-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 8. Òâåðäûå òåëà è èõ ïðåâðàùåíèå â æèäêîñòè § 8.1. Êðèñòàëëè÷åñêèå òåëà
ÊðèñòàëëûÅñëè 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 òåëàÒåëî, ïðåäñòàâëÿþùåå ñîáîé îäèí êðèñòàëë, íàçûâàåòñÿ ìîíîêðèñòàëëîì.
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 êðèñòàëëîâÊðèñòàëëû 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).
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. ÏîëèìîðôèçìÎ÷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 êðèñòàëëîâÑóùåñòâåííûì 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).
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.
|
|
|