Кристалічний стан речовини

Характерною рисою кристалічної речовини в більшості випадків є наявність анізотропії. тобто Залежно фізичних властивостей від напряму. На відміну від кристалів рідини, гази і аморфні тіла є ізотропним. Причиною анізотропії кристалів є впорядковане розташування в них атомів або молекул.

Зазвичай анізотропія не проявляється, тому що кристалічні тіла, як правило, зустрічаються у вигляді полікристалів. Полікристали складаються з великої кількості маленьких, орієнтованих хаотично, монокристалів. Монокристалом. строго кажучи, називається кристал, в межах якого дотримується абсолютна періодичність в розташуванні атомів. У реальних кристалах такої ідеальної періодичності бути не може, внаслідок різного роду порушень кристалічної решітки - дефектів. Однак якщо кількість дефектів не надто велике, то кристал вважається монокристалом.

Впорядкованість розташування атомів або молекул в кристалі полягають в тому, що вони розміщуються в вузлах геометрично правильної кристалічної решітки. Весь кристал можна отримати в результаті багаторазового повторення в трьох різних напрямках одного і того ж структурного елементу, званого елементарнойкрісталліческойячейкой.

Елементарна кристалічна осередок є, в загальному випадку, скіс паралелепіпед, побудований на трьох векторах: .Модулі цих векторів рівні періодам ідентичності за відповідними напрямами.

Елементарні комірки можна вибирати різними способами. Елементарна комірка, що включає найменше число атомів, що характеризують хімічний склад кристалічної речовини. називається примітивною осередком. Однак зазвичай елементарні осередки вибирають з великим числом атомів, але так щоб вона мала таку ж симетрією, як і весь кристал.

Під симетрій кристалічної решітки розуміється властивість решітки збігатися з самою собою при деяких просторових переміщеннях. Будь-яка решітка має, перш за все, трансляційної симетрією, т. Е. Збігається з собою при переміщенні на період ідентичності у відповідному напрямку.

Розглядають також симетрію щодо поворотів навколо деяких осей і дзеркальних відображень щодо площин.

За формою елементарного осередку кристали ділять на сім кристалографічних систем. В порядку зростання симетрії: моноклінна, тріклінная, ромбічна, тетрагональна, ромбоедрична, гексагональна, кубічна.

Залежно від природи частинок і характеру сил взаємодії між ними розрізняють чотири фізичні типу кристалічних решіток. іонні, атомні, металеві, молекулярні.

В іонних кристалах в вузлах решітки розташовані іони, які взаємодіють за допомогою електростатичних сил. Весь кристал з іонним зв'язком між атомами можна розглядати як величезну молекулу.

В атомних кристалах в вузлах поміщаються нейтральні атоми. між якими існують гомеополярной (ковалентні) зв'язки. Ці зв'язки утворюються валентними електронами і мають спрямований характер, так що кожен атом пов'язаний з кількома найближчими, кількість яких дорівнює кількості валентних електронів.

У металевих кристалах в вузлах розташовуються позитивні іони, які занурені в газ майже вільних електронів.

У молекулярних кристалах в вузлах знаходяться молекули, а сили взаємодії мають ту ж природу, що і сили тяжіння молекул в ван-дер-ваальсовском газі.

Кожен атом, що знаходиться у вузлі кристалічної решітки має три коливальними ступенями свободи. Відповідно внутрішня енергія благаючи кристалічної речовини.

Тоді теплоємність кристала

Співвідношення (11.2) добре виконується для кристалів хімічно простих речовин, при досить високих температурах. Це співвідношення було експериментально встановлено Дюлонга і Пті та носить назву закону їх імені. При низьких температурах цей закон не виконується, але пояснення такої поведінки може бути дано тільки на основі квантовомеханических уявлень.

Схожі статті