Cheminių dalelių viduje, bet ir pačių dalelių išsidėstymu erdvėje viena kitos atžvilgiu bei atstumais tarp jų. Priklausomai nuo dalelių išsidėstymo erdvėje, išskiriama trumpojo ir ilgojo nuotolio tvarka.
Trumpojo nuotolio tvarka slypi tame, kad medžiagos dalelės yra reguliariai išdėstytos erdvėje tam tikrais atstumais ir kryptimis viena nuo kitos. Jei tokia tvarka išsaugoma arba periodiškai kartojama per visą kietosios medžiagos tūrį, susidaro ilgalaikė tvarka. Kitaip tariant, ilgojo ir trumpojo nuotolio tvarka yra koreliacijos tarp medžiagos mikrostruktūros buvimas visame makroskopiniame mėginyje (ilgojo nuotolio) arba riboto spindulio regione (artimas). Priklausomai nuo dalelių išsidėstymo trumpojo ar ilgo nuotolio kumuliacinio (arba didžiulio) veikimo, kieta medžiaga gali turėti kristalinę arba amorfinę būseną.
Tvarkingiausias yra dalelių išdėstymas kristaluose (iš graikų „kristalos“ – ledas), kuriuose atomai, molekulės ar jonai išsidėstę tik tam tikruose erdvės taškuose, vadinamuose mazgais.
Kristalinė būsena yra tvarkinga periodinė struktūra, kuriai būdinga tiek trumpojo, tiek ilgo nuotolio tvarka kietųjų dalelių išdėstyme.
Būdingas kristalinių medžiagų bruožas, palyginti su amorfinėmis, yra anizotropija.
Anizotropija – tai kristalinės medžiagos fizikinių ir cheminių savybių (elektros ir šilumos laidumo, stiprumo, optinių charakteristikų ir kt.) skirtumas, priklausantis nuo pasirinktos krypties kristale.
Anizotropija atsiranda dėl vidinės kristalų struktūros. Įvairiomis kryptimis atstumas tarp kristalo dalelių yra skirtingas, todėl konkrečios savybės kiekybinė charakteristika šioms kryptims skirsis.
Anizotropija ypač ryški pavieniuose kristaluose. Šia savybe remiasi lazerių gamyba, puslaidininkių pavienių kristalų apdirbimas, kvarcinių rezonatorių ir ultragarsinių generatorių gamyba. Tipiškas anizotropinės kristalinės medžiagos pavyzdys yra grafitas, kurio struktūra yra lygiagretūs sluoksniai su skirtinga rišimo energija sluoksnių viduryje ir tarp atskirų sluoksnių. Dėl šios priežasties šilumos laidumas išilgai sluoksnių yra penkis kartus didesnis nei statmenai, o elektros laidumas atskiro sluoksnio kryptimi yra artimas metaliniam ir šimtus kartų didesnis nei elektrinis laidumas statmenai .
Grafito struktūra (nurodytas C-C jungties ilgis sluoksnio viduje ir atstumas tarp atskirų sluoksnių kristale)
Kartais ta pati medžiaga gali sudaryti skirtingų formų kristalus. Šis reiškinys vadinamas polimorfizmu, o įvairios vienos medžiagos kristalinės formos – polimorfinėmis modifikacijomis, pavyzdžiui, deimantų ir grafito alotropais; a-, b-, g- ir d-geležies; a- ir b-kvarcas (atkreipkite dėmesį į skirtumą tarp sąvokų "allotropija", kuri reiškia tik paprastas medžiagas bet kuriose medžiagose, ir "polimorfizmas", apibūdinantis tik kristalinių junginių struktūrą).
Tuo pačiu metu skirtingos sudėties medžiagos gali sudaryti tos pačios formos kristalus – šis reiškinys vadinamas izomorfizmu. Taigi, izomorfinės medžiagos, turinčios tas pačias kristalines gardeles, yra Al ir Cr bei jų oksidai; Ag ir Au; BaCl2 ir SrCl2; KMnO 4 ir BaSO 4 .
Didžioji dauguma kietųjų medžiagų normaliomis sąlygomis yra kristalinės būsenos.
Kietosios medžiagos, neturinčios periodinės struktūros, yra amorfinės (iš graikų k. amorfas"- beformis). Tačiau jose esama tam tikros struktūros tvarkos. Tai pasireiškia reguliariu artimiausių „kaimynų“ išdėstymu aplink kiekvieną dalelę, tai yra, amorfinės medžiagos turi tik trumpo nuotolio tvarką ir tokiu būdu primena skysčius, todėl, šiek tiek apytiksliai, jas galima laikyti peršalusiais skysčiais didelis klampumas. Skystos ir kietos amorfinės būsenos skirtumą lemia dalelių šiluminio judėjimo pobūdis: amorfinėje būsenoje jos gali tik svyruoti ir suktis, bet negali judėti medžiagos storiu.
Amorfinė būsena yra kieta materijos būsena, kuriai būdinga trumpojo nuotolio tvarka dalelių išsidėstymui, taip pat izotropija - tos pačios savybės bet kuria kryptimi.
Medžiagų amorfinė būsena yra mažiau stabili nei kristalinė, todėl amorfinės medžiagos gali pereiti į kristalinę būseną, veikiant mechaninėms apkrovoms arba keičiantis temperatūrai. Tačiau kai kurios medžiagos gali būti amorfinės būsenos pakankamai ilgą laiką. Pavyzdžiui, vulkaninis stiklas (iki kelių milijonų metų), paprastas stiklas, dervos, vaškas, dauguma pereinamųjų metalų hidroksidų ir pan. Tam tikromis sąlygomis beveik visos medžiagos gali būti amorfinės būsenos, išskyrus metalus ir kai kuriuos joninius junginius. Kita vertus, žinomos medžiagos, kurios gali egzistuoti tik amorfinėje būsenoje (organiniai polimerai su netolygia elementariųjų vienetų seka).
Amorfinės būsenos medžiagos fizinės ir cheminės savybės gali labai skirtis nuo kristalinės būsenos. Medžiagų reaktyvumas amorfinėje būsenoje yra daug didesnis nei kristalinės būsenos. Pavyzdžiui, amorfinis GeO 2 yra daug chemiškai aktyvesnis nei kristalinis.
Kietųjų medžiagų perėjimas į skystą būseną, priklausomai nuo struktūros, turi savo ypatybes. Kristalinės medžiagos lydymas vyksta tam tikru momentu, kuris yra nustatytas tam tikrai medžiagai, ir jį lydi staigus jos savybių pasikeitimas (tankis, klampumas ir kt.). Priešingai, amorfinės medžiagos į skystą būseną pereina palaipsniui, per tam tikrą temperatūros intervalą (vadinamąjį minkštėjimo intervalą), kurio metu vyksta sklandus, lėtas savybių pasikeitimas.
Lyginamosios amorfinių ir kristalinių medžiagų charakteristikos:
| sąlyga
kietas |
charakteristika |
pavyzdžių |
| amorfinis | 1. Trumpojo nuotolio dalelių išdėstymo tvarka; 2. Fizinių savybių izotropija; 3. Nėra fiksuotos lydymosi temperatūros; 4. Termodinaminis nestabilumas (didelė vidinė energija) 5. Skystumas |
Gintaras, stiklas, organiniai polimerai |
| kristalinis | 1. Tolimojo dalelių išdėstymo tvarka; 2. Fizinių savybių anizotropija; 3. Fiksuota lydymosi temperatūra; 4. Termodinaminis stabilumas (maža vidinė energija) 5. Simetrijos buvimas |
Metalai, lydiniai, kietosios druskos, anglis (deimantas, grafitas). |
Natūralus daugumos kietųjų medžiagų (išskyrus pavienius kristalus) struktūros skirtumas, lyginant su skystomis ir ypač dujinėmis (mažos molekulinės masės) medžiagomis, yra sudėtingesnė daugiapakopė struktūra (žr. 4.1 lentelę ir 4.3 pav.). Taip yra dėl jų mikrostruktūros elementų homo- ir heterobranduolių jungčių kovalentiškumo sumažėjimo ir metališkumo bei joniškumo padidėjimo (žr. 6.2 ir 6.6 pav. bei 6.1-6.7 lenteles), dėl ko didėja jų skaičius. medžiagos ir medžiagos struktūros elementų ir atitinkamai pakeičia jos visuminę būseną. Tiriant kietųjų medžiagų struktūrinę hierarchiją, būtina suprasti kietų metalinių ir nemetalinių medžiagų struktūrinio organizavimo lygių vienovę ir skirtumus, atsižvelgiant į elementų, kurie yra pagaminti iš medžiagos, tūrio tvarkos laipsnį. suformuoti juos. Ypač svarbus yra kietųjų kristalinių ir amorfinių kūnų struktūros skirtumas, kuris slypi kristalinių medžiagų, skirtingai nei amorfinių kūnų, gebėjime sudaryti daugybę sudėtingesnių struktūrų nei pagrindinis elektronų-branduolių cheminis struktūrų lygis.
amorfinė būsena. Amorfinės (išvertus iš graikų kalbos - beformės) būsenos specifiškumas slypi medžiagos buvime kondensuota (skysta arba kieta) būsena jos struktūroje nėra trimačio periodiškumo elementų (atominių šerdžių ar molekulių), sudarančių šią medžiagą, išdėstymo. Dėl to amorfinės būsenos ypatybės atsiranda dėl nebuvimo ilgalaikis užsakymas - griežtas kartojimas visomis to paties struktūrinio elemento (branduolio ar atomo šerdies, atomų branduolių grupės, molekulių ir kt.) kryptimis šimtus ir tūkstančius laikotarpių. Tuo pačiu metu amorfinėje būsenoje esanti medžiaga turi trumpo nuotolio užsakymas- gretimų konstrukcijos elementų išdėstymo nuoseklumas, t.y. tvarka, stebima atstumais, panašiais į molekulių dydį. Didėjant atstumui, ši konsistencija mažėja ir išnyksta po 0,5-1 nm. Amorfinės medžiagos nuo kristalinių skiriasi izotropija, t.y. kaip ir skystis, jie turi tą pačią tam tikros savybės vertę, matuojant bet kuria medžiagos kryptimi. Amorfinės medžiagos perėjimas iš kietos būsenos į skystą nėra lydimas staigių savybių pasikeitimų – tai antrasis svarbus požymis, skiriantis amorfinę kietosios būseną nuo kristalinės. Skirtingai nuo kristalinės medžiagos, kuri turi tam tikrą lydymosi temperatūrą, kuriai esant staigiai pasikeičia savybės, amorfinei medžiagai būdingas minkštėjimo intervalas ir nuolatinis savybių pasikeitimas.
Amorfinės medžiagos yra mažiau stabilios nei kristalinės. Bet kuri amorfinė medžiaga iš esmės turėtų kristalizuotis laikui bėgant, o šis procesas turėtų būti egzoterminis. Dažnai amorfinės ir kristalinės formos yra skirtingos tos pačios cheminės medžiagos ar medžiagos sudėties būsenos. Taigi žinomos daugelio homobranduolinių medžiagų (sieros, seleno ir kt.), oksidų (B 2 Oe, Si0 2, Ge0 2 ir kt.) amorfinės formos.
Tačiau daugelis amorfinių medžiagų, ypač daugumos organinių polimerų, negali būti kristalizuojamos. Praktikoje amorfinių, ypač didelės molekulinės masės, medžiagų kristalizacija pastebima labai retai, nes dėl didelio šių medžiagų klampumo slopinami struktūriniai pokyčiai. Todėl, jei nesiimate specialių metodų, tokių kaip ilgalaikis poveikis aukštai temperatūrai, perėjimas į kristalinę būseną vyksta itin lėtai. Tokiais atvejais galime daryti prielaidą, kad amorfinės būsenos medžiaga yra beveik visiškai stabili.
Skirtingai nuo amorfinės būsenos, būdingos medžiagoms, kurios yra tiek skystos, išlydytos, tiek kietos kondensuotos formos, stiklinė būsena reiškia tik kietą materijos būvį. Dėl to į skystis arba išlydytas medžiagos gali būti amorfinės būsenos su bet kokiu pageidaujamu ryšio tipu(kovalentinis, metalinis ir joninis) ir todėl turintis molekulinę ir nemolekulinę struktūrą. Tačiau kietoje amorfinėje o tiksliau, stiklinė būsena daugiausia bus HMC pagrindu pagamintos medžiagos, kurioms būdinga daugiausia kovalentinio ryšio tipas elementai makromolekulių grandinėse. Taip yra dėl to, kad kieta amorfinė medžiagos būsena gaunama peršaldant jos skystą būseną, o tai užkerta kelią kristalizacijos procesams ir „užšaldo“ struktūrą esant trumpo nuotolio elementų tvarkai. Atkreipkite dėmesį, kad makromolekulių buvimas polimerinių medžiagų struktūroje dėl sterinio dydžio faktoriaus įtakos (juk iš katijonų lengviau sukurti kristalą nei iš molekulių) sukelia papildomą kristalizacijos proceso komplikaciją. Todėl organiniai (polimetilmetakrilatas ir kt.) ir neorganiniai (silicio oksidai, fosforas, boras ir kt.) polimerai gali sudaryti stiklus arba realizuoti amorfinę būseną kietose medžiagose. Tiesa, šiandien metalo lydalai esant itin dideliam aušinimo greičiui (>10 6 °C/s) pereina į amorfinę būseną, gaunant amorfiniai metalai arba metalinis stiklas su naujų vertingų savybių rinkiniu.
kristalinė būsena. Kristaliniame kūne jis stebimas kaip šalia, ir ilgalaikis užsakymas struktūrinių elementų (atominių šerdžių ar dalelių atskirų molekulių pavidalu) išsidėstymas, t.y. konstrukcijos elementai yra išdėstyti erdvėje tam tikru atstumu vienas nuo kito geometriškai teisinga tvarka, formuojant kristalai - kieti kūnai, turintys natūralią taisyklingo daugiakampio formą. Ši forma yra tvarkingo elementų išsidėstymo kristale pasekmė, kurie formuoja trimatę periodinę erdvinę sudėtį. kristalinė gardelė. Kristalinės būsenos medžiagai būdingas periodiškas atominių šerdžių arba molekulių išsidėstymo mazguose trijų dimensijų pasikartojimas. Kristalas yra kietųjų medžiagų pusiausvyros būsena. Kiekviena cheminė medžiaga, esanti tam tikromis termodinaminėmis sąlygomis (temperatūra, slėgis) kristalinėje būsenoje, atitinka tam tikrą kristalinę kovalentinę arba molekulinę, metalinę ir joninę struktūrą. Kristalai turi vienokią ar kitokią atominių šerdžių simetriją (katijonus metale arba katijonus ir anijonus joniniuose kristaluose) ar molekules, atitinkamą išorinės formos makroskopinę simetriją, taip pat savybių anizotropiją. Anizotropija - tai yra vieno kristalo savybių (mechaninių, fizinių, cheminių) skirtumai skirtingomis jo kristalinės gardelės kryptimis. Izotropija - Tai yra medžiagos savybių vienodumas įvairiomis kryptimis. Natūralu, kad šiuos medžiagos savybių kitimo dėsningumus lemia jų struktūros pasikeitimo ar nepakitimo specifika. Tikros kristalinės medžiagos (įskaitant metalus) yra kvazizotropinės struktūros, tie. jie yra izotropiniai mezostruktūriniu lygmeniu (žr. 4.1 lentelę) ir jų savybės visomis kryptimis vienodos. Taip yra todėl, kad dauguma natūralių arba dirbtinių kristalinių medžiagų yra polikristalinis medžiagos, o ne pavieniai kristalai
(Kaip deimantas). Jie susideda iš daugybės vadinamųjų grūdai arba kristalitai, kurių kristalografinės plokštumos viena kitos atžvilgiu pasuktos tam tikru kampu a. Šiuo atveju bet kuria medžiagos mezostruktūros kryptimi yra maždaug tiek pat grūdelių su skirtinga kristalografinių plokštumų orientacija, o tai lemia jos savybių nepriklausomybę nuo krypties. Kiekvienas grūdelis susideda iš atskirų elementų – blokelių, kurie vienas kito atžvilgiu pasukami kelių minučių eilės kampais, o tai taip pat užtikrina paties grūdo, kaip visumos, savybių izotropiją.
Tos pačios medžiagos kristalinės būsenos gali skirtis savo struktūra ir savybėmis, o tada sakoma, kad ši medžiaga egzistuoja įvairiomis modifikacijomis. Kelių kristalinių modifikacijų egzistavimas tam tikroje medžiagoje vadinamas polimorfizmas, ir perėjimas nuo vienos modifikacijos prie kitos - polimorfinė transformacija. Skirtingai nuo polimorfizmo, alotropija- tai elemento egzistavimas įvairių "paprastų" (arba, tiksliau, homobranduolinių) medžiagų pavidalu, nepriklausomai nuo jų fazės būsenos. Pavyzdžiui, deguonis 0 2 ir ozonas O e yra alotropinės deguonies formos, egzistuojančios dujinės, skystos ir kristalinės būsenos. Tuo pačiu metu deimantas ir grafitas – alotropinės anglies formos – kartu yra jo kristalinės modifikacijos, šiuo atveju sąvokos „alotropija“ ir „polimorfizmas“ sutampa jo kristalinėms formoms.
Dažnai yra ir reiškinys izomorfizmas, kurioje dvi skirtingos prigimties medžiagos sudaro tos pačios struktūros kristalus. Tokios medžiagos gali pakeisti viena kitą kristalinėje gardelėje, sudarydamos mišrius kristalus. Pirmą kartą izomorfizmo reiškinį KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 ir NH 4 H 2 P0 4 pavyzdžiu pademonstravo vokiečių mineralogas E. Mitscherlichas 1819 m. Mišrūs kristalai yra visiškai homogeniški kietųjų medžiagų mišiniai – tokie yra pakaitiniai kietieji tirpalai. Todėl galime sakyti, kad izomorfizmas yra gebėjimas formuoti pakaitinius kietuosius tirpalus.
Tradiciškai kristalinės struktūros tradiciškai skirstomos į homodesmines (koordinacijas) ir heterodesmines. homodesminis struktūroje yra, pavyzdžiui, deimantų, šarminių metalų halogenidų. Tačiau dažniau kristalinės medžiagos turi heterodesminis struktūra; būdingas jo bruožas yra struktūrinių fragmentų buvimas, kuriame atominės šerdys yra sujungtos stipriausiais (dažniausiai kovalentiniais) ryšiais. Šie fragmentai gali būti baigtinės elementų grupės, grandinės, sluoksniai, rėmeliai. Atitinkamai išskiriamos salelės, grandininės, sluoksniuotos ir karkasinės konstrukcijos. Beveik visi organiniai junginiai ir tokios neorganinės medžiagos kaip halogenai, 0 2, N 2, CO 2, N 2 0 4 ir tt turi salelių struktūrą.Molekulės atlieka salelių vaidmenį, todėl tokie kristalai vadinami molekuliniais. Dažnai poliatominiai jonai (pavyzdžiui, sulfatai, nitratai, karbonatai) veikia kaip salelės. Pavyzdžiui, vienos iš Se modifikacijų kristalai (atominės šerdys sujungtos begalinėmis spiralėmis) arba PdCl 2 kristalai, kuriuose yra begalės juostelių, turi grandininę struktūrą; sluoksniuota struktūra - grafitas, BN, MoS 2 ir kt.; rėmo struktūra yra CaTYu 3 (ti ir O atominės šerdys, sujungtos kovalentiniais ryšiais, sudaro ažūrinį rėmą, kurio tuštumose yra Ca atominės šerdys). Kai kurios iš šių struktūrų priskiriamos neorganiniams (be anglies) polimerams.
Pagal ryšio pobūdį tarp atomų šerdies (jei yra homodesminės struktūros) arba tarp struktūrinių fragmentų (jei yra heterodesminės struktūros), skiriami: kovalentiniai (pavyzdžiui, SiC, deimantas), joniniai, metaliniai (metalai). ir intermetaliniai junginiai) ir molekuliniai kristalai. Daugiausia atstovų turi paskutinės grupės kristalai, kuriuose struktūriniai fragmentai yra susieti tarpmolekuline sąveika.
Dėl kovalentinis pavieniai kristalai, tokie kaip deimantas, karborundas ir kt., pasižymi atsparumu ugniai, dideliu kietumu ir atsparumu dilimui, o tai yra kovalentinio ryšio stiprumo ir krypties derinys su jų trimate erdvine struktūra (polimeriniais kūnais).
Joninės kristalai – tai dariniai, kuriuose mikrostruktūros elementų sukibimas priešionų pavidalu vyksta daugiausia dėl joninių cheminių ryšių. Joninių kristalų pavyzdys yra šarminių ir šarminių žemių metalų halogenidai, kurių kristalinės gardelės vietose yra kintantys teigiamai įkrauti metalų katijonai ir neigiamo krūvio halogeno anijonai (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F^, 7.1 pav.).
Ryžiai. 7.1.
AT metalo kristalai atominių šerdžių sukibimą metalo katijonų pavidalu daugiausia lemia metaliniai nekryptiniai cheminiai ryšiai. Šio tipo kristalai būdingi metalams ir jų lydiniams. Kristalinės gardelės mazguose yra atominės šerdys (katijonai), sujungtos OE (elektronų dujomis). Metalinių kristalinių kūnų sandara bus išsamiau aptarta toliau.
molekuliniai kristalai susidaro iš molekulių, sujungtų viena su kita van der Waals jėgomis arba vandeniliniais ryšiais. Molekulių viduje veikia stipresnis kovalentinis ryšys (C to vyrauja prieš C ir ir C m). Molekulinių kristalų fazinės transformacijos (lydymas, sublimacija, polimorfiniai perėjimai) paprastai vyksta nesunaikinant atskirų molekulių. Dauguma molekulinių kristalų yra organinių junginių (pvz., naftaleno) kristalai. Molekuliniai kristalai taip pat sudaro medžiagas, tokias kaip H 2, J 2 tipo halogenus, N 2, 0 2, S g, H 2 0 tipo dvejetainius junginius, CO 2, N 2 0 4, organinius metalinius junginius ir kai kuriuos kompleksinius junginius. Molekuliniams kristalams priskiriami ir tokių natūralių polimerų kaip baltymai (7.2 pav.) ir nukleino rūgštys kristalai.
Polimerai, kaip jau minėta aukščiau, paprastai taip pat reiškia medžiagas, kurios sudaro molekulinius kristalus. Tačiau tuo atveju, kai makromolekulių pakuotė turi sulankstytą arba fibrilinę konformaciją, teisingiau būtų kalbėti apie kovalentiniai molekuliniai kristalai(7.3 pav.).
Ryžiai. 7.2.
Ryžiai. 7.3.
Taip yra dėl to, kad išilgai vieno iš gardelės laikotarpių (pavyzdžiui, laikotarpis su polietileno, kurio makromolekulės yra sulankstytos konformacijos, formuoja lamelę), veikia stiprus cheminis (7.3 pav.), daugiausia kovalentinis, ryšiai. Tuo pačiu metu kartu su kitais dviem gardelės laikotarpiais (pavyzdžiui, taškais b ir su tuose pačiuose sulankstytuose polietileno kristaluose), veikia jau silpnesnės tarpmolekulinės sąveikos jėgos.
Kristalų padalijimas į šias grupes iš esmės yra savavališkas, nes keičiantis jungties pobūdžiui kristale vyksta laipsniški perėjimai iš vienos grupės į kitą. Pavyzdžiui, tarp metalinių junginių - metalų junginių tarpusavyje - galima išskirti grupę junginių, kuriuose sumažėjus cheminės jungties metalo komponentui ir atitinkamai padidėjus kovalentiniam bei joniniam komponentų kiekiui, susidaro cholesterolis. pagal klasikinius valentus. Tokių junginių pavyzdžiai yra magnio junginiai su pagrindiniais periodinės sistemos IV ir V pogrupio elementais, kurie yra pereinamieji tarp metalų ir nemetalų (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 As 2, Mg 3 Sb 7, Mg 3 Bi 7), kurių pagrindiniai būdingi požymiai paprastai yra šie:
- jų heterobranduolinės kristalinės gardelės skiriasi nuo pirminių junginių homobranduolių gardelių;
- dėl jų paprastai išsaugomas paprastas daugybinis komponentų santykis, kuris leidžia išreikšti jų sudėtį paprasta formule A sh B;? , kur A ir B yra atitinkami elementai; t ir P - pirminiai skaičiai;
- heterobranduoliniai junginiai, priešingai nei pirminiai junginiai, pasižymi nauja struktūros ir savybių kokybe.
kristale konstrukciniai elementai(jonai, atomų šerdys, molekulės), kurie sudaro kristalą, yra reguliariai išsidėstę įvairiomis kryptimis (7 pav. La). Dažniausiai erdvinis kristalų sandaros vaizdas pateikiamas schematiškai (7.45 pav.), taškais pažymint konstrukcinių elementų svorio centrus, įskaitant gardelės charakteristikas.
Plokštumos, lygiagrečios koordinačių plokštumoms, kurios yra atstumu a, b, c vienas nuo kito padalykite kristalą į daugybę lygiagrečių orientuotų gretasienių. Mažiausias iš jų vadinamas elementari ląstelė, jų derinys sudaro erdvinį kristalinė gardelė. Gretasienio viršūnės yra erdvinės gardelės mazgai; elementų, iš kurių pastatytas kristalas, svorio centrai sutampa su šiais mazgais.
Erdvinės kristalinės gardelės visiškai apibūdina kristalo struktūrą. Kristalinės gardelės elementariajai ląstelei apibūdinti naudojami šeši dydžiai: trys segmentai, lygūs atstumams iki artimiausių elementariųjų dalelių išilgai koordinačių ašių a, b, c, ir trys kampai tarp šių atkarpų a, (3, y.
Santykiai tarp šių dydžių nulemia ląstelės formą, priklausomai nuo kurios visi kristalai skirstomi į septynias sistemas (7.1 lentelė).
Kristalinės gardelės vienetinės ląstelės dydis įvertinamas segmentais a, b, s. Jie vadinami gardelės periodai.Žinant gardelės periodus, galima nustatyti elemento atominės šerdies spindulį. Šis spindulys lygus pusei mažiausio atstumo tarp dalelių gardelėje.
Grotelės sudėtingumo laipsnis vertinamas pagal konstrukcinių elementų skaičius, vienai elementariai ląstelei. Paprastoje erdvinėje gardelėje (žr. 7.4 pav.) ląstelėje visada yra vienas elementas. Kiekviena ląstelė turi aštuonias viršūnes, bet
Ryžiai. 7.4. Elementų išdėstymas kristale: a- vaizdas su elemento atominės šerdies tūrio išdėstymu; b - elementarios ląstelės erdvinis vaizdas ir jo parametrai
7.1 lentelė
Kristalinių sistemų charakteristikos
kiekvienas viršuje esantis elementas savo ruožtu nurodo aštuonias ląsteles. Taigi, nuo mazgo iki kiekvienos ląstelės dalies, yra V 8 tūris, o ląstelėje yra aštuoni mazgai, taigi, kiekvienoje ląstelėje yra vienas struktūrinis elementas.
Sudėtingose erdvinėse gardelėse vienoje ląstelėje visada yra daugiau nei vienas struktūrinis elementas, kurie dažniausiai būna svarbiausiuose grynųjų metalų junginiuose (7.5 pav.).
Bcc gardelėje kristalizuojasi šie metalai: Fe a, W, V, Cr, Li, Na, K ir kt. Fcc kristalizuojasi Fe y, Ni, Co a, Cu, Pb, Pt, Au, Ag ir kt. gardelė.hcp gardelėse kristalizuojasi Mg, Ti a, Co p, Cd, Zn ir kt.
Sistema, laikotarpis ir konstrukcinių elementų skaičius, ląstelėje leidžia visiškai atvaizduoti pastarosios vietą kristale. Kai kuriais atvejais naudojamos papildomos kristalinės gardelės charakteristikos dėl jos geometrijos ir atspindinčios elemento pakavimo tankį.
Ryžiai. 7.5. Sudėtingų elementariųjų kristalų gardelių tipai: a - BCC; 6 - HCC; in- hcp taros dalelių kristale. Šios charakteristikos yra CF ir kompaktiškumo koeficientas.
Arčiausiai vienodo atstumo esančių elementariųjų dalelių skaičius lemia koordinacinis numeris. Pavyzdžiui, paprastos kubinės gardelės CF bus 6 (Kb); kiekvienos atominės šerdies kūno centre esančio kubo (bcc) gardelėje tokių kaimynų skaičius bus lygus aštuoniems (K8); į veidą nukreiptos kubinės grotelės (fcc) CF skaičius yra 12 (K 12).
Visų elementariųjų dalelių tūrio vienoje elementarioje ląstelėje santykis su visu elementariosios ląstelės tūriu lemia kompaktiškumo koeficientas. Paprastos kubinės gardelės atveju šis koeficientas yra 0,52, bcc - 0,68 ir fcc - 0,74.
- Sirotkinas R.O. Morfologijos įtaka kristalizuotų polietilenų tirpale išeigai: daktaro disertacija, Šiaurės Londono universitetas. – Londonas, 2001 m.
Puslapis 1
Medžiagos kristalinei būsenai būdingas trimatis statybinės medžiagos išdėstymo periodiškumas. Būtent šia savybe grindžiama per kristalą perduodamų rentgeno spindulių difrakcija, taigi ir visa kristalų rentgeno spindulių difrakcijos analizė.
Medžiagos kristalinė būsena atsiranda tada, kai dalelių tarpusavio išsidėstymu realizuojasi tiek trumpojo, tiek ilgo nuotolio tvarka. Ryšiai, makromolekulių segmentai gali sąveikauti tiek viduje, tiek tarpmolekulinėje.
Medžiagos kristalinei būsenai būdinga tai, kad joje dalelės (atomai, jonai ar molekulės) yra išdėstytos, pastoviais atstumais viena nuo kitos, sudarydamos taisyklingą gardelę. Amorfinėje medžiagoje nepastebima teisinga dalelių išdėstymo tvarka.
Medžiagos kristalinei būsenai būdingas teisingas kristalą sudarančių dalelių išsidėstymas erdvėje, kristalinės arba erdvinės gardelės susidarymas. Dalelių centrai kristale vadinami erdvinės gardelės mazgais.
Kristalinei materijos būsenai būdingas griežtai taisyklingas, periodiškai pasikartojantis visų atomų išsidėstymas. Toks paveikslas yra idealus, o kristalas su tokiu idealiu atomų išdėstymu vadinamas tobulu. Tikrame kristale visada yra idealaus atomų išdėstymo nukrypimų ir pažeidimų. Šie pažeidimai vadinami trūkumais arba defektais.
Medžiagos kristalinei būsenai būdingas trimatis statybinės medžiagos išdėstymo periodiškumas. Būtent ši savybė yra per kristalą perduodamų rentgeno spindulių difrakcija, taigi ir visos kristalų rentgeno difrakcijos analizės pagrindas.
Medžiagos kristalinei būsenai būdingas griežtai taisyklingas, periodiškai pasikartojantis visų kristalų gardelėje esančių atomų išsidėstymas1. Kristalas su tokiu idealiu atomų išsidėstymu vadinamas tobulu. Tikrame kristale visada randami idealaus atomų išdėstymo nukrypimai ir pažeidimai. Šie pažeidimai vadinami kristalų struktūros netobulumais arba defektais.
Medžiagos kristalinei būsenai būdinga griežtai apibrėžta dalelių orientacija viena kitos atžvilgiu ir savybių anizotropiškumas (vektoriiškumas), kai kristalo savybės (šilumos laidumas, atsparumas tempimui ir kt.) skirtingomis kryptimis yra nevienodos. .
AT dujinis medžiagos molekulių būsena yra pakankamai dideliu atstumu viena nuo kitos ir užima nedidelį medžiagos tūrį. Dujinėje būsenoje dujas sudarančios molekulės ar atomai tarpusavyje praktiškai nesąveikauja. Dujinių medžiagų struktūra nėra tvarkinga.
Kondensuojantis dujinėms medžiagoms jos susidaro skystis medžiagų. Skystoje būsenoje atstumas tarp molekulių yra daug mažesnis, o didžiąją medžiagos tūrio dalį užima molekulės, kurios liečiasi viena su kita ir traukia viena kitą. Tie. skystoje būsenoje stebima tam tikra dalelių tvarka, stebima trumpojo nuotolio tvarka.
AT kietas dalelės yra taip arti viena kitos, kad tarp jų susidaro stiprūs ryšiai, dalelės praktiškai nejuda viena kitos atžvilgiu. Struktūroje yra didelis tvarkos lygis. Gali būti kietųjų dalelių amorfinis ir kristalinis sąlyga.
Amorfinės medžiagos neturi tvarkingos struktūros, jos, kaip ir skysčiai, turi tik artimą tvarką (stiklinę būseną). Amorfinės medžiagos yra skystos. Polimerai, dervos, amorfinis silicis, amorfinis selenas, smulkus sidabras, amorfinis silicio oksidas, germanis, kai kurie sulfatai, karbonatai yra amorfinės būsenos. Amorfinės medžiagos yra izotropinės, t.y. fizikinės medžiagos savybės vienodai plinta įvairiomis kryptimis, ir joms nėra griežtai apibrėžtos lydymosi temperatūros, jos tirpsta tam tikrame temperatūrų intervale. Tačiau didžioji dauguma kietųjų medžiagų yra kristalinės medžiagos.
Kristalinėms medžiagoms būdinga ilgalaikė tvarka, t.y. trimatis struktūros periodiškumas visame tūryje. Taisyklingas dalelių išdėstymas pavaizduotas kristalinių gardelių pavidalu, kurių mazguose yra dalelės, kurios sudaro kietą medžiagą. Juos jungia įsivaizduojamos linijos.
Idealūs pavieniai kristalai turi:
Anizotropija – t.y. skirtingomis kristalo tūrio kryptimis skiriasi fizinės savybės.
tam tikra lydymosi temperatūra.
Kristalinėms medžiagoms būdinga kristalinės gardelės energija, tai energija, kurią reikia eikvoti norint sunaikinti kristalinę gardelę ir pašalinti daleles iš sąveikos.
Grotelės konstanta apibūdina atstumą tarp kristalinės gardelės dalelių, taip pat mazgus tarp kristalinės gardelės paviršių.
Kristalinės gardelės koordinacinis skaičius yra dalelių, esančių tiesiogiai greta tam tikros dalelės, skaičius.
Mažiausias struktūrinis vienetas yra elementari ląstelė. Yra septyni kristalų gardelių tipai: kubinės, tetraedrinės, šešiakampės, romboedrinės, ortoromboedrinės, monoklininės ir triklininės.