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 знаходиться в стані газу і плазми. Однак на самій Землі істотно і вміст твердих частинок. Ось про них ми і поговоримо, з 'ясувавши, чим є кристалічні та аморфні тверді тіла.
Кристалічні та аморфні тіла: загальне поняття
Всі тверді речовини, тіла, предмети умовно підрозділюються на:
- кристалічні;
- аморфні.
Різниця між ними величезна, адже в основі підрозділу лежать ознаки будови і проявлених властивостей. Якщо говорити коротко, то твердими кристалічними іменуються ті речовини і тіла, які мають певний тип просторової кристалічної решітки, тобто володіють здатністю змінюватися в певному напрямку, але не у всіх (анізотропія).
Якщо ж характеризувати аморфні з 'єднання, то перша їхня ознака - здатність змінювати фізичні характеристики в усіх напрямках одночасно. Це називається ізотропією.
Будова, властивості кристалічних і аморфних тіл абсолютно різні. Якщо перші мають чітко обмежену структуру, що складається з впорядковано розташованих частинок у просторі, то у других всякий порядок відсутній.
Властивості твердих тіл
Кристалічні та аморфні тіла тим не менш відносяться до єдиної групи твердих, а значить, володіють усіма характеристиками даного агрегатного стану. Тобто загальними властивостями для них будуть такі:
- Механічні - упругість, твердість, здатність до деформації.
- Теплові - температури кипіння і плавлення, коефіцієнт теплового розширення.
- Електричні та магнітні - провідність теплова та електрична.
Таким чином, розглянуті нами статки мають всі дані характеристики. Тільки проявлятися біля аморфних тіл вони будуть дещо інакше, ніж у кристалічних.
Важливими властивостями для промислових цілей є механічні та електричні. Здатність відновлюватися після деформації або, навпаки, кришитися і подрібнюватися - важлива особливість. Також велику роль відіграє той факт, може речовина проводити електричний струм або не здатна до цього.
Будова кристалів
Якщо описувати будову кристалічних та аморфних тіл, насамперед слід вказати тип частинок, які їх складають. У разі кристалів це можуть бути іони, атоми, атом-іони (в металах), молекули (рідко).
Взагалі дані структури характеризуються наявністю суворо впорядкованої просторової решітки, яка формується в результаті розташування утворюючих 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 комірка майбутньої кристалічної решітки. Потім ця комірка 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. Називається подібне явище 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 полікристал. Тоді мова про анізотропію не йде, оскільки орієнтація елементарних осередків порушує загальну впорядковану структуру. У цьому відношенні полікристали і аморфні тіла близькі один одному за проявлюваними фізичними властивостями.
Метали та їхні сплави
Кристалічні та аморфні тіла дуже близькі один одному. У цьому легко переконатися, взявши як приклад метали та їхні 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 тягнучої, густої, в 'язкої маси. А це вже і є аморфний стан тіла.
Тому, строго кажучи, практично кожна кристалічна речовина може за певних умов стати аморфною. Так само, як і остання при кристалізації стає твердою речовиною з упорядкованою просторовою структурою.
Метали можуть мати різні типи просторових структур, найвідомішими і вивченими з яких є такі:
- Проста кубічна.
- Гранецентрована.
- Об 'ємоцентрована.
В основі структури кристала може лежати призма або піраміда, а її головна частина представлена:
- трикутником;
- паралелограмом;
- квадратом;
- шестикутником.
Ідеальними властивостями ізотропії володіє речовина, що має просту правильну кубічну решітку.
Поняття про аморфність
Кристалічні та аморфні тіла зовні розрізнити досить просто. Адже останні часто можна переплутати з в 'язкими рідинами. В основі структури аморфної речовини також лежать іони, атоми, молекули. Однак вони не утворюють впорядкованої суворої структури, а тому і властивості їх змінюються у всіх напрямках. Тобто вони ізотропні.
Частинки розташовуються хаотично, безладно. Лише іноді вони можуть утворювати невеликі локуси, що все одно не впливає на загальні 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 напівпровідність.
Часто можна зустріти граничні стану з 'єднань. Кристалічні та аморфні тіла можуть переходити в стан напіваморфності.
Також цікава та риса розглянутого стану, яка проявляється при різкому зовнішньому впливі. Так, якщо аморфне тіло піддати різкому удару або деформації, то воно здатне повести себе як полікристал і розколотися на дрібні шматочки. Однак якщо дати цим частинам час, то незабаром вони знову з 'єднаються разом і перейдуть у в' язкий плинний 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 зустрічуваних.
- Шоколад - типова аморфна речовина.
- Смоли, в тому числі фенолформальдегідні, всі пластики.
- Бурштин.
- Скло будь-якого складу.
- Бітум.
- Гудрон.
- Віск та інші.
Аморфне тіло утворюється в результаті дуже повільної кристалізації, тобто підвищення в 'язкості розчину при зниженні значення температури. Часто складно назвати подібні речовини твердими, їх відносять швидше до в 'язких густих рідин.
Особливий стан мають ті з 'єднання, які при ствердуванні взагалі не кристалізуються. Їх називають склом, а стан - склоподібним.
Склоподібні речовини
Властивості кристалічних і аморфних тіл схожі, як ми з 'ясували, внаслідок загального походження і єдиної внутрішньої природи. Але іноді від них окремо розглядають особливий стан речовин, іменований склоподібним. Це гомогенний мінеральний розчин, який кристалізується і затвердіває без формування просторових решіток. Тобто залишається ізотропним щодо зміни властивостей завжди.
Так, наприклад, звичайне віконне скло не має точного значення температури плавлення. Воно просто при підвищенні даного показника повільно плавиться, розм 'якшується і переходить в рідкий стан. Якщо ж вплив припинити, то піде зворотний процес і почнеться затвердівання, але без кристалізації.
Такі речовини дуже цінуються, скло сьогодні - один з найпоширеніших і затребуваних будівельних матеріалів у всьому світі.