Физические свойства кристаллической решетки: Кристаллические решетки. Строение вещества | CHEMEGE.RU

alexxlab | 21.12.1988 | 0 | Разное

Физические свойства металлической кристаллической решетки

Общие свойства металлов: Металлы — это ковкие, пластичные, тягучие вещества, имеющие металлический блеск и способны проводить тепло и электрический ток.

Атомы элементов-металлов отдают электроны внешнего электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Это свойство атомов металлов, определяется тем, что они имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов. Всвязи с этим атомы металлов сравнительно легко отдают наружные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от атомов электроны располагаются между положительными ионами и относительно свободно перемещаются между ними. Между положительными ионами металлов и этими электронами возникает связь. Так как электроны находятся в непрерывном движении , то при их столкновении с положительными ионами последние могут на некоторое время превратится в нейтральные атомы. Эти кристаллические решетки – металлические.

Физические свойства:
металлический блеск. электрическая проводимость и теплопроводность. Ковкость и пластичность.

металлы так же имеют ряд других Свойств: плотность, твердость, температура.

Общая характеристика элементов II А группы. Щелочноземельные металлы. Физические и химические свойства. Кальций. Биологическая роль. Применение соединений кальция в медицине и фармации.

Ко II Агруппе периодической системы элементов относятся бериллий, щелочноземельные металлы: магний, кальций, стронций, барий и радий

На внешнем электронном уровне элементов главной и побочной подгрупп находятся по 2 электрона (s2), которые они отдают, образуя соединения со степенью окисления +2.

Для всех элементов II группы характерны сравнительно низкая температура плавления и высокая летучесть. У щелочноземельных элементов растворимость гидроксидов увеличивается от магния к барию: гидроксид магния почти не растворяется в воде, гидроксид кальция растворяется слабо, а гидроксид бария – хорошо.

Растворимость многих солей уменьшается от магния к радию.

Бериллий был открыт Л. Н. Вокленом в 1798 г.

Стронций впервые был выделен в виде оксида А. Крофордом в 1790 г., а в чистом виде получен Г. Дэви в 1808 г

Барий был открыт К. В. Шееле в 1774 г. и Г. Деви в 1808 г.

Радий открыт М. и П. Кюри совместно с Ж. Белебном в 1898 г.

Кадмий открыл Ф. Штромейер в 1817 г.

Физические свойства:

Все щёлочноземельные металлы — серые, твёрдые при комнатной температуре вещества. В отличие от щелочных металлов, они существенно более твёрдые, и ножом преимущественно не режутся (исключение — стронций). Плотность щёлочноземельных металлов с порядковым номером растёт

Химические свойства:
Имея два валентных электрона, щёлочноземельные металлы легко их отдают, и во всех соединениях имеют степень окисления +2 .

Бериллий в компактном виде не реагирует ни с кислородом, ни с галогенами. Магний защищён оксидной плёнкой. Кальций медленно окисляется и сгорает при небольшом нагревании в кислороде, но устойчив в сухом воздухе. Стронций, барий и радий быстро окисляются на воздухе, давая смесь оксидов и нитридов

Ка́льций — элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы, с атомным номером 20.— мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета.

Кальций — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть находится в скелете и зубах. Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови.

• CaCO3 – антацидное, противоязвенное

• Ca3(PO4)2 – для реминерализации зубной ткани, как наполнитель таблеток.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9812 – | 7403 – или читать все.

78.85.5.182 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Тип кристаллической решетки

Состоят из ионов. Образуют вещества с ионной связью. Обладают высокой твердостью, хрупкостью, тугоплавки и малолетучи, легко растворяются в полярных жидкостях, являются диэлектриками. Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и ослаблению прочности связи между ними. Поэтому их расплавы (растворы) проводят электрический ток. Ионные кристаллические решетки образуют многие соли, оксиды, основания.

В узлах находятся атомы, которые соединены между собой ковалентными связями. Атомных кристаллов много. Все они имеют высокую температуру плавления, не растворимы в жидкостях, обладают высокой прочностью, твердостью, имеют широкий диапазон электропроводимости. Атомные кристаллические решетки образуют элементы III и IV групп главных подгрупп (Si, Ge, B, C).

Продолжение табл. З4

Состоят из молекул (полярных и неполярных), которые соединены между собой слабыми водородными, межмолекулярными и электростатическими силами. Поэтому молекулярные кристаллы имеют малую твердость, низкие температуры плавления, малорастворимы в воде, не проводят электрический ток и обладают высокой летучестью. Молекулярную решетку образует лед, твердый углекислый газ («сухой лед»), твердые галогенводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F₂, Cl₂, Br₂, J₂, H₂, N₂, O₂), трех- (O₃), четырех- (P₄), восьми- (S₈) атомными молекулами, многие кристаллические органические соединения.

Состоят из атомов или ионов металлов, соединенных металлической связью. Узлы металлических решеток заняты положительными ионами, между которыми перемещаются валентные электроны, находящиеся в свободном состоянии (электронный газ). Металлическая решетка является прочной. Этим объясняются свойственные большинству металлов твердость, малая летучесть, высокая температура плавления и кипения. Она же обусловливает такие характерные свойства металлов как электро- и теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, непрозрачность, фотоэффект. Металлической кристаллической решеткой обладают чистые металлы и сплавы.

Кристаллы по величине электропроводности делятся на три класса:

Проводники I рода – электропроводность 10 4 – 10 6 (Омсм) -1 –вещества с металлической кристаллической решеткой, характеризующиеся наличием «переносчиков тока» – свободно перемещающихся электронов (металлы, сплавы).

Диэлектрики (изоляторы) – электропроводность 10 -10 -10 -22 (Омсм) -1 – вещества с атомной, молекулярной и реже ионной решеткой, обладающие большой энергией связи между частицами (алмаз, слюда, органические полимеры и др.).

Полупроводники – электропроводность 10 4 -10 -10 (Омсм) -1 – вещества с атомной или ионной кристаллической решеткой, обладающие более слабой энергией связи между частицами, чем изоляторы. С ростом температуры электропроводность у полупроводников возрастает (серое олово, бор, кремний и др.)

Кристаллические решётки веществ –это упорядоченное расположение частиц (атомов, молекул, ионов) в строго определённых точках пространства.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называютсяузлами решетки.

Типы кристаллических решеток

Металлические

Ионные кристаллические решетки

В узлах ионных кристаллических решеток –ионы.

Физические свойства веществ с ионной кристаллической решеткой:

1. Большая твердость.

2. Малая летучесть.

3. Хорошая растворимость в воде.

Атомные кристаллические решетки

В узлах – атомы,связанные прочными ковалентными связями.

Физические свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:

5. Нерастворимы в воде.

Разновидности атомных кристаллических решеток

Цепочные (карбин)

Слоистые (графит)

Каркасные (алмаз)

Молекулярные кристаллические решетки

В узлах молекулярных кристаллических решеток –молекулы.

Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

1. Имеют малую твёрдость.

4. При обычных условиях находятся в газообразном или жидком состоянии.

Металлические кристаллические решетки

В узлах металлических кристаллических решёток находятсяатом-ионыметалла.

Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

3. Металлический блеск.

Состав атомных ядер. Изотопы. Понятие химического элемента.

Атомы, представляют собой сложные образования, построенные из более мелких структурных единиц.

р + – протон

n 0 – нейтрон

ē – электрон – вне ядра

Каждый хим. элемент в периодической системе был пронумерован. Номер, который получает каждый элемент, называется порядковым номером.

Физический смысл порядкового номера:

1. Каков порядковый номер элемента, таков и заряд ядра атома.

2. Столько же электронов вращается вокруг ядра .

Z = р + Z – порядковый номер элемента

Z = ē

n 0 = А – Z

n 0 = А – р + А – атомная масса элемента

n 0 = А – ē

В результате экспериментальных исследований было установлено, что, например, в природном кислороде кроме атомов кислорода с массой 16 имеются также атомы с массой 17 и 18.

16 О 17 О 18 О

Оказалось, что и другие элементы состоят из атомов с различной массой. Так, например, в природной воде кроме атомов водорода с массой 1, имеются также атомы с массой 2, в ядерных реакциях получен также Н с массой 3.

Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов в ядре), но разную массу (разное число нейтронов), называются изотопами.

“Изотоп”означает “занимающий одно и то же место”.

1 Н: р + = 1 2 Н: р + = 1 3 Н: р + = 1

n 0 = 0 n 0 = 1 n 0 = 2

Среди хим. элементов есть и такие, которые в природе встречаются только в виде одного изотопа (Ве, F, Na, Р и др.) Но их меньшинство.

40 Аr 40 Са

Изобарами называются атомы, имеющие одинаковые массовые числа, но различные порядковые номера, а значит и различные заряды ядер.

Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер.

Дата добавления: 2018-05-13 ; просмотров: 1877 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Важнейшие свойства кристаллов – анизотропность, однородность

Основные свойства кристаллов  – анизотропность, однородность, способность к самоогоранению и наличие постоянной температуры плавления определяются их внутренним строением.

Анизотропность

Рис. 1. Пример анизотропности — кристалл минерала дистена. В продольном направлении его твердость  равна 4,5, в поперечном – 6. © Parent Géry

Это свойство называется еще неравносвойственностью. Выражается она в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям. Частицы, образующие кристаллическую структуру по непараллельным направлениям, отстоят друг от друга на разных расстояниях, вследствие чего и свойства кристаллического вещества по таким направлениям должны быть различными. Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчастости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.

Анизотропность проявляется и в том, что при воздействии на кристалл какого-либо растворителя скорость химических реакций различна по различным направлениям. В результате каждый кристалл при растворении приобретает свои характерные формы, носящие название фигур вытравливания.

Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равносвойственностью) – физические свойства по всем направлениям проявляются одинаково.

Однородность

Выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.

Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.

Способность к самоогранению

Способность к самоогранению выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой. Стеклянный же шарик, например, такой особенностью не обладает.

Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться друг от друга своей величиной, числом граней, ребер и формой граней. Это зависит от условий образования кристалла. При неравномерном росте кристаллы получаются сплющенными, вытянутыми и т.д. Неизменными  остаются углы между соответственными гранями растущего кристалла. Эта особенность кристаллов известна как закон постоянства гранных углов. При этом величина и форма граней у различных кристаллов одного и того же вещества, расстояние между ними и даже их число могут меняться, но углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества остаются постоянными при одинаковых условиях давления и температуры.

Рис. 2. Кристалл медного купороса неправильной формы при выращивании в домашних условиях приобретает форму призмы, в основании которой лежит ромб.

Закон постоянства гранных углов было установлен в конце XVII века датским ученым Стено (1699) на кристаллах железного блеска и горного хрусталя, впоследствии этот закон был подтвержден М.В. Ломоносовым (1749) и французским ученым Роме де Лиллем (1783). Закон постоянства гранных углов получил название первого закона кристаллографии.

Закон постоянства гранных углов объясняется тем,  что все кристаллы одного вещества тождественны по внутреннему строению, т.е. имеют одну и ту же структуру.

Согласно этому закону кристаллы определенного вещества характеризуются своими определенными углами. Поэтому измерением углов можно доказать принадлежность исследуемого кристалла к тому или иному веществу. На этом основан один из методов диагностики кристаллов.

Для измерения у кристаллов двугранных углов были изобретены специальные приборы – гониометры.

Постоянная температура плавления

Выражается в том, что при нагревании кристаллического тела температура повышается до определенного предела; при дальнейшем же нагревании вещество начинает плавиться, а температура некоторое время остается постоянной, так как все тепло идет на разрушение кристаллической решетки. Температура, при которой начинается плавление, называется температурой плавления.

Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют четко выраженной температуры плавления. На кривых охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ, можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба, соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.

«Кристаллические решетки. Физические и химические свойства металлов». 9 класс

Урок на тему: «Кристаллические решетки. Физические и химические свойства металлов». 9 класс

Цель: сформировать представление учащихся о зависимости физических свойств металлов от типа кристаллической решетки и особенностей строения атома. Рассмотреть общие химические свойства металлов

Задачи:

Образовательные: сформировать представления учащихся о многообразии металлов, их распространения в природе, о характере физических свойств металлов.

Охарактеризовать важнейшие химические свойства металлов;

На примере реакций, характеризующих химические свойства, повторить типы химических реакций

Продолжить формирование умения работать с лабораторным оборудованием

Развивающие: способность формированию умений, наблюдать, анализировать, делать выводы.

Воспитательные: способствовать развитию интереса к предмету.

Оборудование: модели кристаллических решеток, образцы металлов, изделия из металлов, мультимедийный проектор.

.

Ход урока

I.. Организационный момент

Приветствие учащихся. Проверка готовности к уроку. Сообщение темы и цели урока.

Что же такое металл?

С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

малое число электронов на внешнем уровне;

проявляют сильные восстановительные свойства;

имеют большой атомный радиус;

как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств. Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

 II.Формирование новых знаний.

1.Атомно-кристаллическое строение металлов

В чем же заключается такое строение, чем характеризуется? Само название говорит о том, что все металлы представляют собой кристаллы в твердом состоянии, то есть при обычных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). А что такое кристалл? Это условное графическое изображение, построенное путем пересечения воображаемых линий через атомы, которые выстраивают тело. Другими словами, каждый металл состоит из атомов. Они располагаются в нем не хаотично, а очень правильно и последовательно. Так вот, если мысленно соединить все эти частицы в одну структуру, то получится красивое изображение в виде правильного геометрического тела какой-либо формы. Это и принято называть кристаллической решеткой металла. Она очень сложная и пространственно объемная, поэтому для упрощения показывают не всю ее, а лишь часть, элементарную ячейку. Совокупность таких ячеек, собранная вместе и отраженная в трехмерном пространстве, и образует кристаллические решетки. Химия, физика и металловедение – это науки, которые занимаются изучением особенностей строения таких структур.

Сама элементарная ячейка – это набор атомов, которые располагаются на определенном расстоянии друг от друга и координируют вокруг себя строго фиксированное число других частиц. Она характеризуется плотностью упаковки, расстоянием между составными структурами, координационным числом. В целом все эти параметры являются характеристикой и всего кристалла, а значит, отражают и проявляемые металлом свойства. Существует несколько разновидностей кристаллических решеток. Объединяет их все одна особенность – в узлах находятся атомы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла.

Типы кристаллических решеток.

Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие: Объемно-центрированная кубическая. Гексагональная плотноупакованная. Гранецентрированная кубическая.

Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря электронной микроскопии, когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.

Объемно-центрированная решетка Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру. Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название “объемно-центрированная”. Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом. Такой тип имеют следующие металлы: – молибден; ванадий; хром; марганец; альфа-железо; бетта-железо и другие.

Гранецентрированная решетка

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани. Подобную структуру имеют: алюминий; никель; свинец; гамма-железо; медь. Основные отличительные свойства – блеск разного цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

Гексагональная решетка

Кристаллическое строение металлов, обладающих данным типом решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов. Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как: альфа-титан; магний; альфа-кобальт; цинк. Основные свойства – высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая;

б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

(Демонстрация моделей кристаллических решеток металлов)

Делаем общий вывод: что такое металл как химический элемент? Под химическим элементом- металлом будем понимать вид атомов, способных легко отдавать электроны, а также образовывать простые вещества с характерными физическими свойствами

2.Физические свойстав простых веществ-металлов.

Лабораторная работа «Физические свойства металлов»

Цель: Познакомиться с физическими свойствами металлов.

Оборудование: Лоток с набором образцов металлов, алюминиевая проволока, медная проволока или пластины. цинк, железо.

ПРОЗРАЧ-

НОСТЬ

ПЛАСТИЧ-

НОСТЬ

ЦВЕТ

ЗАПАХ

ЭЛЕКТРО-

ПРОВОД-

НОСТЬ

ТЕПЛОПРО-

ВОДНОСТЬ

алюминий

цинк

медь

железо

Выполнение работы.

1.выполняй работу строго по инструкции.

2.при выполнении работы будь аккуратен.

3.во время эксперимента не разговаривай и не отвлекайся.

4.четко фиксируй результаты.

Инструктивная карта

1.Внимательно рассмотрите образцы и установите: металлы твердые или жидкие. Зафиксируйте результат

2.Рассмотрите образцы металлов и определите есть ли у них блеск. Зафиксируйте результат.

3.Определите являются ли образцы металлов прозрачными. Результат занесите в таблицу.

4.Несколько раз перегните образцы Ме и установите пластичны ли они.

5.Рассмотрите образцы металлов и определите цвет каждого из них. Зафиксируйте результат.

6.Поднесите образцы Ме на расстояние 10см от лица и, вдыхая воздух, определите запах металлов. Зафиксируйте результат

7. Определите из жизненного опыта тепло и электропроводность алюминия и меди Результат занесите в таблицу.

8.Опустите образцы металлов в стакан с теплой водой на 10 сек. Выньте из воды, протрите салфеткой салфеткой, прикоснитесь к тыльной стороне ладони. Что можете сказать о теплопроводности? Зафиксируйте результа

Закрепление: соотнесите цифры с буквами

1.ТВЕРДОСТЬ-

2.ПРОЧНОСТЬ –

3.МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ БЛЕСК-

4.ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ-

5.ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ-

6.ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ-

7.ПЛОТНОСТЬ-

А- это способность тела проводить электрический ток

Б – это способность металла воспринимать нагрузку, не разрушаясь и не меняя своей формы.

В – это перенос тепла от одних частей тела к другим обусловленный разновидностью температур

Г – температура,при которой твердое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот.

Д – количество массы в единице объема.

Е – свойство сопротивляться изменению формы.

Ж – результат отражения световых лучей от электронов, находящихся в межатомном пространстве.

Ответ: 1 – Е; 2 – Б; 3 – Ж; 4 – В; 5 – А; 6 – Г; 7 – Д.

Выводы – учитель.

Великий русский ученый М. В.Ломоносов так говорил о металлах: «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно». О каких физических свойствах металлов здесь идет речь?

Ковкость (пластическая деформация) Под пластической деформацией металла следует понимать изменение внешней формы под воздействием механических факторов, не приводящих к разрушению его на части. Для того чтобы понять это явление, учащиеся проводят эксперимент. Две стеклянные пластинки накладываю друг на друга. Их легко разъединить. Затем на поверхность пластин наносят несколько капель воды. Пластины легко скользят одна относительно другой, но с трудом отрываются друг от друга.

В качестве подтверждения пластичности металлов приводим интересные сведения о золоте.

Следующее свойство – твердость. Металлы бывают мягкие и твердые. Калий, натрий (демонстрация) можно резать ножом. Из вольфрама и хрома изготавливают режущие, бурильные инструменты. По внешним признакам определяем твердость пластин. Данные в таблицу.

Обратите внимание на внешний вид пластин, посмотрите в зеркало. Какое свойство металлов используют при изготовлении зеркал, елочных игрушек? Металлический блеск, непрозрачность. Следующее свойство металлов – электропроводность и теплопроводность. Наиболее электропроводные металлы: серебро, медь, золото. Наиболее теплопроводные – серебро, медь, алюминий, железо.

Важное свойство металлов – их температура плавления. Учащиеся проводят эксперимент: нагревают железный гвоздь и алюминиевую фольгу. Почему фольга изменяет форму, а гвоздь нет? ( Температура пламени спиртовки не позволяет расплавить железо). Итак, металлы бывают легкоплавкие и тугоплавкие,

Плотность металлов различна. Самым легким является литий, его плотность 0,54г/см³, а самым тяжелым – осмий, плотность которого 22,6г/см³

Учитель: Чем обусловлены общие свойства металлов? (Особенностью строения кристаллической решетки) Например, пластичность определяется способностью слоев кристаллической решетки смещаться друг относительно друга без разрыва связи. (Скольжение) Металлический блеск объясняется способностью электронов кристаллической решетки отражать световые лучи, а не пропускать их, как стекло. Электро-и теплопроводность металлов объясняется присутствием свободных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического тока. Большие различия в твердости, температурах плавления и кипения отдельных металлов свидетельствуют о значительной разнице в энергии металлической связи. В чем причина общих физических свойств металлов? Выслушиваем ответы учащихся. Используя полученные знания, школьники, называют металлы, которые они исследовали в ходе лабораторного опыта (железо, цинк, медь, алюминий).

III..Химические свойства,

1.Вводное слово учителя

Учитель: «Однажды Роберт Вуд возвращался домой из лаборатории. Дорога шла через негритянский квартал. Посреди дороги стояла большая лужа, а неподалеку стояли негры. Проходя мимо них, Вуд кинул в лужу кусочек натрия. Произошел большой взрыв, большое пламя поднялось над водой. Люди испугались, стали кричать».

Вопросы:

1.О каких свойствах натрия идет речь в этом отрывке?

2. Что мы сегодня будем изучать на уроке?

3.Какие вопросы мы должны будем рассмотреть?

2.Ряд активности Ме

3.Общая схема химических свойств Ме

4.Лабораторная работа по изучению химических свойсв Ме.

Инструкция

Взаимодействие натрия с водой.

1. Наливаю в чашку воду.

2. Добавляю 2 – 3 капли фенолфталеина.

3. Тигельными щипцами помещаю в воду небольшое количество натрия.

4. Наблюдаю выделение газообразного вещества и окрашивание фенолфталеина в малиновый цвет.

Горение магния.

1. В тигель помещаю небольшое количество магния.

2. Магний поджигаю.

3. Наблюдаю яркое свечение, что является признаком химической реакции и образование вещества белого цвета.

Взаимодействие алюминия с серной кислотой.

1. В пробирку наливаем 2 мл серной кислоты.

2. Добавляем 2 – 3 гранулы алюминия.

3. Наблюдаем выделение газообразного вещества.

Взаимодействие железа с сульфатом меди (II).

1. В пробирку наливаем 4 мл сульфата меди (II).

2.В раствор помещаем железный гвоздь.

3. Через некоторое время на гвозде образуется налет красного цвета.

5.закрепление по химическим свойствам Ме

Реагирующие вещества

K

Ca

Fe

Cu

Au

O2

h3O

HCl(раствор)

Pd(NO3)2(раствор)

Ответ:

Реагирующие вещества

K

Ca

Fe

Cu

Au

O2

+

+

+

+

–

h3O

+

+

+

–

–

HCl(раствор)

+

+

+

–

–

Pd(NO3)2(раствор)

+

+

+

–

–

РЕФЛЕКСИЯ

«А у нас во дворе».

Ртуть на лавочке сидела, рядом Медь дремала.

Цинк взобрался на забор, очень рад- все видит он!

Ну а Натрий непоседа, всем спортсмен известный,

Лихо на одной руке крутит «солнце» на турнике.

Дело было вечером, делать было нечего.

Вдруг, откуда ни возьмись, тучка прибежала.

Озорница все металлы с лейки обливала.

Через несколько секунд вдруг один металл исчез.

Через некоторое время второй металл прибавил вес.

Долго, долго обливала тучка двух лентяев.

А они не шелохнулись, так и сидят до сих пор.

Почему? Кто мне ответит? Что случилось с остальными?

(идет обсуждение с учащимися).

«На дискотеке».

Сегодня праздник у ребят- у Серебра с Железом.

И щеки их с утра горят, сверкая металлическим блеском.

Принарядившись вечерком и захватив с собою электроны,

Отправились друзья все в «Бриз», который в парке рядом с морем.

А в «Бризе» музыка гремит, и под нее кружатся пары.

Бейк-данс танцует лихо Медь на пару здесь с сульфат- ионом.

А рядом с ними в ритме танго проплыл, качаясь, Алюминий

В обнимочку с нитратом. Нитрат- ион понравился друзьям.

«Я первое танцую с ним!»- Железо вслух сказало.

И в «па», и в «де», и в «па-де-де» Железо так крутилось!

Но не смогло с Нитратом быть, никак не получилось!

Вперед выходит Серебро, сверкая в лунном свете.

Но Алюминий , ну никак не видит гневный блеск тот!

Тогда сердитое Железо подходит быстро к Меди.

И Медь безропотно садится отдыхать.

Сульфат танцует брейк с Железом!

Не суждено в тот вечер было размяться в танце Серебру.

Но почему? Кто может дать ответ?

(идет обсуждение с учащимися).

Физические свойства алюминия | Всё о красках

Алюминий принадлежит основной группе III периодической системы, его атомное число 13, а атомный вес 26.9815. Алюминий характеризуется гранецентрированной кубической структурой кристалла. Основные физические свойства очищенного алюминия показаны в таблице.

Физические свойства алюминия

(Если иное не указано отдельно, все данные приведены для очищенного алюминия (чистота 99.99%) при температуре 20°C)

Химический символ	Al
Атомное число	13
Относительная атомная масса (атомный вес)	26.98154
Атомный объем	9.996 106	м3/моль
Конфигурация электрона (квантовое состояние)	Модель БораK shell 2eL shell 8eM shell 3e	Основная модель1s22s22p63s23p1
Кристаллическая решетка	fсс	Структура типа A1
Плотность упаковки	74%
Координационное число	12
Постоянная кристаллической решетки	0.40496	нм
Энергия дефекта упаковки	200 107	Дж/см2
Минимальное межатомное расстояние	0.28635	нм
Плотность	2.6989	г/cm3 или кг/дм3
Изменение объема при переходе из жидкого состояния в твердое (усадка)	6.5	%
Линейная усадка при литье при температуре от 660°C (933 K) до 20°C (293 K)	1.85	%
Средний линейный коэффициент расширения при температуре от 20°C (293K) до 100°C (373K)	236 106	1/K
модуль Юнга	66.6	ГПа или кН/мм2
модуль сдвига	25.0	ГПа или кН/мм2
коэффициент Пуассона	0.35
Сжимаемость	13.3	мм2/MN
Точка плавления	660.2	°C
Латентная теплота плавления	390	кДж/кг
Точка кипения	-2500	°C
Латентная теплота испарения	11 4	МДж/кг
Давление пара при 660°C (933 K) при 1200°C (1473 K)	– 108-109~102	мБармБар
Удельная теплота при постоянном давлении	0.89	кДж/кг K
Постоянная температуры (дебаевская температура)	440	K
Энергия активации самодиффузии	120	кДж/моль
Электропроводность	37.67= 64.95%	м/W мм2% IACS
Электрическое удельное сопротивление	26.55	нW м
Температурный коэффициент электрического удельного сопротивления	+ 0.115	нW м/K
температура (фазового) перехода суперпроводимости	1.2	K
теплопроводность	235	Ватт/м K
Число Лоренца	2.1 108	(Ватт W)/K2
Удельная магнитная восприимчивость (определенная рационально)	7.7 109	м3/кг
Термоэлектрическая сила по отношению к платине	4	Дж В/K
Постоянная Холла	-35   1012	м3/C
Поверхностное натяжение при температуре 660°C (933K)	0.86	Н/м
Динамическая вязкость при температуре 700°C (973K)	1.1	мН с/м2
Теплота сгорания	31	МДж/кг
Стандартный потенциал электрода	-1.67	В
Стандартный потенциал электрода в NaCI-H202 по отношению к электроду из каломели 0,1N	0.87	В
Электрохимический эквивалент AI3+	9.32 105	г/С
Сечение захвата медленных нейтронов (2200м/сек)	0.20 1024	см2/атом

Большинство данных свойств являются постоянными (например, атомный вес). Некоторые свойства зависят от внешних условий, например температуры (плотность и удельная теплота), многие свойства зависят от легирующих добавок и структурных изменений (например, теплопроводность). Рассмотрим более подробно те свойства, для которых такая зависимость имеет решающее значение.

Алюминий играет важную роль во многих отраслях промышленности именно благодаря его физическим свойствам. Одним из важнейших свойств является низкий уровень плотности, который делает алюминий наиболее подходящим материалом, который является экономичным и экологически чистым. Плотность серийно выпускаемых материалов на базе алюминия составляет от 2.6 до 2.8г/см3 (2.7г/см3 – беспримесный алюминий), это всего лишь третья часть плотности стали. Алюминий при этом еще более выигрывает по сравнению с тяжелыми металлами. Алюминий принадлежит к так называемым легким металлам, максимальная плотность которых составляет 4.5г/см3. К легким металлам относятся также магний (1,7г/см3), бериллий (1.85г/см3) и титан (4.5г/см3).

Низкая плотность позволяет значительно сократить вес оборудования для грузоперевозок, например, транспортных средств для наземных, морских и воздушных перевозок, контейнеров, которые постоянно используются для организации перевозок. В механическом машиностроении уменьшение веса приводит к значительному сокращению потребления энергии, а также затрат на организацию производства и технического обслуживания. Даже в стационарном оборудовании сокращение веса позволяет уменьшить требования к фундаменту и несущим структурам.

Плотность зависит от температуры, уменьшаясь при повышении температуры благодаря термическом расширению. При затвердении имеет место явление усадки в размере 6.5%, которое также вызывает повышение плотности от 2.37г/см³ в жидком состоянии при температуре 660°C до 2.55г/см³ в твердом состоянии при той же температуре. Усадка приводит к образованию пустот при затвердении алюминиевых литейных форм.

 Коэффициент термического расширения очищенного алюминия (AI99.99) для различных диапазонов температур

Температурный диапазон, °C	Средний линейный коэффициент термического расширения 106 1/K
200- 20	180
150-20	199
100-20	210
50-20	218
20-100	236
20-200	245
20-300	255
20-400	264
20-500	274
20   – 600	285

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (T_кип > 1000С) и легкоплавкие (T_кип < 1000С). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Физические свойства металлов IА группы

Металлы, расположенные в IA группе, называют щелочными. Все щелочные металлы легкие (обладают небольшой плотностью), очень мягкие (за исключением Li легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу), имеют низкие температуры кипения и плавления (с ростом заряда ядра атома щелочного металла происходит понижение температуры плавления).

В свободном состоянии Li, Na, K и Rb – серебристо-белые металлы, Cs – металл золотисто-желтого цвета.

Щелочные металлы хранят в запаянных ампулах под слоем керосина или вазелинового масла, поскольку они обладают высокой химической активностью.

Щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, что обусловлено наличием металлической связи и объемоцентрированной кристаллической решетки

Физические свойства металлов IIА группы

Металлы, расположенные в IIA группе, называют щелочноземельными. В свободном состоянии Be – металл серо-стального цвета, обладающий плотной гексагональной кристаллической решеткой, достаточно твердый и хрупкий. На воздухе Be покрывается оксидной пленкой, что придает ему матовый оттенок и снижает его химическую активность.

Магний в виде простого вещества представляет собой белый металл, который, также, как и Be, при нахождении на воздухе приобретает матовый оттенок за счет образующейся оксидной пленки. Mg мягче и пластичнее бериллия. Кристаллическая решетка Mg – гексагональная.

Ca, Ba и Sr в свободном виде – серебристо-белые металлы. При нахождении на воздухе мгновенно покрываются желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты их взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, Ba и Sr – мягче.

Ca и Sr имею кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку, барий – кубическую объемоцентрированную кристаллическую решетку.

Все щелочноземельные металлы характеризуются наличием металлического типа химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность. Температуры кипения и плавления щелочноземельных металлов выше, чем щелочных металлов.

Физические свойства металлов IIIА группы

Металлы, находящиеся в IIIA группе – Al, Ga, In, Tl – в свободном виде представляют собой металлы серебристого цвета с характерным металлическим блеском, обладающие высокими значениями тепло- и электропроводности. За счет образования оксидной пленки при пребывании на воздухе Tl темнеет.

При переходе от Al к Tl, т.е. с ростом заряда ядра атома химического элемента, происходит уменьшение температур кипения и плавления простых веществ.

Физические свойства металлов IVА группы

Металлы, находящиеся в IVA группе – Ge, Sn, Pb. В свободном виде Ge представляет собой металл серебристо-белого цвета, Pb – металл сине-серого цвета. Для олова характерно явление аллотропии, так, различают белое и серое олово, различающиеся строением кристаллической решетки (тетрагональная у белого олова и кубическая у серого).

Физические свойства металлов IVВ группы

В эту группу входят Ti, Zr и Hf, которые в свободном состоянии и в виде слитков представляют собой металлы серебристо-белого цвета, характеризующиеся ковкостью и пластичностью, хотя присутствие примесей, даже незначительное резко изменяет их характеристики – твердые и хрупкие. Для этих металлов характерна гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка, низкие температуры плавления (тугоплавкие металлы) и кипения, а также невысокая электропроводность.

Физические свойства металлов VВ группы

Ванадий, ниобий и тантал – представители металлов VВ группы. В свободном виде V, Nb, Ta – металлs бледно-серого («стального») цвета. Для ванадия характерны: твердость, пластичность, высокая плотность, легкость, высокая температура плавления. Твердость, ковкость и тугоплавкость – основные характеристики Nb и Ta.

Физические свойства металлов VIВ группы

Для металлов VIB группы характерны высокая электропроводность и твердость, они являются парамагнетиками и в свободном виде представляют собой светло-серые металлы. При переходе от Cr к W, т.е. с увеличением заряда ядра атома химического элемента, значения температур плавления и кипения, а также плотности увеличиваются. Cr, Mо и W обладают объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой.

Физические свойства металлов VIIВ группы

Металлы, входящие в VIIВ группу – Mn, Tc и Re – в свободном виде – серебристо-белые металлы, для них, как и для металлов VIВ группы с увеличением заряда ядра атома химического элемента характерно увеличение значений температур плавления и кипения, а также плотности. Для технеция и рения характерна плотная гексагональная кристаллическая решетка. Tc – хрупкий металл, Re – более пластичен.

Для марганца характерно несколько модификаций, в зависимости от структуры кристаллической решетки: сложная кубическая – α-марганец, примитивная кубическая – β- марганец, гранецетрированная кубическая – γ- марганец, объемно-центрированная кубическая – δ- марганец.

Физические свойства металлов VIIIВ группы

Металлы, входящие в состав VIII группы – Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt – условно разделяют на 2 подгруппы: элементы подгруппы железа (Fe, Co, Ni) и элементы подгруппы платины (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Железо – металл серебристо-белого цвета, кобальт и никель – металлы серовато-белого цвета. Для железа характерны 4 модификации, для кобальта – две, для никеля – одна, в зависимости от структуры кристаллической решетки и температуры, до которой нагревают эти металлы.

Выделяют α- (объемно-центрированная кристаллическая решетка, характерны ферромагнитные свойства, T<910C), β- (объемно-центрированная кристаллическая решетка, характерны парамагнитные свойства, T=769C), γ- (кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка, T=769-910 C), и δ- железо (кубическая объемно-центрированная кристаллическая решетка, T=1400C). Для железа характерны, ковкость, пластичность и тугоплавкость.

Различают α- (гексагональная кристаллическая решетка, T<427C) и β-модификации кобальта (кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка T>427C). Для кобальта характерны, ковкость и тягучесть.

Для никеля характерна кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка. В отличие от железа и кобальта, магнитные свойства никеля значительно ниже.

Элементы подгруппы платины, в зависимости от значений их плотности, разделяют на легкие (Ru, Rh, Pd) и тяжелые (Os, Ir, Pt), для них характерны серовато-белый цвет, тугоплавкость, твердость, хрупкость и высокая плотность.

Примеры решения задач

Физические свойства кристаллических тел. Твердые тела

Твердые тела.

В отличие от жидкостей твердые тела обладают упругостью формы .При всяких попытках изменить геометрию твердого тела в нем возникают упругие силы, препятствующие этому воздействию. Исходя из особенностей внутренней структуры твердых тел, различают кристаллические и аморфные твердые тела. Кристаллы и аморфные тела существенно различаются между собой по многим физическим свойствам.

Аморфные тела по своей внутренней структуре очень напоминают жидкости, поэтому их часто называют переохлаждёнными жидкостям . Как и жидкости, аморфные тела структурно изотропны. Их свойства не зависят от рассматриваемого направления. Объясняется это тем, что в аморфных телах, так же, как и в жидкостях сохраняется ближний порядок (координационное число), а дальний (длины и углы связей) отсутствует.Этими обеспечивается полная однородность всех макрофизических свойств аморфного тела. Типичными примерами аморфных тел являются стекла, смолы, битумы, янтарь.

Кристаллические тела, в отличие от аморфных, имеют четкую упорядоченную микроструктуру, которая сохраняется на макроуровне и проявляется внешне в виде мелких зерен с плоскими гранями и острыми ребрами, называемых кристаллами.

Распространенные в природе кристаллические тела (металлы и сплавы, сахар и поваренная соль, лед и песок, камень и глина, цемент и керамика, полупроводники и т д) обычно являются поликристаллами , состоящими из хаотично ориентированных, сросшихся между собой монокристалликов (кристаллитов ), размеры которых составляют около 1 мкм (10 -6 м) Однако иногда встречаются монокристаллы достаточно больших размеров. Например, монокристаллы горного хрусталя достигают человеческого роста В современной технике монокристаллы играют важную роль, поэтому разработана технология их искусственного выращивания.

Внутри монокристалла атомы (ионы) вещества размещаются с соблюдением дальнего порядка, в узлах четко ориентированной в пространстве геометрической структуры, получившей название кристаллической решётки Каждое вещество образует в твердом состоянии свою, индивидуальную по геометрии кристаллическую решётку. Ее форма определяется структурой молекул вещества. В решетке всегда может быть выделена элементарная ячейка , сохраняющая все её геометрические особенности, но включающая в себя минимально возможное число узлов.

Монокристаллы каждого конкретного вещества могут иметь разные размеры. Однако все они сохраняют одинаковую геометрию, которая проявляется в сохранении постоянных углов между соответствующими гранями кристалла. Если форма монокристалла будет принудительно нарушена, то он при последующем выращивании из расплава или просто при нагревании обязательно восстанавливает свою прежнюю форму. Причиной такого восстановления формы кристалла является известное условие термодинамической устойчивости – стремление к минимуму потенциальной энергии. Для кристаллов это условие сформулировано независимо друг от друга Дж У. Гиббсом, П Кюри и Г. В. Вульфом в виде принципа: поверхностная энергия кристалла должна быть минимальной .

Одной из наиболее характерных особенностей монокристаллов является анизотропия их многих физико-механических свойств. Например, твердость, прочность, хрупкость, тепловое расширение, скорость распространения упругих волн, электропроводность и теплопроводность многих кристаллов могут зависеть от направлений в кристалле. В поликристаллах анизотропия практически не проявляется только из-за хаотичной взаимной ориентации образующих их мелких монокристалликов. Она связана с тем, что в кристаллической решетке расстояния между узлами в различных направлениях в общем случае оказываются существенно разными.

Другой важной особенностью кристаллов можно считать то, что они плавятся и кристаллизуются при постоянной температуре, в полном соответствии с термодинамической теорией фазовых переходов первого рода. У аморфных твердых тел четко выраженный фазовый переход отсутствует. При нагревании они размягчаются плавно, в широком интервале изменения температуры Это означает, что у аморфных тел нет определённой регулярной структуры и при нагревании она разрушается поэтапно, тогда как кристаллы при нагревании разрушают однородную кристаллическую решетку (с её дальним порядком) строго при фиксированных энергетических условиях, а следовательно, и при фиксированной температуре.

Некоторые твёрдые вещества способны существовать устойчиво как в кристаллическом, так и в аморфном состояниях. Характерным примером может служить стекло. При достаточно быстром охлаждении расплава стекло становится очень вязким и затвердевает, не успевая приобрести кристаллическую структуру. Однако при очень медленном охлаждении, с выдержкой на определённом температурном уровне то же самое стекло кристаллизуется и приобретает специфические свойства (такие стёкла называют ситаллами ). Другим типичным примером является кварц. В природе он обычно существует в виде кристалла, а из расплава всегда образуется аморфный кварц (его так и называют плавленым кварцем ). Опыт показывает, что чем сложнее молекулы вещества и чем сильнее их межмолекулярные связи, тем легче при остывании получить твердую аморфную модификацию.

Твердым телом называется агрегатное состояние вещества, характеризующееся постоянством формы и объема, причем тепловые движения частиц в них представляют собой хаотические колебания частиц относительно положений равновесия.

Твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.

Кристаллические тела – это твердые тела, имеющие упорядоченное периодически повторяющееся расположение частиц.

Структура, для которой характерно регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью в тех измерениях, называется кристаллической решеткой.

Рисунок 53.1

Характерной особенностью кристаллов является их анизотропность – зависимость физических свойств (упругих, механических, тепловых, электрических, магнитных) от направления. Анизотропия кристаллов объясняется тем, что плотность расположения частиц по разным направлениям не одинакова.

Если кристаллическое тело состоит из единственного кристалла, оно называется монокристаллом. Если твердое тело состоит из множества беспорядочно ориентированных кристаллических зерен, оно называется поликристаллом. В поликристаллах анизотропия наблюдается только для отдельных мелких кристалликов.

Твердые тела, физические свойства которых одинаковы по всем направлениям (изотропны), называются аморфными. Для аморфных тел, как и для жидкостей, характерен ближний порядок в расположении частиц, но, в отличие от жидкостей, подвижность частиц в них довольномала.

Органические аморфные тела, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых длинных молекулярных цепочек, соединенных химическими связями, называются полимерами (например, каучук, полиэтилен, резина).

В зависимости от рода частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки и от характера сил взаимодействия между частицами, различают 4 физических типа кристалла:

Ионные кристаллы , например, NaCl . В узлах кристаллической решетки находятся ионы разных знаков. Связь между ионами обусловлена силами кулоновского притяжения и называется такая связь гетерополярной.

Атомные кристаллы , например, С (алмаз), Ge, Si . В узлах решетки находятся нейтральные атомы, удерживающиеся там благодаря ковалентным связям, возникающим за счет обменных сил, имеющих чисто квантовый характер.

Металлические кристаллы . В узлах кристаллической решётки располагаются положительные ионы металла. Валентные электроны в металлах слабо связаны со своими атомами, они свободно перемещаются по всему объёму кристалла, образуя так называемый «электронный газ». Он связывает между собой положительно заряженные ионы.

Молекулярные кристаллы , например, нафталин,- в твёрдом состоянии (сухой лёд). Они состоят из молекул, связанных между собой силами Ван-дер-Ваальса, т.е. силы взаимодействия индуцированных молекулярных электрических диполей.

§ 54. Изменение агрегатного состояния

И в жидкостях и в твердых телах всегда есть некоторое число молекул, энергия которых достаточна для преодоления притяжения к другим молекулам, и которые способны покинуть поверхность жидкости или твердого тела. Такой процесс для жидкости называется испарением (или парообразованием), для твердых тел – сублимацией (или возгонкой).

Конденсацией называется переход вещества вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в жидкое.

Рисунок 54.1

Если число молекул, покидающих жидкость за единицу времени через единичную поверхность, равно числу молекул, переходящих из пара в жидкость, то наступает динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Плавлением называется переход вещества из кристаллического 9твердого) состояния в жидкое. Плавление происходит при определенной, возрастающей с увеличением внешнего давления, температуре плавления Т пл.

Рисунок 54.2

В процессе плавления теплота Q, сообщаемая веществу, идет на совершение работы по разрушению кристаллической решетки, и поэтому (рис. 54.2, а) до расплавления всего кристалла.

Количество теплоты L, необходимое для расплавления 1 кг вещества, называется удельной теплотой плавления .

Если жидкость охлаждать, то процесс пойдет в обратном направлении (рис. 54.2, б), – количество теплоты, отдаваемое телом при кристаллизации): сначала температура жидкости понижается, затем при постоянной температуре, равнойТ пл , начинается кристаллизация.

Для кристаллизации вещества необходимо наличие центров кристаллизации – кристаллических зародышей, которыми могут быть как кристаллики образующегося вещества, так и любые инородные включения. Если в чистой жидкости нет центров кристаллизации, то она может быть охлаждена до температуры, меньшей температуры кристаллизации, образуя, при этом переохлажденную жидкость (рис.б, – пунктир).

Аморфные тела являются переохлажденными жидкостями.

Подробности Категория: Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 14.11.2014 17:19 Просмотров: 15569

В твёрдых телах частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены настолько близко друг к другу, что силы взаимодействия между ними не позволяют им разлетаться. Эти частицы могут лишь совершать колебательные движения вокруг положения равновесия. Поэтому твёрдые тела сохраняют форму и объём.

По своей молекулярной структуре твёрдые тела разделяются на кристаллические и аморфные .

Строение кристаллических тел

Кристаллическая решётка

Кристаллическими называют такие твёрдые тела, молекулы, атомы или ионы в которых располагаются в строго определённом геометрическом порядке, образуя в пространстве структуру, которая называется кристаллической решёткой . Этот порядок периодически повторяется по всем направлениям в трёхмерном пространстве. Он сохраняется на больших расстояниях и не ограничен в пространстве. Его называют дальним порядком .

Типы кристаллических решёток

Кристаллическая решётка – это математическая модель, с помощью которой можно представить, как расположены частицы в кристалле. Мысленно соединив в пространстве прямыми линиями точки, в которых расположены эти частицы, мы получим кристаллическую решётку.

Расстояние между атомами, расположенными в узлах этой решётки, называется параметром решётки .

В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах, кристаллические решётки бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические .

От типа кристаллической решётки зависят такие свойства кристаллических тел, как температура плавления, упругость, прочность.

При повышении температуры до значения, при котором начинается плавление твёрдого вещества, происходит разрушение кристаллической решётки. Молекулы получают больше свободы, и твёрдое кристаллическое вещество переходит в жидкую стадию. Чем прочнее связи между молекулами, тем выше температура плавления.

Молекулярная решётка

В молекулярных решётках связи между молекулами не прочные. Поэтому при обычных условиях такие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии. Твёрдое состояние для них возможно только при низких температурах. Температура их плавления (перехода из твёрдого состояния в жидкое) также низкая. А при обычных условиях они находится в газообразном состоянии. Примеры – иод (I 2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО 2).

Атомная решётка

В веществах, имеющих атомную кристаллическую решётку, связи между атомами прочные. Поэтому сами вещества очень твёрдые. Плавятся они при высокой температуре. Кристаллическую атомную решётку имеют кремний, германий, бор, кварц, оксиды некоторых металлов и самое твёрдое в природе вещество – алмаз.

Ионная решётка

К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся щёлочи, большинство солей, оксиды типичных металлов. Так как сила притяжения ионов очень велика, то эти вещества способны плавиться только при очень высокой температуре. Их называют тугоплавкими. Они обладают высокой прочностью и твёрдостью.

Металлическая решётка

В узлах металлической решётки, которую имеют все металлы и их сплавы, расположены и атомы, и ионы. Благодаря такому строению металлы обладают хорошей ковкостью и пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.

Чаще всего форма кристалла – правильный многогранник. Грани и рёбра таких многогранников всегда остаются постоянными для конкретного вещества.

Одиночный кристалл называют монокристаллом . Он имеет правильную геометрическую форму, непрерывную кристаллическую решётку.

Примеры природных монокристаллов – алмаз, рубин, горный хрусталь, каменная соль, исландский шпат, кварц. В искусственных условиях монокристаллы получают в процессе кристаллизации, когда охлаждая до определённой температуры растворы или расплавы, выделяют из них твёрдое вещество в форме кристаллов. При медленной скорости кристаллизации огранка таких кристаллов имеет естественную форму. Таким способом в специальных промышленных условиях получают, например, монокристаллы полупроводников или диэлектриков.

Мелкие кристаллики, беспорядочно сросшиеся друг с другом, называются поликристаллами . Ярчайший пример поликристалла – камень гранит. Все металлы также являются поликристаллами.

Анизотропия кристаллических тел

В кристаллах частицы расположены с различной плотностью по разным направлениям. Если мы соединим прямой линией атомы в одном из направлений кристаллической решётки, то расстояние между ними будет одинаковым на всём этом направлении. В любом другом направлении расстояние между атомами тоже постоянно, но его величина уже может отличаться от расстояния в предыдущем случае. Это означает, что на разных направлениях между атомами действуют разные по величине силы взаимодействия. Поэтому и физические свойства вещества по этим направлениям также будут отличаться. Это явление называется анизотропией – зависимостью свойств вещества от направления.

Электропроводность, теплопроводность, упругость, показатель преломления и другие свойства кристаллического вещества различаются в зависимости от направления в кристалле. По-разному в разных направлениях проводится электрический ток, по-разному нагревается вещество, по-разному преломляются световые лучи.

В поликристаллах явление анизотропии не наблюдается. Свойства вещества остаются одинаковыми по всем направлениям.

Свойства жидкостей

1. Характеристика жидкого состояния. Ближний порядок.

2. Поверхностное натяжение. Силы, возникающие на кривой поверхности. Формула Лапласа. Смачивание и капиллярные явления.

1. Характеристика жидкого состояния. Жидкое состояние, занимает промежуточное положение между газами и кристаллами , сочетает в себе некоторые черты обоих этих состояний. Для кристаллического состояния характерно упорядоченное расположение частиц (атомов или молекул), в газах в этом смысле полный хаос. Согласно рентгенографическим исследованиям, в отношении характера расположения частиц жидкости занимают промежуточное положение.

В расположении частиц жидкости наблюдается так называемый ближний порядок . Это означает, что по отношению к любой частице расположение ближайших к ней соседей является упорядоченным . Однако по мере удаления от данной частицы расположение по отношению к ней других частиц становится всё менее упорядоченным и довольно быстро порядок в расположении частиц полностью исчезает.

В кристаллах имеет место дальний порядок – упорядоченное расположения частиц по отношению к любой частице наблюдается в пределах значительного объёма .

Оценить структуру вещества позволяет радиальная функция распределения (в некоторых учебниках она называется парной функцией распределения). Выберем некоторую молекулу в качестве тела отсчёта. Среднее число молекул в сферическом слое объёмом , находящихся на расстоянии r от выбранной молекулы (Рис. 10.1) обозначим dN(r) . Вероятность обнаружить молекулы в этом сферическом слое

случае идеального газа никакие элементы объёма не имеют преимущества и вероятность нахождения частицы в данном объёме пропорционально объёму и g(r)= 1.

В идеальном кристалле структура жёсткая и все взаимные расстояния являются фиксированными (Рис. 10.2).

Пики соответствует узлам решётки, а конечная ширина линии g(r) является следствием колебаний атомов относительно узла в реальном кристалле.

более сглажены, чем у кристалла). На дальних расстояниях кривая стремится к 1 как для идеального газа.

упорядочена только ориентация , взаимное же расположение, как и в обычных жидкостях, дальнего порядка не обнаруживает .

2. Поверхностное натяжение .

Молекулы жидкости располагаются настолько близко друг к другу, что силы притяжения между ними имеют значительную величину. Взаимодействие быстро убывает с расстоянием, начиная с некоторого расстояния r (радиус молекулярного действия). На каждую молекулу, находящуюся в поверхностном слое толщиной r , будет действовать сила, направленная внутрь жидкости (Рис. 10.5).

на увеличение потенциальной энергии молекулы . То есть в поверхностном слое молекулы обладают дополнительной потенциальной энергией – поверхностной .

Из-за наличия действующих на молекулы в поверхностном слое сил, направленных внутрь жидкости, жидкость стремится к сокращению своей поверхности , как если бы она была заключена в упруго растянутую плёнку, стремящуюся сжаться (никакой плёнки на самом деле нет).

Представим плёнку жидкости (например, мыльную плёнку), натянутую на проволочную рамку, одна из сторон которой (перемычка) может перемещаться (Рис. 10.6). Благодаря стремлению поверхности уменьшиться, на проволочку будет действовать сила. Она направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура (длина перемычки), на который она действует ().

равную силе натяжения плёнки, т.е. . Коэффициент 2 появляется из-за того, что плёнка имеет два поверхностных слоя.

Жидкость вне поля внешних сил будет принимать форму с минимальной поверхностью, т.е. форму шара .

Давление под искривлённой поверхностью .

В случае искривлённой поверхности силы поверхностного натяжения стремятся сократить эту поверхность. (Рис. 10.7).

давление в случае неискривлённой поверхности, причём >0 в случае выпуклой поверхности, и

Вычислим дополнительное давление для сферической поверхности жидкости. Рассечём мысленно сферическую каплю жидкости диаметральной плоскостью на два полушария. Из-за поверхностного натяжения

Лаплас обобщил эту формулу на поверхность любой формы.

Формула Лапласа выглядит так:

Смачивание и капиллярные явления .

Смачивание – явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости . Выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности . Смачивание вызывает образование мениска в капиллярной трубке, определяет форму капли на твёрдой поверхности и др. (Заметим, что обычно смачивание рассматривают как результат межмолекурного взаимодействия, однако смачивание может быть результатом химической реакции, диффузионных процессов).

Мерой смачивания обычно служит краевой угол между касательными к поверхности жидкости . (Рис. 10.10). Если , то говорят, что

где коэффициенты поверхностного натяжения жидкости на границах: твёрдое тело – газ, твёрдое тело – жидкость, жидкость – газ. Сокращая на , получим для краевого угла соотношение :

(Например, полное смачивание будет при ).

Смачивание имеет важное значение в промышленности . Хорошее смачивание необходимо при крашении, стирке, обработке фотоматериалов, пайке. Примеси сильно сказываются на величине поверхностного натяжения. Например, растворение в воде мыла уменьшает её коэффициент поверхностного натяжения почти в 1,5 раза (что, в частности и обуславливает использование мыла в качестве моющего средства). Несмачивание может приводить к тому, что из решета, нити которого покрыты парафином (при небольшом уровне воды), вода не выливается, опровергая известную поговорку.

Капиллярные явления.

Существование смачивания и краевого угла приводит к тому, что вблизи стенок сосуда наблюдается искривление поверхности жидкости. Если жидкость смачивает стенки, поверхность имеет вогнутую форму, если не смачивает – выпуклую. Такого рода изогнутые поверхности жидкости называются мениском. (рис. 10.11)

Рис. 10.8

Смачивание	Несмачивание
Рис. 10.11

Под искривлённой поверхностью в капилляре давление будет отличаться от давления под плоской поверхностью на величину . Между жидкостью в капилляре и в широком сосуде устанавливается такая разность уровней , чтобы гидростатическое давление уравновешивало капиллярное давление . В случае сферической формы мениска

Радиус кривизны мениска выразим через краевой угол и радиус капилляра r , тогда ,

В случае смачивания и высота поднятия жидкости в капилляре тем больше, чем меньше радиус капилляра r .

Капиллярное явление занимает в жизни человека исключительную роль . Снабжение влагой растений, деревьев происходит именно с помощью капилляров, которые есть в каждом растении. Капиллярные явления могут играть и отрицательную роль. Например, в строительстве. Необходимость гидроизоляции фундаментов зданий вызвана капиллярными явлениями.

Вопросы для самоконтроля

1.Охарактеризуйте жидкое состояние в сравнении с кристаллами и газами.

2.Что такое дальний и ближний порядок?

3.Что позволяет сделать радиальная функция распределения? Нарисуйте ее для кристаллов, жидкостей и газов.

4.Что такое коэффициент поверхностного натяжения?

6.Что такое смачивание? Что является мерой смачивания? Приведите примеры процессов, для которых необходимо хорошее смачивание.

7.От чего зависит высота поднятия жидкости в капилляре?

Лекция №5 (11)

Свойства твёрдых тел

1. Аморфные и кристаллические тела. Строение и типы кристаллов. Де

фекты в кристаллах.

2. Механические свойства кристаллов. Механизм пластической деформа-

ции. Деформация упругого растяжения. Закон Гука.

Аморфные и кристаллические тела.

В аморфных телах существует ближний порядок расположения атомов. Кристаллы обладают дальним порядком расположения атомов. Аморфные тела изотропны, кристаллические – анизотропны .

При охлаждении и нагревании кривые зависимости температуры от времени различны для аморфных и кристаллических тел. Для аморфных тел переход из жидкого в твёрдое состояние может быть десятки градусов. Для кристаллов температура плавления постоянна. Возможны случаи, когда одно и тоже вещество, в зависимости от условий охлаждения, может быть получено как в кристаллическом, так и в аморфном твёрдом состоянии. Например, стекло при очень медленном охлаждении расплава может кристаллизоваться . При этом на границах мелких образующихся кристаллов будет происходить отражение и рассеяния света, и закристаллизованное стекло теряет прозрачность.

Кристаллическая решётка . Основным свойством кристаллов является регулярность расположения в них атомов. О совокупности точек, в которых расположены атомы (точнее атомные ядра), говорят как о кристаллической решётке , а сами точки называются узлами решётки .

Основной характеристикой кристаллической решётки является пространственная периодичность её структуры: кристалл как бы состоит из повторяющихся частей (ячеек).

Мы можем разбить кристаллическую решётку на совершенно одинаковые параллелепипеды, содержащие одинаковое количество одинаково расположенных атомов. Кристалл представляет собой совокупность параллелепипедов , параллельно сдвинутых по отношению друг к другу. Если сместить кристаллическую решётку параллельно самой себе на расстояние длины ребра, то решётка совместится сама с собой. Эти смещения называются трансляции , а симметрии решётки по отношению к этим смещениям говорят как о трансляционной симметрии (параллельный перенос, поворот относительно оси, зеркальное отражение и т.п.).

Если в вершине какой-либо элементарной ячейки находится атом, то такие же атомы должны, очевидно, находиться и во всех остальных вершинах этой и других ячеек. Совокупность одинаковых и одинаково расположенных атомов называется решёткой Браве данного кристалла. Она представляет как бы скелет кристаллической решётки , олицетворяющий собой всю её трансляционную симметрию, т.е. всю её периодичность.

Классификация различных типов симметрии кристаллов основывается, прежде всего, на классификации различных типов решёток Браве .

Наиболее симметричной решёткой Браве является решётка, имеющая симметрию куба (кубическая система). Существует три различных

решётки Браве, относящихся к кубической системе: простая		,
	объемно-центрированная (в центре куба – атом), гранецентрированная (кроме атомов в вершинах – ещё по атому в

центрах всех их граней). Кроме кубической есть тетрагональная, ромбическая, моноклинная и другие (рассматривать не будем).

Решётка Браве, вообще говоря, не включает в себя всех атомов в кристалле. Реальная кристаллическая решётка может быть представлена как совокупность нескольких решёток Браве, вдвинутых одна в другую .

Физические типы кристаллов .

По роду частиц, из которых построена кристаллическая решётка, по характеру сил взаимодействия между ними, различают ионные, атомные, металлические и молекулярные кристаллы.

1. Ионные кристаллы . В узлах кристаллической решётки располагаются попеременно положительные и отрицательные ионы. Эти ионы притягиваются друг к другу электростатическими (кулоновскими) силами. Пример: решётка каменной соли (рис. 11.1).

2. Атомные кристаллы . Типичными представителями являются графит и алмаз . Связь между атомами – ковалентная . В этом случае каждый из валентных электронов входит в электронную пару, связывающую данный атом с одним из соседей.

3. Металлические кристаллы . Решётки состоят из положительно заряженных ионов , между которыми находятся “свободные” электроны . Эти электроны ”коллективизированы“ и могут рассматриваться как своего рода ”электронный газ“. Электроны играют роль “цемента”, удерживая “+” ионы, иначе решётка распалась бы. Ионы же удерживают электроны в пределах решётки.

4. Молекулярные кристаллы . Примером является лёд. В узлах – молекулы , которые связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса , т.е. силами взаимодействия молекулярных электрических диполей .

Могут быть одновременно несколько видов связей (например, в графите – ковалентная, металлическая и Ван-дер-Ваальсовская).

Дефекты в кристаллах .

В реальных кристаллических решётках существует отклонения от идеального расположения атомов в решётках, которые мы до сих пор рассматривали. Все такие отклонения называются дефектами кристаллической решётки .

Точечные дефекты – такие, при которых нарушается ближний порядок :

Другой вид дефектов – дислокации – линейные дефекты кристаллической решётки, нарушающие правильное чередование атомных плоскостей . Они нарушают дальний порядок , искажая всю его структуру. Они играют важную роль в механических свойствах твёрдых тел. Простейшие типы дислокаций краевая и винтовая. В случае краевой дислокации лишняя кристаллическая плоскость вдвинута между соседними слоями атомов (рис. 11.5).

В случае винтовой дислокации часть кристаллической решётки сдвинута относительно другой (рис. 11.6)

В зависимости от физических свойств и молекулярной структуры выделяют два основных класса твердых тел – кристаллические и аморфные.

Определение 1

Аморфные тела обладают такой чертой, как изотропность. Это понятие означает, что они относительно независимы от оптических, механических и других физических свойств и направления, в котором на них воздействуют внешние силы.

Основная черта афморных тел – хаотичное расположение атомов и молекул, которые собираются лишь в небольшие локальные группы, не более чем по несколько частиц в каждой.

Это свойство сближает аморфные тела с жидкостями. К таким твердым телам относятся янтарь и другие твердые смолы, различные виды пластика и стекло. Под воздействием высоких температур аморфные тела размягчаются, однако для их перевода в жидкость необходимы сильные воздействия тепла.

Все кристаллические тела имеют четкую внутреннюю структуру. Группы частиц в одном и том же порядке периодически повторяются во всем объеме такого тела. Чтобы наглядно представить такую структуру, обычно используют пространственные кристаллические решетки. Они состоят из определенного количества узлов, которые образуют центры молекул или атомов конкретного вещества. Обычно такая решетка построена из ионов, входящих в состав нужных молекул. Так, в поваренной соли внутренняя структура состоит из ионов натрия и хлора, попарно объединенных в молекулы. Подобные кристаллические тела называются ионными.

Рисунок 3 . 6 . 1 . Кристаллическая решетка поваренной соли.

Определение 2

В структуре каждого вещества можно выделить одну минимальную составляющую – элементарную ячейку .

Вся решетка, из которой состоит кристаллическое тело, может быть составлена путем трансляции (параллельного переноса) такой ячейки в определенных направлениях.

Число видов кристаллических решеток не бесконечно. Всего насчитывается 230 видов, большинство которых создано искусственным путем или найдено в природных материалах. Структурные решетки могут принимать формы объемно центрированных кубов (например, у железа), гранецентрированных кубов (у золота, меди), призмы с шестью гранями (магний, цинк).

В свою очередь кристаллические тела подразделяются на поликристаллы и монокристаллы. Большинство веществ относятся к поликристаллам, т.к. они состоят из так называемых кристаллитов. Это маленькие кристаллики, сросшиеся между собой и ориентированные хаотически. Монокристаллические вещества встречаются сравнительно редко, даже среди искусственных материалов.

Определение 3

Поликристаллы обладают свойством изотропности, то есть одинаковыми свойствами во всех направлениях.

Поликристаллическая структура тела хорошо видна под микроскопом, а у некоторых материалов, например, чугуна, и невооруженным взглядом.

Определение 4

Полиморфизм – это возможность вещества существовать в нескольких фазах, т.е. кристаллических модификациях, которые отличаются друг от друга физическими свойствами.

Процесс перехода в другую модификацию получил название полифморного перехода .

Примером такого явления может быть превращение графита в алмаз, который в промышленных условиях происходит при высоком давлении (до 100 000 атмосфер) и высоких температурах
(до 2000 К).

Чтобы изучить структуру кристаллической решетки монокристалла или поликристаллического образца, используется дифракция рентгеновского излучения.

Простые кристаллические решетки показаны на рисунке ниже. Необходимо учитывать, что расстояние между частицами так мало, что сопоставимо с размерами самих этих частиц. Для наглядности на схемах показаны только положения центров.

Рисунок 3 . 6 . 2 . Простые кристаллические решетки: 1 – простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка.

Наиболее простой является кубическая решетка: такая структура состоит из кубов с частицами в вершинах. Гранецентрированная решетка имеет частицы не только в вершинах, но и на гранях. Например, кристаллическая решетка поваренной соли представляет собой две гранецентрированные решетки, вложенные друг в друга. Объемноцентрированная решетка имеет дополнительные частицы в центре каждого куба.

У решеток металлов есть одна важная черта. Ионы вещества удерживаются на своих местах благодаря взаимодействию с газом свободных электронов. Так называемый электронный газ образуется за счет одного или нескольких электронов, отдаваемых атомами. Такие свободные электроны могут перемещаться по всему объему кристалла.

Рисунок 3 . 6 . 3 . Структура металлического кристалла.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Связь физических свойств кристалла с его структурой

Лекция 3

Связь физических свойств кристалла с его структурой

Эта связь физических свойств постулируется двумя основными принципами кристаллофизики: принцип кристаллофизики Неймана и принцип кристаллофизики Кюри. Принцип кристаллофизики Неймана говорит о том, что симметрия идеального кристалла должна обязательно содержаться в симметрии химических свойств кристалла. Этот принцип говорит о том что, если у нас есть свойство кристалла, например одно из самых важных свойств – анизотропия (разные свойства в разных направлениях). А когда мы рассматриваем структуру кристалла, мы видим что структура кристалла обладает ??? симметрией. Вот эта симметрия позволяет понять симметрично ли преобразование.

Знание симметрии кристалла, знание симметрии структуры кристалла позволяет легко описывать все дальнейшие воздействия на кристалл, процедуры воздействия на кристалл и его свойства. Поэтому описание симметрии структуры кристалла важно не только по тому что мы должны знать как выглядит структура, но и хорошо бы еще знать какая матрица симметрия у того или иного узла.

Рассмотрим как анизотропия свойств связанна с физическими свойствами кристалла. Простой пример: рассмотрим рост кристалла с кубической центровкой, ну в плоском варианте это у нас есть квадрат, ну на самом деле куб, так как кубическая центровка. Вот у нас есть элементарные кристаллик, который в определенны момент времени не попадал под определенные параметры, под определенные размеры, а мы обсуждаем процесс его роста. Через некоторое время он вырос, сохранив структуру кристаллической решетки. Ясно, что исходный кристалл и вот полученный кристалл все они состоят из каких-то примитивных, элементарных ячеек. Давайте рассмотрим два направления Х₁ и Х₂. И я построй еще вот это направление, которое обозначу Х_1,2. На том самом исходном кристалле обозначим точку А, в вершине этого квадрата и точку В. Через некоторое время точка А перемещается в точку А’, и соответственно точка В перемещается в точку В’. Но как мы видим АА’ не равно ВВ’, но время-то одно и тоже, значит время роста по направлению Х₁ и Х₁₂ разное – скорость роста кристалла разная. По направлению Х₁₂ скорость роста более быстрая, а по направлении Х₁ более медленная.

Для объяснения симметрии структуры и симметрии физических свойств мы будем пользоваться двумя принципами кристаллофизики.

Принцип суперпозиции Кюри: если кристалл в соответствии его физическим свойствам обладает осью симметрии и на этот кристалл подействовать каким либо внешним воздействием, то симметрия кристалла измениться, как изменяться его физические свойства. Но самое главное в  принципе Кюри заключается в том, что симметрия полученного кристалла будет объединять симметрию исходного кристалла и симметрию воздействия.

Принцип симметрии Неймана – группа  симметрии любого физического свойства кристалла включает элементы симметрии структуры кристалла.

Замечание: Симметрия физического свойства включает в себя  структуру кристалла, а наоборот может и не быть. То есть в разных структурах кристалла могут быть не все физические свойства заданной симметрии.

Принцип симметрии Кюри: кристалл при внешнем воздействии изменяет свою точечную симметрию, но сохраняет элементы общей симметрии: симметрии структуры и симметрии воздействия.

Рассмотрим пример для осознания  принципа симметрии Кюри: у нас есть квадрат, а точнее квадратный листик, и из него мы хотим вырезать равносторонний треугольник. На исходный листик квадратной формы производим воздействие – вырезание равностороннего треугольника. А теперь напишем формулы симметрии квадрата: L₄L₃P, теперь напишем формулу структуры квадрата: L₄4P, и формулу симметрии равностороннего треугольника: L₃3P. В итоге получаем формулу: P=L₄4P+L₃3P. Что означает эта формула? Это равенство означает что мы накладываем на симметрию квадрата симметрию равностороннего треугольника. Значит у нас воздействие связано с вырезанием равностороннего треугольника. Значит L₃3P – симметрия воздействия, а L₄4P – симметрия исходного кристалла. Значит принцип Кюри говорит что: что в результате остается кристалл, симметрия которого имеет общие элементы симметрии с исходной структурой и симметрией воздействия. Значит теперь можно посмотреть какие здесь будут элементы общей симметрии. Тут ось L₄, а тут L₃, значит в результате у нас не будет ни L₃, ни L₄. Дальше, здесь 4P, а здесь 3P. Нужно каждую плоскость рассмотреть по отдельности. Если какая либо плоскость является общей для исходной фигуры и для воздействия, то она будет включена в конечную фигуру.

Предельные группы Кюри

Предельные группы Кюри используются для описания симметрии непрерывного пространства. См. таблицу в методичке. Каждая группа является предельной для того или иного класса. У нас есть триклинная сингония – характеризуется наличием одной оси бесконечного порядка, то есть фигура вращается вокруг своей оси на 360 градусов, не совмещаясь до этого ни разу. Всего есть три фигуры вращения: конус, цилиндр и сфера, эти фигуры иллюстрируют все непрерывные среды.

Первая предельная группа:  у нас есть ось бесконечного порядка и она по геометрическим образам соответствует конусу вращения. Итак, если мы возьмем конус и ось, проходящая через его высоту и будет осью вращения бесконечного порядка, и будем вращать конус вокруг оси. Так образом мы убирает плоскость симметрии зеркального отражения. Во вращающемся конусе относительно данной оси нет плоскостей симметрии. Вторая предельная группа: L умножить на бесконечность – L_∞. И вот эта запись говорит о том, что здесь есть ось бесконечного порядка, а второе что параллельно данной оси есть бесконечное число плоскостей зеркального отражения.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Минеральные кристаллы: элементарные ячейки, решетки и плоскости спайности | Науки о Земле

Минералы — это неорганические вещества, обнаруженные в Земле, с уникальными свойствами, которые помогают в идентификации и анализе.

Многие минералы имеют кристаллическую структуру. Эти кристаллические материалы имеют высокоупорядоченное расположение атомов, состоящее из повторяющихся группировок атомов, называемых элементарными ячейками. Поскольку элементарные ячейки внутри кристалла идентичны, они отвечают за симметрию кристалла на микро- и макроуровне.

Эта симметрия заставляет минеральные кристаллы ломаться или раскалываться предсказуемым образом. Спайность – это склонность кристалла к разрушению по слабым структурным плоскостям. Таким образом, способ расщепления минерала дает представление о его кристаллической структуре.

В этом видеоролике будет продемонстрирован анализ макроскопических форм кристаллов минералов путем разрушения образцов минералов и наблюдения за их расщеплением.

Кристаллические твердые тела содержат атомы, организованные в повторяющемся порядке, тогда как аморфные твердые тела не имеют порядка.Например, углерод можно найти во многих формах. Атомы в аморфном углероде организованы беспорядочно, тогда как атомы в алмазе расположены в упорядоченном кристалле.

Кристалл представляет собой массив повторяющихся одинаковых элементарных ячеек, которые определяются длиной краев элементарной ячейки и углами между ними. Эти повторяющиеся структуры простираются бесконечно в трех пространственных направлениях и определяют однородность и свойства кристалла.

Имеется семь основных элементарных ячеек. Простейшая элементарная ячейка, куб, имеет равные длины ребер и атом в каждом углу.Варианты включают тетрагональные и орторомбические, которые имеют разную длину ребра.

Ромбоэдрические кристаллические структуры имеют аналогичную геометрию параллельных граней без прямых углов. Моноклинные и триклинные похожи по форме, но с разными углами и длинами ребер. Наконец, шестиугольная структура состоит из двух параллельных шестиугольных граней с шестью прямоугольными гранями.

Вариации этих структур возникают, когда дополнительные атомы содержатся в грани кристалла, называемой гранецентрированной, или в теле кристалла, называемой объемноцентрированной.

Когда кристаллы разбиты, они имеют тенденцию раскалываться вдоль структурно слабых кристаллических плоскостей. Качество скола зависит от прочности связей внутри и поперек плоскости. Хорошее расщепление происходит, когда сила связей внутри места сильнее, чем поперек плоскости. Плохое расщепление может произойти, когда прочность связи сильна в плоскости кристалла. Кристаллы могут расщепляться в одном направлении, называемом базальным расщеплением, что приводит к образованию двух расколотых граней. Это происходит из-за сильных атомных связей внутри плоскости, но слабых связей между плоскостями.

Точно так же кристаллы могут расщепляться в двух направлениях из-за двух слабых плоскостей, что приводит к четырем сколотым граням и двум граням с трещинами. Кубические и ромбоэдрические формы возникают в результате расщепления по трем направлениям. Октаэдрические и додекаэдрические формы возникают из четырех и шести плоскостей разлома соответственно.

Некоторые минералы вообще не расщепляются вдоль плоскости кристалла из-за прочных связей во всех направлениях, а вместо этого приводят к неравномерному излому.

Теперь, когда мы рассмотрели основы кристаллической структуры и различные типы расщепления кристаллов, давайте посмотрим на эти свойства на реальных образцах минералов.

Для анализа форм кристаллов сначала соберите группу образцов минералов, таких как кварц, галит, кальцит, гранат, биотит и мусковит.

Поместите образец на поверхность наблюдения. Поверните образец, чтобы наблюдать со всех сторон. Ищите грани кристаллов, ребра кристаллов и вершины кристаллов.

По возможности измерьте межфазные углы с помощью гониометра. Для этого положите одну сторону гониометра на определенную грань кристалла, а другую сторону гониометра на соседнюю грань.Затем прочитайте угол.

Сравните наблюдения с набором характерных кристаллических многогранников. Повторите эти шаги для других минералов и обратите внимание на различия.

Образцы кварца имеют гексагональную дипирамидальную кристаллическую форму, на что указывают 6 сторон.

Кальцитовый материал имеет скаленоэдрическую форму, о чем свидетельствуют 8 граней сдвоенной пирамидальной структуры.

Галит имеет характерную кубическую структуру с углами 90°.

Гранат имеет наклонные поверхности с 12 сторонами, что указывает на его форму додекаэдра.

Наконец, биотит может иметь явную гексагональную форму.

Затем, чтобы наблюдать за расщеплением кристаллов, сначала наденьте защитные очки.

Поместите кусок кварца на поверхность разрушения. Используя молоток, разбейте кусок кварца. Используя ручную линзу, наблюдайте за разбитым куском кварца на предмет поверхностей спайности. Обратите внимание, что у кварца их нет.

Элементарные ячейки в кристаллической решетке кварца имеют сравнительно одинаковую силу связи во всех направлениях, что приводит к образованию кристалла без предпочтительных плоскостей излома, называемого раковистым изломом.

Затем повторите этот шаг для других образцов. Используйте ручную линзу, чтобы оценить различные качества расщепления.

Когда существует значительная разница в силе связи в определенной ориентации, например, между листами силикатных групп в случае слюды, между этими листами образуется почти идеальный раскол, называемый базальным спайностью.

Биотит и мусковит имеют базальную спайность с одной плоскостью излома.

Галит имеет кубическую спайность, образующуюся в результате трех плоскостей спайности под углом 90°.

Кальцит имеет ромбоэдрическую спайность, образующуюся в результате трех плоскостей спайности под углами 120 и 60°.

Анализ кристаллической структуры важен для понимания типов минералов, встречающихся в полевых условиях.

Количественный анализ кристаллической структуры можно проводить с помощью дифракции рентгеновских лучей или XRD.

В этом примере кристаллическая структура оксида железа была синтезирована из смеси гематита и железа при высокой температуре и давлении в ячейке с алмазной наковальней.Картину рассеяния XRD анализировали на протяжении всей реакции для определения кристаллической структуры.

Результаты показали гладкие или пятнистые кольца Дебая, которые указывают на кристалличность. Расположение каждого кольца поясняет кристаллическую структуру, поскольку каждое кольцо соответствует плоскости кристалла.

Благодаря свойству плоского расщепления и, следовательно, атомарно плоской поверхности, слюда часто используется в качестве подложки для визуализации малых молекул.

В этом примере слюда использовалась в качестве подложки для визуализации молекул фоторецепторов с помощью атомно-силовой микроскопии или АСМ.Образец белка адсорбировали на свежесколотом листе слюды, а затем промывали буфером.

Образец затем визуализировали с помощью жидкостной ячейки. Подложка из слюды позволила получить изображение образца белка с высоким разрешением благодаря ее атомарно-плоской поверхности.

Вы только что посмотрели введение Юпитера в физические свойства минералов. Теперь вы должны понимать основы элементарных ячеек кристалла и то, как определять плоскости спайности кристалла. Спасибо за просмотр!

Новый взгляд на Ce3Pt4Ge6 – кристаллическая структура и физические свойства

Структурные повторные исследования Ce ₃ Pt ₄ Ge ₆ на высококачественных монокристаллах выявили дополнительные отражения, противоречащие ранее сообщавшейся структуре с полузанятыми кристаллографическими позициями для этого соединения.Структура может быть решена и уточнена в орторомбической (3 + 1)D суперпространственной группе Cmcm ( α ,0,0)0 s 0 с α = 0,5 a * и параметрами решетки a = 441,17(2), b = 2618,26(14) и c = 441,33(2) пм с использованием подхода суперпространства. Описание модулированной структуры как соизмеримого случая допускает упорядочение атомов Ce2/Ge3 и соответствующих пустот, обусловленное 50%-ным заполнением.Соответствующий аппроксимант может быть описан в орторомбической кристаллической системе с пространственной группой Pnma и параметрами решетки a = 2618,26 (14), b = 441,33 (2) и c = 882,34 (2) пм. Исследования магнитных свойств раскрыты магнитный момент μ _{EFF = 2,48 (1) μ B / CE Atom и Weiss Constance θ P = -39 (5) К, указывающий на стабильный трехвалентный церий.Измерения восприимчивости не выявили четкого магнитного упорядочения. Исследования теплоемкости показали λ-образную аномалию при T = 2,1(1) K. Измерения удельного сопротивления показывают значения, соответствующие Ce 3 Pt 4 Ge 6 независимое от температуры поведение наблюдается вплоть до низких температур. Неглубокий минимум и резкое падение позволяют предположить, что указанное в заголовке соединение представляет собой материал Кондо.}

Эта статья находится в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.