидкостями. К ним относятся стекло, канифоль, эбонит и др. [c.75] Аморфные тела не имеют постоянной температуры плавления и характеризуются так называемым раковистым изломом, имеющим кривые поверхности. Наоборот, вещества, состоящие из кристаллических зерен, имеют кристаллический излом. [c.75] Сжимаемость твердых тел, как правило, меньше сжимаемости жидкостей. При сверхвысоких давлениях уменьшение объема твердых тел становится весьма заметным особенно у щелочных металлов. Так, рубидий при давлении 101,3 Гн1м (100000 атм) сжимается более чем в два раза, а калий — в три раза . [c.75] Применяя ударное сжатие, можно получить давление Б несколько миллионов атмосфер. Так, при давлении 9,12-10 кн/л2 (9 млн. атм) плотность железа, никеля и меди увеличивается примерно вдвое, а плотность олова и свинца более чем в 2,5 раза. [c.75] В рассматриваемых условиях температура ударного сжатия составляла несколько десятков тысяч градусов. [c.75] Характерными внешними признаками кристаллпче- ских веществ являются определенная и резко выраженная температура перехода их в жидкое состояние и определенная геометрическая форма того или иного вида кристаллов. [c.76] Геометрическая фор.ма вещества не определяет векториальности его свойства. Так, шар, выточенный из графита, несмотря па полную симметричность своей формы, сохраняет анизотропию. Любой многогранник, отлитый из обычного стекла, не обладает векториальностью свойств. [c.77] В кристаллических веществах атомы или ионы расположены в строго определенном геометрическом порядке. Так, кристаллы хлористого натрия Na l построены из ионов натрия и ионов хлора, которые, чередуясь правильными рядами, образуют пространственную кристаллическую решетку (рис. 19), точнее простую кубическую решетку. [c.77] Частицами, образующими кристалл и расположенными в пространстве в определенном порядке, могут быть ионы (разноименно заряженные, как в хлористом натрии, или одноименно заряженные, как в металлах), нейтральные атомы (одного и того же элемента, как в алмазе, или различных элементов, как в карборунде) или целые молекулы, как в бензоле или нафталине. [c.77] Из рис. 19 видно, что на одну элементарную ячейку простой кубической решетки приходится только один ион (атом). Это обусловлено тем, что каждый ион (атом), находящийся в вершине куба, одновременно принадлежит восьми элементарным ячейкам, т. е. на данную ячейку приходится Vs массы этого иона (атома). Так как в кубической решетке восемь вершин, на одну ячейку приходится один ион (атом). [c.77] Степень упорядоченности расположения атомов в кристаллических телах зависит от температуры. Наиболее упорядочены атомы в кристалле при температурах, близких к абсолютному нулю. [c.77] Атомы в кристаллической решетке колеблются с большой частотой (порядка 10 колебаний в секунду) около некоторых средних положений равновесия. В кристаллах имеется еще один вид теплового движения, заключающийся в миграции атомов, т. е. перемене места в кристаллической решетке. Атом может находиться довольно длительное время в определенном узле решетки, а затем попадает в другой узел или междоузлие. [c.77] Чтобы перейти из одного узла решетки в другой, атом должен преодолеть определенный энергетический барьер, зависящий от энергии связи в кристалле. Переход атомов при тепловом двил еиии из одних положений равновесия в другие называется самодиффузией, а минимальная энергия, необходимая для этого перехода, называется энергией активации при самодиффузии, или энергией разрыхления решетки. Атомы, перешедшие в другое положение равновесия, называются дислоцированными, а незанятые узлы — вакантными (рис. 20). Образующиеся в кристалле вакантные узлы не остаются незанятыми. Чем выше температура, тем больше дислоцированных атомов и вакантных узлов. Вместе с тем число их даже при температурах, близких к плавлению, не превышает 2,0% Из-за хаотичности теплового движения атомов в некоторых участках кристалла могут оказаться не отдельные дислоцированные атомы и вакантные узлы, а их скопления, приводящие к значительному местному отклонению энергии, плотности и упаковки атомов от среднего значения энергии, плотности и упаковки. [c.78] Энергия активации жидких тел значительно меньше, чем твердых. Из формулы (И.36) следует, что длительность пребывания атома в положении равновесия возрастает с увеличением энергии активации и уменьшается с повышением температуры. [c.79] Плавление кристаллических тел, в том числе металлов и сплавов, характеризуется разрушением кристаллической решетки. При этом нарушается дальний порядок, существующий в кристаллах, и сохраняется ближний порядок в располол(ении атомов. Под ближним порядком понимается некоторая упорядоченность в расположении атомов в непосредственной близости от данного атома. По мере удаления от него степень упорядочения быстро уменьшается. [c.79] Энергией ионной кристаллической решетки называется количество энергии, которое необходимо затратить для ее разрушения и удаления составных частей на бесконечно большое расстояние. [c.79] Для перехода вещества из жидкого в твердое состояние необходимо, чтобы атомы были правильно расположены, т. е. чтобы был установлен дальний порядок. На скорость перехода из жидкого в кристаллическое состояние существенно влияет степень подвижности атомов. [c.79] При плавлении металлов происходит относительно небольшое увеличение объема, при этом теплоемкость обычно изменяется незначитель Ю (табл. 12). [c.79] Скрытая теплота плавления в 30—40 раз ниже скрытой теплоты испарения металлов. Скрытая теплота плавления и испарения железа соответственно составляют 15120 и 394800 кдж кг-атом) [3600 и 94000 ккал кг- атом)]. [c.80] Рентгеновскими исследованиями, а также на основании данных о теплоемкости твердого и жидкого состояний и скрытых теплотах плавления и испарения установлено, что строение расплавленных металлов при температурах, близких к температурам плавления, сходно со строением металлов, находящихся в твердом состоянии. [c.80] Вернуться к основной статье