Характеристика твердого стану речовини
Різноманітні тверді тіла, що зустрічаються в природі, можна розділити на дві групи: кристалічні і аморфні.
Відмінною рисою кристалічного стану речовини є анізотропія - залежність ряду фізичних властивостей, таких, як швидкість поширення світла, теплопровідність, модуль пружності від напрямку.
Тіла, властивості яких однакові в усіх напрямках, називають ізотропним.
Ізотропним є гази, більшість рідин та аморфні тіла.
Причиною анізотропії кристалів є впорядковане розташування атомів, що утворюють просторову решітку. Щоб уявити просторову решітку, потрібно подумки з'єднати прилеглі точки, в яких розташовані центри атомів кристала. Ці точки називають вузлами кристалічної решітки. У вузлах решітки можуть розташовуватися як поодинокі атоми (рис. 2.32), так і група атомів або іони (рис. 233).
Щоб пояснити анізотропію, проаналізуємо будова кристала. Розглянемо як приклад будова кристала графіту, зображеного на рис. 2.34.
Атоми вуглецю в цьому кристалі розташовуються в площинах, які знаходяться один від одного на деякій певній відстані. Відстань між атомами, розташованими в одній площині, менше відстані між площинами; значить, і сили взаємодії між атомами, що лежать в одній площині, більше сил взаємодії між атомами різних площин. Тому кристал графіту легше зруйнувати в напрямку, паралельному атомним площинах.
Моно- в полікрісталли.
Більшість твердих матеріалів є полікристалічний; вони складаються з безлічі безладно орієнтованих дрібних кристалічних зерен (кристалітів) дрібних монокристалів.
Кожен дрібний монокристал анизотропен, але так як кристалики орієнтовані хаотично, то в цілому полікристалічне тіло є ізотропним. Якщо монокристали якимось способом орієнтовані в певному напрямку, наприклад прокаткою, то полікристалічне тіло стає анізотропним.
Великі поодинокі кристали називають монокристалами.
Атомам одного і того ж хімічного елемента можуть відповідати різні за властивостями кристалічні структури. Вуглецю притаманні шарувата структура графіту і просторова структура алмазу, властивості яких зовсім різні. З молекул води може складатися лід п'яти різних кристалічних структур.
Властивість речовини одного складу утворювати різні кристалічні структури, що володіють різними фізичними властивостями, називають поліморфізмом.
Для кристалічних тіл характерний дальній порядок, т. Е. Правильна повторюваність положень вузлів кристалічної решітки на будь-яких відстанях в кристалі.
Крім кристалічних тіл існують аморфні тіла. Вони, хоч і розглядаються зазвичай як тверді, являють собою переохолоджені рідини.
Якщо розглядати деякий атом аморфного тіла як центральний, то найближчі до нього атоми будуть розташовуватися в певному порядку, але в міру віддалення від «центрального» атома цей порядок порушується і розташування атомів може бути різним, т. Е. Випадковим. В аморфних тілах на відміну від кристалічних існує лише ближній порядок у взаємному розташуванні сусідніх атомів. До аморфних тіл відносять скло, пластмасу і т. Д. Багато тіл, такі, як сірка, гліцерин, цукор і т. П. Можуть існувати як в кристалічному, так і в аморфному стані, або, як прийнято говорити, в стеклообразной формі. У природі аморфний стан менш поширене, ніж кристалічна.