Важнейшие свойства кристаллов

Внутреннее строение кристалла определяет его основные свойства: анизотропность, однородность, способность к самоогранению и наличие постоянной температуры плавления.

Анизотропность (неравносвойственность) выражается в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям. Причины анизотропности станут ясны при рассмотрении рисунка 3, где изображена пространственная решетка кристалла.

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 резко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчатости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.

Другим примером анизотропности является кристалл минерала дистена (от греч. «ди» — двояко, «стенос» — сопротивляющийся).

В продольном направлении твер­дость его равна 4, 5, в поперечном — 6 (рис. 5).

Приведем третий пример. Из кристалла поваренной соли, имею­щего форму куба, можно вырезать стерженьки по самым различ­ным направлениям (рис. 6), например перпендикулярно граням куба (а), в направлении ребер (б) и в направлении трехгранных углов (в).

Оказывается, что для разрыва этих стерженьков необходимы раз­ные усилия: разрывающее усилие для первого стерженька составля­ет 570 г/мм², для второго — 1150 г/мм² и для третьего— 2150 г/мм².

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

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 вытравления.

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 ни при каких условиях аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.

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

Постоянная температура плавления выражается в том, что при нагревании кристаллического тела температура его 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 чётко выраженной температуры плавления. Наблюдая кривые охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ (рис. .7), можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба (точки а и б), соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятия «кристалл».

2. Назовите важнейшие свойства кристаллических веществ.

3. Что такое пространственная решетка? Назовите ее элементы.

4. Какие тела называются аморфными?

Задание для самостоятельной работы в межсессионный период:

Свойства анизотропности кристаллов можно изучить, рассматривая теплопроводность гипса в разных кристаллографических направлениях.

Для опыта возьмите тонкую прозрачную пластинку гипса, прикоснитесь к ней раскаленной иглой. При нагревании гипс СаSО₄•2Н₂О теряет воду, превращаясь в мутный полуводный гипс 2СаSО₄•Н₂О. Так как теплота в гипсе распространяется по разным направлениям с различной скоростью, то помутнение вокруг иглы примет форму эллипса.

Для сравнения рассмотрим распространение тепла в аморфном теле. Для этого коснитесь раскаленной иглой стеклянной пластинки, покрытой парафином. Теплота от иглы распространяется по парафину и стеклу с одинаковой скоростью во все стороны, и участки остывшего парафина приобретают форму кружочков.