Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Жидкость 1-І • '/м* ч • ні'',
1-І/м Жидкость Н • с/ма о . 10а, Н/м
Н20 — вода 1,005 72,75 |/\~-~ N1II и — анилин Ч' 4,40 43,3
СВН8 — бензол СйНи — гексан 0,652 0,307 28,88 18,46 С11 ,ОН — метанол СНя-ССЮН — уксусная кислота 0,597 1,21 22,6 27,8
При понижении температуры плотность жидкостей растет, молекулы сближаются и возрастает энергия межмолекулярного взаимодействия; при вполне определенном значении температуры (температура кристаллизации или плавления) вещество переходит в твердое состояние, которое характеризуется упорядоченным расположением частиц в пространстве — кристаллическим строением. Для зарождения кристаллов необходимы некоторые условия: переохлаждение жидкости ниже температуры плавления (доли градусов), появление субмикроскопических центров кристаллизации — зародышей выше критических размеров, которые, постепенно увеличиваясь, превращают жидкость в кристаллическую массу (центрами кристаллизации могут явиться и твердые частицы примесей)! Кристаллизация протекает с выделением энергии, но менее значительным, чем при конденсации. Процессом кристаллизации можно управлять, и этим .пользуются в технологии, получая мелкокристаллические или крупнокристаллические структуры, а также выращивая монокристаллы. При очень большом переохлаждении жидкости с большой вязкостью (кремнезем, силикаты и алюмосиликаты) могут перейти в стекловидное состояние, в котором сохраняется неупорядоченная структура. Этим, например, пользуются при изготовлении стекол или ситаллов (частично закристаллизованное стекло) '
Кристаллы можно получать, минуя жидкое состояние, путем конденсации пара на охлажденной стенке (подложка). Так наносят металлические слои на различные материалы.— вакуумное напыление.
94
4.2. МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ
Обычно твердое тело характеризуется тем, что оно стремится сохранить не только свой объем, но и приданную ему форму (стержень, пластина и т. д.). Из этого определения, которое охватывает все тела, обычно называемые твердыми, следует выделить кристал-л и ч е с к и е тела, форма которых обусловлена их внутренним строением, в отличие от квазитвердых тел — стекол (которые можно рассматривать как жидкости с бесконечно большой вязкостью), полимерных материалов и т. д.
Кристаллические вещества могут представлять собой один кристалл — монокристалл — или соединение большого числа кристаллических зерен — поликристаллы (металлы), но во всех случаях они проявляют свои особые свойства: постоянная температура плавления, анизотропность (рис.' 48 и 49).
Анизотропией кристаллов называют различие их свойств в зависимости от направления относительно осей симметрии, поскольку кристалл представляет собой симметричную фигуру. В поликристаллических телах (металлы) анизотропия проявляется слабее, так как кристаллические зерна могут быть ориентированы хаотично, — псевдоизотропия. В определенных условиях, а именно при пластической деформации, поликристаллические металлы проявляют свою анизотропность. Квазитвердые тела этим свойством не обладают и являются изотропными. Некоторые данные по анизотропии металлических кристаллов приведены в табл. 4:3.
Кристаллом является твердое тело, ограниченное, плоскими гранями, пересекающимися под определенными углами. Форма кристаллов характеризуется не столько соотношением сторон, сколько двугранными углами, возникающими между пересекающимися плоскими гранями.
Рис. 48. Кристалл БЮо
Рис. 49.. Поликристалл ванадия
95
Т а б л и ц а 4.3. Коэффициент линейного расширения (а) и удельное сопротивление ( С> ) параллельно и перпендикулярно главной оси симметрии для монокристаллов некоторых металлов (комнатные температуры)
Металл .К-' 10" Ом- м
II II і
м8-
Ъ\\ Сс! Бп 26,4 63,9 52,6 30,5 25,6 14,1 21,4 15,5 3,37 5,83 7,65 13,3 4,54 5,39 6,26 9,05
Одно и то же вещество, кристаллизуясь в различных условиях, может образовать кристаллы различной формы — полиморфизм.
Так, например, полиморфизмом обладает диоксид кремния 8Ю2, образующий 6 различных форм кристаллов: а- и (3-кварцы, а- и |3-тридимиты, а и (3-кристобалиты.
Различные вещества могут образовать одинаковые формы кристаллов, обладающие при этом разным составом, — изоморфизм. Так, например, двойные соли (так называемые квасцы) КА1(804)2 • Г2Н20 и КСг(504)2 • 12Н20 кристаллизуются в одной и той же системе и могут свои кристаллы наращивать на кристаллы других квасцов. Такой двухслойный кристалл приведен на рис. 50.
Различные формы кристаллов можно систематизировать изучая их геометрию и симметрию. Е. С. Федоров (1890) систематизировал кристаллы на основе их симметрии и разработал методы количественной оценки степени симметрии по осям, плоскостям и центрам симметрии и их порядку.
Порядком оси симметрии является число повторений геометрических элементов при повороте фигуры относительно этой оси на угол 2я = 360°. Например, для такой элементарной фигуры, как куб, можно найти оси симметрии четвертого и второго порядков; такие же оси симметрии определяют собой и другую фигуру —
октаэдр. . На рис. 51 показаны оси четвертого {а) и второго (б) порядков для куба и октаэдра, но для куба число осей второго порядка гораздо больше (6). Однако степень симметрии этих фигур совпадает.
