Народна Освіта » Фізика » § 11. Кристалічні та аморфні тіла

НАРОДНА ОСВІТА

§ 11. Кристалічні та аморфні тіла

Одними із найдивовижніших і найзагадковіших творінь природи є кристали. Вони бувають різних кольорів, милують око чудовою грою світла на гранях, і'м притаманна дивовижно правильна форма у вигляді багатогранників, грані яких ідеально плоскі, а ребра — прямі (мал. 1.40). Кристалам приписують чудодійні властивості.

Дехто вважає, що кристали — це просто рідкісні красиві камені. Проте це не так. Придивіться до звичайної кухонної солі (хлориду натрію), ви побачите, що кожна її крупинка — це маленький паралелепіпед або кубик. Якщо трапляється кристал солі розмірами у кілька міліметрів, то, вдаривши по ньому, можна отримати менші кристалики, але всі вони матимуть форму чи паралелепіпедів, чи кубиків. Сніжинки, що падають узимку, — це також кристалики — кристалики замерзлої води (мал. 1.41). Відомий німецький математик і астроном Йоганн Кеплер (1571 —1630 рр.) ще в 1615 р. виявив, що між окремими промінчиками сніжинок кути однакові — 60°.

З кристалами ми маємо справу повсякчас, не звертаючи на це уваги. Мідна дротина, алюмінієва ложка, цвях, чавунна батарея, крига на річці, гранітний камінь або пісок — це все кристалічні тіла. Просто кристали, з яких вони складаються, дуже малі. У природі іноді трапляються тіла у вигляді окремих великих кристалів, які називають монокристалами (мал. 1.42). Найчастіше речовини перебувають у вигляді міцно зчеплених окремих кристаликів, розмірами в соті чи ти-

сячні частки міліметра. Такі кристали можна побачити лише під мікроскопом.

Кристали можна розпізнати за правильністю форм. Плоскі грані й прямі ребра — характерна властивість кристала. Природна форма ніби свідчить про те, що кристал у різних напрямках має різні властивості. І це дійсно так. Найтвердіший на нашій планеті матеріал — алмаз. Проте й алмази обробляють та отримують коштовні камені — діаманти. Для цього застосовують інші алмази, використовуючи те, що в одних напрямках твердість алмазу більша, а в інших менша.

Чим пояснюється така правильна і гарна форма кристалів? Витонченість кристала — наслідок правильної внутрішньої структури. Уявіть, який негарний вигляд у паркана, зробленого із безладно прибитих штахетин різної довжини й ширини, чи побудованого абияк будинку. Порівняйте цю картину з вишуканою симетрією й періодичністю орнаменту ґрат та елементів будівлі, наприклад, Маріїнського палацу в Києві (мал. 1.43).

Симетрія й повторюваність просторових елементів притаманні й кристалам. Як і неповторні творіння великих архітекторів, при спорудженні яких використовували однакові елементи, неповторними є створені природою кристали різних речовин. Будову кристала можна уявити як багаторазову повторюваність особливим чином розміщених груп молекул, атомів або йонів. Тому кажуть, що атоми кристала утворюють просторову кристалічну ґратку, або просто кристалічну ґратку.

Учені вже точно знають, як розміщені атоми, іони та молекули в різних кристалах. Щоб краще уявити будову кристалів

різних речовин, скористаємося моделями. Уявіть, що жирними точками позначено центри атомів чи іонів хімічних елементів, з яких складається речовина кристала. Лінії, що їх з’єднують, відображують взаємозв’язки між ними. Атоми (іони) розміщені дуже щільно і можуть лише коливатися відносно своїх станів рівноваги. Просторові моделі кристалів можна виготовити з пластмасових або пластилінових кульок і з’єднати їх дротинками. З таких окремих комірок і вибудовується увесь кристал.

У кристалів кухонної солі (мал. 1.44, а) одна з найпростіших кристалічних ґраток — кубик, у вершинах якого почергово розміщені іони Натрію і Хлору (мал. 1.44, б). Модель щільної “упаковки” іонів кристала кухонної солі зображено на мал. 1.44, в. Іонам Натрію відповідають фіолетові кульки, а іонам Хлору — зелені.

Відомо, що графіт і алмаз складаються з атомів одного й того самого хімічного елемента — Карбону. Алмаз — взірець міцності. Модель його кристалічної ґратки наведено на мал. 1.45, а. Кристалічна ґратка графіту ніби поділена на шари (мал. 1.45, б). Відстань між сусідніми шарами в атомів графіту в 2,5 раза більша, ніж між сусідніми атомами одного шару. Якщо ви пишете олівцем, то шари графіту легко зсуваються і його лусочки залишаються на папері. Завдяки властивості розшаровуватися графіт використовують як мастильний матеріал. Наприклад, коли температури дуже низькі й звичайне мастило загусає або коли температури дуже високі й мастило вигорає, використовують графітове змащення.

Люди здавна використовували кристали як прикраси (мал. 1.46). Пізнавши їх будову, навчилися вирощувати штуч-

ні кристали. Нині важко уявити галузь техніки, де б не використовували ті або інші штучні кристали. На кристалах виготовляють елементи комп’ютерної і лазерної техніки, їх застосовують на бурових установках та у вимірювальних приладах. Із штучних кристалів виробляють надміцні й легкі матеріали для космічних апаратів та авіації.

У природі існує багато твердих тіл, які не є кристалічними. Подібно, як і в рідинах, у склі, пластмасах, бурштині, різних смолах, пластиліні молекули розміщені невпорядковано. Такі тіла називають аморфними. З підвищенням температури вони розм’якшуються, легко змінюють свою форму і починають “текти”. Вам, можливо, доводилося бачити, як з часом вигинається довга воскова свічка, особливо тоді, коли вона стоїть у теплому місці. Нагрівши скляну трубку над полум’ям спиртівки, її можна зігнути. Ударивши по шматочку застиглої смоли, його можна розбити. Якщо шматочок смоли залишити на тривалий час, він змінить свою форму та розтечеться поверхнею, навіть за досить низьких температур. Залежно від тривалості дїі сил на аморфні тіла вони можуть виявляти властивості крихких твердих тіл або поводитися як загуслі рідини (виявляти плинність).

Це пояснюється тим, що частинки, з яких складаються аморфні тіла, не утворюють кристалічної ґратки. Характер розташування молекул й атомів цих тіл, хоча вони і мають дещо більший час “осідлого” життя порівняно з рідинами, подібний до розміщення молекул у рідині. Тому у фізиці аморфні тіла часто розглядають як застиглі рідини. Крім того, на відміну від кристалів аморфні тіла в усіх напрямках мають однакові властивості.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Які тіла називають кристалічними?

2.    Вкажіть особливості будови кристалів.

3.    Чим зумовлена правильність форм кристалів?

4.    Які тіла називають аморфними? За якими властивостями ці тіла можна відрізнити від кристалічних?

5.    Наведіть приклади монокристалічних, полікристалічних і аморфних тіл.

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 20:39, Переглядів: 2036