--> Êðèñòàëëè÷åñêèå òåëà. Ôèçèêà 10 êë.
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 8. Òâåðäûå òåëà è èõ ïðåâðàùåíèå â æèäêîñòè

 


§ 8.1. Êðèñòàëëè÷åñêèå òåëà

Ìû æèâåì íà ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà — çåìíîãî øàðà, â ñîîðóæåíèÿõ, ïîñòðîåííûõ èç òâåðäûõ òåë, — äîìàõ. Íàøå òåëî, õîòÿ è ñîäåðæèò ïðèáëèçèòåëüíî 65% âîäû (ìîçã — 80%), òîæå òâåðäîå. Îðóäèÿ òðóäà, ìàøèíû òàêæå ñäåëàíû èç òâåðäûõ òåë. Çíàòü ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë æèçíåííî íåîáõîäèìî.
 § 2.6 áûëî êðàòêî îïèñàíî ìîëåêóëÿðíîå ñòðîåíèå òâåðäûõ êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë. Òåïåðü ìû ðàññìîòðèì ïîäðîáíåå èõ ñâîéñòâà è ñòðîåíèå.

Êðèñòàëëû

Åñëè ðàññìàòðèâàòü ïðè ïîìîùè ëóïû èëè ìèêðîñêîïà êðóïèíêè ñàõàðà, ñîëè, ìåäíîãî êóïîðîñà, íàôòàëèíà è ò. è., òî ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî îíè îãðàíè÷åíû ïëîñêèìè, êàê áû øëèôîâàííûìè ãðàíÿìè. Íàëè÷èå òàêèõ åñòåñòâåííûõ ãðàíåé ÿâëÿåòñÿ ïðèçíàêîì íàõîæäåíèÿ âåùåñòâà â êðèñòàëëè÷åñêîì ñîñòîÿíèè. Êðèñòàëëîì* íàçûâàåòñÿ òåëî îïðåäåëåííîé ãåîìåòðè÷åñêîé ôîðìû, îãðàíè÷åííîå åñòåñòâåííûìè ïëîñêèìè ãðàíÿìè.

    * Îò ãðå÷åñêîãî ñëîâà krystallos — áóêâàëüíî: ëåä.

Ìîíîêðèñòàëëû è ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèå òåëà

Òåëî, ïðåäñòàâëÿþùåå ñîáîé îäèí êðèñòàëë, íàçûâàåòñÿ ìîíîêðèñòàëëîì.

ìîíîêðèñòàëë

Íà ðèñóíêå 8.1 èçîáðàæåí êðóïíûé ìîíîêðèñòàëë êâàðöà (ãîðíîãî õðóñòàëÿ). Ìàëåíüêàÿ êðóïèíêà ñàõàðíîãî ïåñêà òîæå ÿâëÿåòñÿ ìîíîêðèñòàëëîì. Ñîáëþäàÿ áîëüøèå ïðåäîñòîðîæíîñòè, ìîæíî âûðàñòèòü ìåòàëëè÷åñêèé ìîíîêðèñòàëë áîëüøèõ ðàçìåðîâ.

Áîëüøèíñòâî êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë ñîñòîèò èç ìíîæåñòâà áåñïîðÿäî÷íî ðàñïîëîæåííûõ è ñðîñøèõñÿ ìåæäó ñîáîé ìåëêèõ êðèñòàëëèêîâ. Òàêèå òåëà íàçûâàþòñÿ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèìè. Ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèìè ÿâëÿþòñÿ âñå ìåòàëëû è ìèíåðàëû. Êóñîê ñàõàðà òîæå ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîå òåëî.

Ôîðìà è ðàçìåðû êðèñòàëëîâ

Êðèñòàëëû ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ èìåþò ðàçíîîáðàçíóþ ôîðìó. Íà ðèñóíêå 8.2 èçîáðàæåíû êðèñòàëëû: êàìåííîé ñîëè 1, áåðèëëà 2, àëìàçà 3, ãðàíàòà 4, êâàðöà 5, òóðìàëèíà 6, èçóìðóäà 7 è êàëüöèòà 3. Îäèí èç âèäîâ êðèñòàëëîâ ëüäà, îáðàçóþùèõ ïðè÷óäëèâûå ôîðìû ñíåæèíîê (ðèñ. 8.3), ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðàâèëüíóþ øåñòèóãîëüíóþ ïðèçìó (ðèñ. 8.4).

Ôîðìà êðèñòàëëîâ

ôîðìû ñíåæèíîê

Ðàçìåðû êðèñòàëëîâ òîæå ðàçíîîáðàçíû. Îäíè êðèñòàëëû êðóïíû è ëåãêî ðàçëè÷èìû íåâîîðóæåííûì ãëàçîì, äðóãèå æå íàñòîëüêî ìàëû, ÷òî ìîãóò áûòü ðàññìîòðåíû òîëüêî â ìèêðîñêîï.

Ðàçìåðû êðèñòàëëîâ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî òèïà ìîãóò ñ òå÷åíèåì âðåìåíè èçìåíÿòüñÿ. Òàê, ìåëêèå êðèñòàëëû æåëåçà è ñòàëè ïåðåõîäÿò â êðóïíûå. Ýòîò ïåðåõîä óñêîðÿåòñÿ ïðè óäàðàõ è ñîòðÿñåíèÿõ. Îí ïîñòîÿííî ïðîèñõîäèò â æåëåçíîäîðîæíûõ ðåëüñàõ, âàãîííûõ îñÿõ, ñòàëüíûõ ìîñòàõ, îò÷åãî ïðî÷íîñòü ýòèõ ñîîðóæåíèé ñ òå÷åíèåì âðåìåíè óìåíüøàåòñÿ.

Ïîëèìîðôèçì

Î÷åíü ìíîãèå òåëà îäèíàêîâîãî õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà â êðèñòàëëè÷åñêîì ñîñòîÿíèè â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé ìîãóò ñóùåñòâîâàòü â äâóõ èëè áîëåå ðàçíîâèäíîñòÿõ (ìîäèôèêàöèÿõ). Ýòî ñâîéñòâî íàçûâàåòñÿ ïîëèìîðôèçìîì (ìíîãîôîðìíîñòüþ). Ó ëüäà, íàïðèìåð, èçâåñòíî äî äåñÿòè ðàçëè÷íûõ ìîäèôèêàöèé, êîòîðûå ïîëó÷àþò â ëàáîðàòîðèÿõ.  ïðèðîäå æå âñòðå÷àåòñÿ òîëüêî îäèí âèä (ñì. ðèñ. 8.4).

Îñîáî âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ òåõíèêè èìååò ïîëèìîðôèçì óãëåðîäà — óãëåðîä êðèñòàëëèçóåòñÿ â äâóõ ìîäèôèêàöèÿõ: ãðàôèò è àëìàç. Ãðàôèò — ìÿãêèé ìàòåðèàë ìàòîâî-÷åðíîãî öâåòà. Èç íåãî, íàïðèìåð, èçãîòàâëèâàþò ãðèôåëè êàðàíäàøåé. Àëìàç ñîâåðøåííî íå ïîõîæ íà ãðàôèò. Ýòî ïðîçðà÷íûé è î÷åíü òâåðäûé êðèñòàëë. Ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 150 °Ñ (ïðè íàãðåâàíèè â âàêóóìå) àëìàç ïðåâðàùàåòñÿ â ãðàôèò. ×òîáû ãðàôèò ïðåâðàòèòü â àëìàç, åãî íóæíî íàãðåòü äî 2000 °Ñ ïîä äàâëåíèåì 1010 Ïà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îñâîåíî ïðîìûøëåííîå ïðîèçâîäñòâî èñêóññòâåííûõ àëìàçîâ. Èñêóññòâåííûå àëìàçû øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõ ðåæóùèõ èíñòðóìåíòàõ.

Àíèçîòðîïèÿ êðèñòàëëîâ

Ñóùåñòâåííûì ñâîéñòâîì ìîíîêðèñòàëëà ÿâëÿåòñÿ àíèçîòðîïèÿ* — íåîäèíàêîâîñòü åãî ñâîéñòâ (ìåõàíè÷åñêèõ, òåïëîâûõ, ýëåêòðè÷åñêèõ è ò. ä.) ïî ðàçëè÷íûì íàïðàâëåíèÿì. Íàïðèìåð, åñëè êðèñòàëëû ïîâàðåííîé ñîëè, èìåþùèå êóáè÷åñêóþ ôîðìó, ðàñêàëûâàòü, òî ìåëêèå îñêîëêè áóäóò èìåòü ïðåèìóùåñòâåííî ôîðìó ïðÿìîóãîëüíûõ ïàðàëëåëåïèïåäîâ. Ýòî çíà÷èò, ÷òî â íàïðàâëåíèÿõ, ïàðàëëåëüíûõ ãðàíÿì, ïðî÷íîñòü êðèñòàëëà ïîâàðåííîé ñîëè ãîðàçäî ìåíüøå, ÷åì â äèàãîíàëüíûõ è äðóãèõ íàïðàâëåíèÿõ.

    * Îò ãðå÷åñêèõ ñëîâ anisos — íåðàâíûé, tropos — ïîâîðîò, íàïðàâëåíèå.

Êóñîê ñëþäû ëåãêî ðàññëàèâàåòñÿ â îäíîì èç íàïðàâëåíèé íà òîíêèå ïëàñòèíêè (ðèñ. 8.5). Ðàññëîèòü åãî â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ïëàñòèíêàì, ãîðàçäî òðóäíåå. Òàêæå ëåãêî ðàññëàèâàåòñÿ â îäíîì íàïðàâëåíèè êðèñòàëë ãðàôèòà.

Åñëè ãðàíü êðèñòàëëà, íàïðèìåð êâàðöà, ïîêðûòü òîíêèì ñëîåì ïàðàôèíà è ïðèêîñíóòüñÿ ê íåìó ðàñêàëåííîé èãëîé, òî ïàðàôèí íà÷íåò ïëàâèòüñÿ. Ðàñïëàâëåííûé ïàðàôèí èìååò ôîðìó íå êðóãà, à ýëëèïñà (ðèñ. 8.6), ÷òî óêàçûâàåò íà ðàçëè÷èå òåïëîïðîâîäíîñòè êðèñòàëëà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì. Î íåîäèíàêîâîñòè òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ êðèñòàëëà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì ìîæíî çàêëþ÷èòü èç ñëåäóþùåãî îïûòà. Åñëè èç ìîíîêðèñòàëëà, íàïðèìåð êâàðöà, èçãîòîâèòü òåëî øàðîîáðàçíîé ôîðìû è íàãðåòü åãî, òî ïîñëå íàãðåâàíèÿ îíî óæå íå áóäåò øàðîì. Âäîëü òðåõ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ äèàìåòðîâ òåëî ðàñøèðèòñÿ íåîäèíàêîâî, è âìåñòî øàðà ïîëó÷èòñÿ òàê íàçûâàåìûé ýëëèïñîèä (ðèñ. 8.7).

Àíèçîòðîïèÿ êðèñòàëëîâ

Ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèå òåëà èçîòðîïíû*, ò. å. îáíàðóæèâàþò îäèíàêîâûå ñâîéñòâà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî êðèñòàëëèêè, èç êîòîðûõ ñîñòîèò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîå òåëî, îðèåíòèðîâàíû äðóã ïî îòíîøåíèþ ê äðóãó õàîòè÷åñêè.  ðåçóëüòàòå íè îäíî èç íàïðàâëåíèé íå îòëè÷àåòñÿ îò äðóãèõ.

    * Îò ãðå÷åñêèõ ñëîâ isos — ðàâíûé, tropos — ïîâîðîò, íàïðàâëåíèå.

Áîëüøèíñòâî êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë — ïîëèêðèñòàëëû, òàê êàê îíè ñîñòîÿò èç ìíîæåñòâà ñðîñøèõñÿ êðèñòàëëèêîâ. Îäèíî÷íûå êðèñòàëëû — ìîíîêðèñòàëëû èìåþò ïðàâèëüíóþ ãåîìåòðè÷åñêóþ ôîðìó, è èõ ñâîéñòâà ðàçëè÷íû ïî ðàçíûì íàïðàâëåíèÿì (àíèçîòðîïèÿ).

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->