Кристалічні та аморфні тіла: будова і властивості

Існує кілька агрегатних станів, в яких знаходяться всі тіла і речовини. Це:

газ;

рідина;

плазма;

тверде.

Якщо розглядати загальну сукупність планети і космосу, то більша частина речовин і тіл все ж перебуває в стані газу та плазми. Проте на самій Землі істотно і вміст твердих частинок. Ось про них ми і поговоримо, з'ясувавши, чим є кристалічні й аморфні тверді тіла.

Кристалічні і аморфні тіла: загальне поняття

Всі тверді речовини, тіла, предмети умовно поділяються на:

кристалічні;

аморфні.

Різниця між ними величезна, адже в основі підрозділу лежать ознаки будови і проявляються властивостей. Якщо говорити коротко, то твердими кристалічними іменуються ті речовини і тіла, які мають певний тип просторової кристалічної решітки, то є володіють здатністю змінюватися в певному напрямку, але не у всіх (анізотропія). Якщо ж характеризувати аморфні сполуки, то перший їх ознака - здатність змінювати фізичні характеристики за всіма напрямами одночасно. Це називається изотропией. Будова, властивості кристалічних та аморфних тіл абсолютно різні. Якщо перші мають чітко окреслену структуру, що складається з впорядковано розташованих часток у просторі, то у других всякий порядок відсутній.

Властивості твердих тіл

Кристалічні та аморфні тіла тим не менш належать до єдиної групи твердих, а значить, володіють всіма характеристиками даного агрегатного стану. Тобто загальними властивостями для них будуть наступні:

Механічні - міцність, твердість, здатність до деформації.

Теплові - температури кипіння і плавлення, коефіцієнт теплового розширення.

Електричні і магнітні - провідність теплова і електрична.

Таким чином, розглянуті нами стану володіють всіма цими характеристиками. Тільки проявлятися у аморфних тіл вони будуть дещо інакше, ніж у кристалічних. Важливими властивостями для промислових цілей є механічні і електричні. Здатність відновлюватися після деформації або, навпаки, кришитися і подрібнюватися - важлива особливість. Також велику роль грає той факт, речовина може проводити електричний струм або не здатне до цього.

Будова кристалів

Якщо описувати будову кристалічних і аморфних тіл, то в першу чергу слід вказати тип частинок, які їх складають. У випадку кристалів це можуть бути іони, атоми, атом-іони (у металах), молекули (рідко). Взагалі дані структури характеризуються наявністю строго впорядкованої просторової решітки, яка формується в результаті розташування утворюють речовину частинок. Якщо уявити будову кристала образно, то вийде приблизно така картина: атоми (або інші частинки) розташовуються один від одного на певних відстанях так, щоб в результаті вийшла ідеальна елементарна осередок майбутньої кристалічної решітки. Потім ця клітинка багаторазово повторюється, і так складається загальна структура. Головною особливістю є те, що фізичні властивості в подібних структурах змінюються в паралелях, але не у всіх напрямках. Подібне явище називається анізотропією. Тобто якщо впливати на одну частину кристала, то друга сторона може не реагувати на це. Так, можна подрібнити половину шматочка кухонної солі, проте друга залишиться цілою.

Типи кристалів

Прийнято позначати два варіанти кристалів. Перший - це монокристалічні структури, тобто коли сама решітка 1. Кристалічні та аморфні тіла в цьому випадку зовсім різні за властивостями. Адже для монокристала характерна анізотропія в чистому вигляді. Він являє собою найменшу структуру, елементарну. Якщо ж монокристали повторюються багаторазово і з'єднуються в одне ціле, тоді мова йде про поликристалле. Тоді мова про анізотропії не йде, так як орієнтація елементарних комірок порушує загальну впорядковану структуру. В цьому відношенні полікристали та аморфні тіла близькі один одному за що проявляються фізичним властивостям.

Метали та їх сплави

Кристалічні та аморфні тіла дуже близькі один одному. У цьому легко переконатися, взявши в якості прикладу метали та їх сплави. Самі по собі вони при звичайних умовах тверді речовини. Однак при певній температурі починають плавитися і, поки не відбудеться повна кристалізація, будуть залишатися в стані тягнеться, густої, в'язкої маси. А це вже і є аморфний стан тіла. Тому, строго кажучи, практично кожне кристалічна речовина може при певних умовах стати аморфним. Так само, як і останнє при кристалізації стає твердим речовиною з впорядкованої просторовою структурою. Метали можуть мати різні типи просторових структур, найвідомішими і вивченими з яких є наступні:

Проста кубічна.

Гранецентрированная.

Объемоцентрированная.

В основі структури кристала може лежати призма або піраміда, а її головна частина представлена:

трикутником;

паралелограмом;

квадратом;

шестикутником.

Ідеальними властивостями ізотропія володіє речовина, що має просту правильну кубічну решітку.

Поняття про аморфності

Кристалічні та аморфні тіла зовні розрізнити досить просто. Адже останні часто можна переплутати з в'язкими рідинами. В основі структури аморфного речовини також лежать іони, атоми, молекули. Однак вони не утворюють впорядкованої суворої структури, а тому і властивості змінюються в усіх напрямках. Тобто вони изотропни. Частинки розташовані хаотично, безладно. Лише іноді вони можуть утворювати невеликі локуси, що все одно не впливає на загальні проявляються властивості.

Властивості подібних тіл

Вони ідентичні таким у кристалів. Відмінності лише в показниках для кожного конкретного тіла. Так, наприклад, можна виділити такі характеристичні параметри аморфних тіл:

пружність;

щільність;

в'язкість;

тягучість;

провідність і полупроводимость.

Часто можна зустріти граничні стану з'єднань. Кристалічні та аморфні тіла можуть переходити в стан полуаморфности. Також цікава та риса даного стану, яка проявляється при різкому зовнішньому впливі. Так, якщо аморфне тіло піддати різкого удару чи деформації, то воно здатне повести себе як поликристалл і розколотися на дрібні шматочки. Проте якщо дати цим частинам часу, то незабаром вони знову з'єднаються разом і перейдуть в в'язке текучий стан. У даного стану з'єднань немає певної температури, при якій відбувається фазовий перехід. Цей процес сильно розтягнутий, іноді навіть на десятки років (наприклад, розкладання поліетилену низького тиску).

Приклади аморфних речовин

Можна навести багато прикладів подібних речовин. Позначимо кілька найбільш наочних і часто зустрічаються.

Шоколад - типове аморфна речовина.

Смоли, у тому числі фенолформальдегідні, всі пластики.

Бурштин.

Скло будь-якого складу.

Бітум.

Гудрон.

Віск та інші.

Аморфне тіло утворюється в результаті дуже повільній кристалізації, тобто підвищення в'язкості розчину при зниженні значення температури. Часто складно назвати подібні речовини твердими, їх відносять скоріше до густим в'язким рідин. Особливе стан мають ті сполуки, які при затвердінні взагалі не кристалізуються. Їх називають склом, а стан - стеклообразним.

Стеклообразние речовини

Властивості кристалічних та аморфних тіл схожі, як ми з'ясували, унаслідок загального походження і єдиної внутрішньої природи. Але іноді від них окремо розглядають особливий стан речовин, іменоване стеклообразним. Це гомогенний мінеральний розчин, який кристалізується і твердне без формування просторових решіток. Тобто залишається ізотропним зміни властивостей завжди. Так, наприклад, звичайне віконне скло не має точного значення температури плавлення. Воно просто при підвищенні цього показника повільно плавиться, розм'якшується і переходить в рідкий стан. Якщо ж вплив припинити, то піде зворотній процес і почнеться затвердіння, але без кристалізації. Такі речовини дуже цінуються, скло сьогодні - один з найпоширеніших і затребуваних будівельних матеріалів у всьому світі.